CN101860767B - 一种基于点阵的三维活动图像显示方法及其实现装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于点阵的三维活动图像显示方法，包括以下步骤：将二维视频流转换为三维视频流；将三维视频流转换为三维空间点阵光源序列；将三维空间点阵光源序列传输给三维空间每个阵列点，作为每个阵列点随时间变化进而改变光源的控制信号；所有三维空间阵列点在同步信号的作用下显示各自的光源，其聚合体形成所述的三维活动图像显示。本发明还提出了一种基于点阵的三维图像的显示装置，包括三维立体网格、中心控制单元以及串行电源和数据总线。本发明将实际场景的三维实体的表面和内部信息离散化，每个三维的离散点用一个点阵光源进行表示，通过点阵的亮度、色调的变化来表示实际场景中物点的移动，使用方便，效果凸出。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于点阵的三维图像的显示方法及其显示装置，特别是一种基于点阵的三维活动图像显示方法及其实现装置，具体地说就是利用立体点阵光源组成活动三维影像，观察者可在不同方位看到影像的表面和内部。
背景技术
随着技术发展，研究领域和消费市场上出现了一些显示立体效果的显示终端，主要有两大类型，其一是通过佩戴立体眼睛，根据人眼的视差在大脑中形成立体画面的显示装置；其二是通过物理光学装置让双眼看到不同的画面从而形成立体视觉效应。这两种方法都是被动式的立体显示方式，即观察者不能自主选择观察视角和距离，并且每个观察者不管处于什么位置和角度都只能看到同样的立体画面，和真实生活中的立体视觉完全不同，因此能够解决上述问题的主动式立体显示就成为该领域研究的新途径。
同时，现在大型活动展出，也越来越需要三维的图像显示，传统的方式只能进行平面展示或者是三维实物展示，在光线昏暗或者夜晚的时候，三维实物必须借助于外部光源进行展示，但是，展示效果仍然不尽如人意。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于点阵的三维活动图像显示方法及其实现装置
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于点阵的三维活动图像显示方法，包括以下步骤：
步骤一，将二维视频流转换为三维视频流；
步骤二，将三维视频流转换为三维空间点阵光源序列；
步骤三，将三维空间点阵光源序列传输给三维空间每个阵列点，作为每个阵列点随时间变化进而改变光源的控制信号；
步骤四，所有三维空间阵列点在同步信号的作用下显示各自的光源，其聚合体形成所述的三维活动图像显示。
本发明还提出了一种基于点阵的三维图像的显示装置，包括三维立体网格、中心控制单元以及串行电源和数据总线；
所述三维立体网格包含一组在相互连接的点阵显示节点；
所述串行电源和数据总线用于连接各个点阵显示节点，包括电源线、地线、数据线和时钟线；
所述中心控制单元用于将外部输入的二维显示数据转换为三维显示数据，并将所有数据组织成多路串行时钟信号和数据信号通过串行总线传输给各点阵显示节点，并控制各点阵显示节点的同步显示；
所述每个点阵显示节点用于接收所述中心控制单元通过串行电源和数据总线传来的信号，并根据信号控制显示状态；三维立体网格中的每个点阵显示节点拥有唯一的编号。
本发明中，优选地，所述点阵显示节点包括一组可控亮度和色调的光源，存储器，处理器和显示驱动电路；
所述处理器输出PWM控制信号经过显示驱动电路控制光源的亮度，从而产生不同颜色和亮度的光线；
所述中心控制单元通过串行电源和数据总线的数据线和时钟线，分别将数据信号和时钟信号传输给处理器，并保存在存储器中。
本发明中，优选地，所述数据线上设有继电器和反相器，所述时钟线上设有继电器和反相器；所述继电器上连接电源线和地线。加继电器是为了防止该点阵显示节点断电后数据和时钟信号不能顺利传到下一个点阵显示节点，在点阵显示节点通电的时候，数据和时钟信号经过反相器传到下一个点阵显示节点；不通电时，信号直接传到下一个点阵显示节点。反相器的作用是对数据和时钟信号进行驱动，可以实现对原信号整形，并增加逻辑门带负载能力。实现时将将两个反相器相串连，以保证信号不会反向。
本发明中，优选地，所述每个点阵显示节点依次串接，且本点阵显示节点的处理器的I/O口连接与其串接的下一个点阵显示节点的处理器的I/O口，本点阵显示节点的处理器通过I/O口将方波信号传输给下一个点阵显示节点的处理器。由此在点阵显示节点工作期间，利用串联检测来解决出现死机状态这个问题。
本发明中，优选地，所述中心控制单元包括模数转换部分、接口电路、存储器、处理器以及逻辑阵列；
所述接口电路部分用于将外部传来的DVI信号转换为统一的数字视频信号；
所述模数转换部分用于将外部传来的模拟视频信号转换为统一的数字视频信号；
所述处理器、存储器和逻辑单元用于将统一的数字视频信号转换为多路串行的时钟和数据信号。
本发明中，优选地，每个相互串联的点阵显示节点之间采用冗余信号和冗余电源传输。当某个中间节点发生故障，数据和时钟信号通过旁路传输到下一个节点并且使当前故障节点自动显示故障状态。
有益效果：本发明主要思想是将实际场景的三维实体的表面和内部信息离散化， 每个三维的离散点用一个点阵光源进行表示，通过点阵的亮度、色调的变化来表示实际场景中物点的移动，从而形成活动的三维实体场景显示效果。由此实现在任意视角观察到场景的真实三维实体活动图形显示，比现有的其他立体视觉产生方法更具可被接受，该方法在大屏幕视频广告、军事指挥方面有重要的应用前景，更有无法估计的市场商业价值，据申请人初步统计，如果公共场所里现有的二维图像显示器中的十分之一转化为本发明所述的三维显示装置，则市场前景巨大。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明节点附着的框架和显示效果图。
图2是本发明所涉及的点阵显示节点组成图。
图3是本发明所涉及的点阵显示节点连接图。
图4是本发明中心控制单元输出的数据格式图。
图5是本发明中心控制单元输出的数据格式图。
图6是本发明中数据处理的流程图。
图7是本发明所涉及的中心控制单元组成图。
具体实施方式：
本发明公开了一种基于点阵的三维活动图像显示方法，包括以下步骤：
步骤一，将二维视频流转换为三维视频流；
步骤二，将三维视频流转换为三维空间点阵光源序列；
步骤三，将三维空间点阵光源序列传输给三维空间每个阵列点，作为每个阵列点随时间变化进而改变光源的控制信号；
步骤四，所有三维空间阵列点在同步信号的作用下显示各自的光源，其聚合体形成所述的三维活动图像显示。
本发明中，步骤一，将二维视频流转换为三维视频流可以参见本申请人于2009年11月23日申请的申请号为200910234584.8，名称为《一种自由视角立体视频显示方法》的发明专利。
本发明中，步骤二，将三维视频流转换为三维空间点阵光源序列的方法具体为，进行空间采样，将三维视频流分解为数据信号和时钟信号以及三维空间点阵光源节点编号，由此构成三维空间点阵光源序列。当然，本步骤可以采用任何一种将三维视频流转换为三维空间点阵光源序列的方法。
各个三维空间点阵光源节点依次接收属于本节点的数据信号和时钟信号，并根据时钟信号的时间序列，以及数据信号中所需要显示的内容，显示不同的颜色和亮度， 从而最终实现三维活动图像显示。
更具体地说，本发明实施时，需要的装置硬件系统由三维立体网格构架、点阵显示节点、串行电源和数据总线以及中心控制单元四个单元构成：
1.三维立体网格构架：包括平面上的一组点阵显示节点和深度方向的一组点阵显示节点，所有的点阵显示节点都附着在网格构架上，网格构架可根据具体需要选择立方体晶格如图1a所示，或四面体晶格或其他形式，如图1b、图1c所示，根据控制每个节点的不同显示颜色和显示亮度，从而实现不同的三维影像的显示，相比较以往依赖于显示架构本身的形状变化才能够显示立体感觉的技术而言，本网格架构只是一个载体，同一个形状网格架构，完全能够实现对各种三维影像的显示，而不需要反复的变换网格的形状。
2.点阵显示节点：每个点阵显示节点由一组可控亮度和色调的RGBW四原色显示光源，存储器，处理器和显示驱动部分组成，如图2所示。处理器在接收到串行电源和数据总线上的Data数据信号时，如果该Data数据与本点阵显示节点的编号一致，则将该数据存入本单元存储器中，否则忽略该数据。处理器每次接收到串行电源和数据总线上的同步信号时，将本单元存储器中的数据循环读出，并通过电流驱动控制本单元光源的亮度和色调。
在点阵显示节点中以MCU处理器为控制芯片，输出PWM信号波控制RGBW_LED显示光源的亮度，从而产生不同颜色的光线。根据PWM波的特点，本实施例调节输出方波的占空比，共分为256级，这样RGB三元色每一个都有256个不同的亮度，再加上白光W的两种状态，就会有33554432种不同的颜色组合。每个点阵显示节点都有自身的唯一的编号ID，在编程的时候直接固化在MCU处理器内部。考虑到可能连接的点阵显示节点数量，本实施例取编号ID为8位的二进制数，这样最多可以表示256个不同的点阵显示节点。
在点阵显示节点工作期间，还可能会出现死机状态，本发明中采用点阵显示节点之间的串联检测来解决这个问题。如图2和图3中所示，用点阵显示节点2检测点阵显示节点1是否死机，用处理器MCU的一个I/O口输出高电平去驱动测试LED，来显示死机状态。具体工作时，点阵显示节点1中处理器MCU的一个I/O口输出方波，点阵显示节点2的中处理器MCU的I/O口接收该方波。当点阵显示节点1死机时，点阵显示节点2接收到的就不是方波而是高电平或者低电平，这时点阵显示节点2就输出一个高电平去驱动点阵显示节点1的测试LED，来表示死机状态。
3.串行电源和数据总线：由电源线，地线，数据线和时钟线组成，通过点阵显示节点串行连接。为克服串行传输时中间节点故障对后续节点造成的影响，串行电源和数据总线结合点阵显示节点采用数据冗余和电源冗余传输，如图3所示，当某个中间 点阵显示节点发生故障，数据和时钟信号通过旁路传输到下一个点阵显示节点并且使当前故障点阵显示节点自动显示故障状态，方便故障排查和检修。如图2所述的实施例中，Data数据信号和Clk时钟信号分别输入各自的继电器，每个继电器的输出两端，一端分别连接MCU处理器和反相器；另一端作为旁路输出，利用旁路实现冗余信号传输，从而在某一节点发生故障(死机或者断电)时，不会影响下面节点的正常工作。同时，每个继电器以及MCU处理器都分别连接各自的电源输入以及接地端，利用旁路实现冗余电源传输，从而在某一节点发生故障时，不会影响下面节点的正常工作。
4.中心控制单元：该功能单元的主要作用是将外部输入的二维图像、视频信息等转换为三维点阵信息并将所有信息组织成多路串行时钟和数据通过串行总线传输给各点阵显示节点，并控制各点阵显示节点的同步显示，如图7所示。中心控制单元需要负责将模拟视频信号(AV信号)，数字视频信号(VGA和DVI)转换成统一场频和行频的点阵信号序列，并将该点阵信号序列编码后通过多路串行电源和数据总线向各点阵显示节点发送。其中模数转换部分将模拟AV信号和VGA信号转换为统一的数字视频信号，接口电路将DVI信号转换为统一的数字视频信号，处理器、存储器和逻辑单元协同工作，将统一的数字视频信号转换为多路串行的时钟和数据信号。
从中心控制单元输出的信号分为两种：一种是数据信号，里面包含了地址信息和数值信息；还有一种就是同步信号，主要用来让每个点阵显示节点开始执行LED的显示命令以及复位命令。两种信号的区分，根据各自的帧起始分隔符的不同进行判断。
从中心控制单元输出的数据信号格式如图4所示，从头开始，包括一个字节的帧起始分隔符、两个字节的数据长度、一个字节的模块ID、n个字节红绿蓝3色的分级数值以及两个字节的帧校验位。在数据信号帧中，如图4所示，帧起始分隔符表示这一帧的开始。数据长度表示该帧的长度，以字节为单位。点阵显示节点ID用来识别红绿蓝3色的色差分级数据要被哪个点阵显示节点接收，MCU通过判断ID来确定是否保存该帧数据。帧校验用来判断该帧是否完整，有没有没有接收成功。
在同步信号帧，如图5所示，从头开始包括1个字节的帧起始分隔符、2个字节的同步信号命令字、2个字节的帧效验位；帧起始分隔符表示这一帧的开始，同步信号命令字用来指出开始或者复位的命令，帧校验用来判断该帧是否完整。
从中心控制单元传过来的数据Data信号和时钟Clk信号，经过继电器进入处理器MCU，并保存在存储器Flash中。时钟信号用来控制同步性，使数据信号能同步到达个点阵显示节点。处理器MCU根据接收到的红绿蓝3色的色差以及白色W信号分级数值，来调节PWM控制信号波的占空比，实现对LED灯的控制。由于从PWM口输出的逻辑信号并不能直接驱动LED，所以要加一个LED的显示驱动电路。LED显示驱动电路用三极管实现，将三极管接成共射级电路，以达到大电流驱动的效果。加继电器是为了防止 该点阵显示节点断电后数据和时钟信号不能顺利传到下一个点阵显示节点，在点阵显示节点通电的时候，数据和时钟信号经过反相器传到下一个点阵显示节点；不通电时，信号直接传到下一个点阵显示节点。反相器的作用是对数据和时钟信号进行驱动，可以实现对原信号整形，并增加逻辑门带负载能力。实现时将两个反相器相串连，以保证信号不会反向。
本发明中整个流程如图6所示，包括如下步骤：
步骤1，中心控制单元向点阵显示节点发出信号帧；
步骤2，点阵显示节点的处理器判断信号种类，如果是数据信号，则进行步骤3，如果是同步信号，则进行步骤6；
步骤3，点阵显示节点的处理器判断信号帧中的ID信息是否为本点阵显示节点ID，如果是，则进行步骤4，否则进行步骤9；
步骤4，点阵显示节点的处理器判断数据帧的效验位是否正确，如果正确，则进行步骤5，否则进行步骤10；
步骤5，将数据帧的数值存储到本点阵显示节点的存储器Flash中；
步骤6，判断同步信号类别，如果是复位信号，则进行步骤8，如果是现实信号，则进行步骤7；
步骤7，按照信号中的时钟开始执行本点阵显示节点LED显示；
步骤8，复位本点阵显示节点的LED显示；
步骤9，将数据帧传输到下一个点阵显示节点，并返回步骤3，由下一个点阵显示节点循环判断；
步骤10，将此数据帧传输到最后一个点阵显示节点；
步骤11，由最后一个点阵显示节点向中心控制单元发送请求命令；
步骤12，中心控制单元再次发送这一数据帧。
本发明提供了一种基于点阵的三维活动图像显示方法及其实现装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (5)
1.一种基于点阵的三维图像的显示装置，其特征在于，包括三维立体网格、中心控制单元以及串行电源和数据总线；
所述三维立体网格包含一组相互连接的点阵显示节点；
所述串行电源和数据总线用于连接各个点阵显示节点，包括电源线、地线、数据线和时钟线；
所述中心控制单元用于将外部输入的二维显示数据转换为三维显示数据，并将所有数据组织成多路串行时钟信号和数据信号通过串行电源和数据总线传输给各点阵显示节点，并控制各点阵显示节点的同步显示；
所述每个点阵显示节点用于接收所述中心控制单元通过串行电源和数据总线传来的信号，并根据信号控制显示状态；三维立体网格中的每个点阵显示节点拥有唯一的编号；
所述点阵显示节点包括一组可控亮度和色调的光源，存储器，处理器和显示驱动电路；
所述处理器输出控制信号经过显示驱动电路控制光源的亮度，从而产生不同颜色和亮度的光线；
所述中心控制单元通过数据线和时钟线分别将数据信号和时钟信号传输给处理器，并保存在存储器中；
每个点阵显示节点的编号设置在处理器内部。
2.根据权利要求1所述的一种基于点阵的三维图像的显示装置，其特征在于，所述数据线上设有继电器和反相器，所述时钟线上设有继电器和反相器，两个反相器串接；所述继电器连接电源线和地线。
3.根据权利要求1所述的一种基于点阵的三维图像的显示装置，其特征在于，所述每个点阵显示节点依次串接，且本点阵显示节点的处理器的I/O口连接与其串接的下一个点阵显示节点的处理器的I/O口，本点阵显示节点的处理器通过I/O口将方波信号传输给下一个点阵显示节点的处理器。
4.根据权利要求1所述的一种基于点阵的三维图像的显示装置，其特征在于，所述中心控制单元包括模数转换部分、接口电路、存储器、处理器以及逻辑阵列；
所述接口电路部分用于将外部传来的DVI信号转换为统一的数字视频信号；
所述模数转换部分用于将外部传来的模拟视频信号转换为统一的数字视频信号；
所述处理器、存储器和逻辑阵列用于将统一的数字视频信号转换为多路串行的时钟和数据信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于点阵的三维图像的显示装置，其特征在于，每个相互串联的点阵显示节点之间采用冗余信号和冗余电源传输。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: JINXIAO ELECTRONIC INFORMATION CO., LTD., NANJING Free format text: FORMER OWNER: NANJING UNIVERSITY Effective date: 20130116 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130116 Address after: 303, room 210093, easy tech building, 228 Guangzhou Road, Gulou District, Jiangsu, Nanjing Patentee after: NANJING GENTURE ELECTRONIC INFORMATION CO., LTD. Address before: 1019 mailbox, Nanjing University, 22 Hankou Road, Gulou District, Jiangsu, Nanjing, 210093 Patentee before: Nanjing University |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 210093 Room 303, Yi Fa science and technology building, 228 Guangzhou Road, Gulou District, Nanjing, Jiangsu. Patentee after: Nanjing Jin Xiao electronic Touchplus information Corp Address before: 210093 Room 303, Yi Fa science and technology building, 228 Guangzhou Road, Gulou District, Nanjing, Jiangsu. Patentee before: NANJING GENTURE ELECTRONIC INFORMATION CO., LTD. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 210000 S08, S12, 26 Guang Yuan Road, Qixia street, Nanjing Economic Development Zone, Jiangsu Patentee after: JIANGSU GENTURE ELECTRONIC INFORMATION SERVICE CO., LTD. Address before: 210093 Room 303, Yi Fa science and technology building, 228 Guangzhou Road, Gulou District, Nanjing, Jiangsu. Patentee before: Nanjing Jin Xiao electronic Touchplus information Corp |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A three-dimensional moving image display method based on dot matrix and its implementation device Effective date of registration: 20211220 Granted publication date: 20111019 Pledgee: Zheshang Bank Co.,Ltd. Nanjing Branch Pledgor: GENTURE ELECTRONICS Co.,Ltd. Registration number: Y2021320000397 |