專利名稱：角運動成像系統(tǒng)及其實現(xiàn)顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成像系統(tǒng)及其方法，特別是涉及一種角運動成像系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
視覺暫留現(xiàn)象是指物體在快速運動時，當(dāng)人眼所看到的影像消失后，人
眼仍能繼續(xù)保留其影像O. 1-0.4秒左右的圖像。專利號為200510100156.8該發(fā)明公開了一種視覺暫留顯示系統(tǒng)及其實現(xiàn)顯示的方法。該顯示系統(tǒng)包括PC機、移動控制平臺和顯示屏部分。顯示方法是在PC機中把要顯示的文字或圖形轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；數(shù)字信號通過有線或無線方式傳輸?shù)斤@示屏部分，顯示屏部分的單片機控制電路控制各LED的亮滅狀態(tài)；驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動整列LED旋轉(zhuǎn)或擺動，從而利用人眼視覺暫留特性形成環(huán)型或平面型的顯示屏幕。根據(jù)需要可隨時變更顯示內(nèi)容。該發(fā)明為顯示方式為面運動，對運動速度要求非?？量蹋仨毐３謩蛩龠\動，且顯示為單一顏色，圖案無法達到全彩色效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改進上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種角運動成像系統(tǒng)及其方法。本發(fā)明發(fā)光物的運動方式為可變運動方式，以解決以往對運動加以勻速控制才能顯示圖像的方式，能夠適用于更多的場合。
本發(fā)明的目的通過以下措施來實現(xiàn)
一種角運動成像系統(tǒng)，包括用于接收并處理所要顯示圖像信息的圖像處理單元及安裝T車輪上的圖像顯示單元，所述的圖像顯示單元包括無線數(shù)傳電路，接收并發(fā)送所述圖像處理單元的圖像信息；
可變速發(fā)光部件，用于可轉(zhuǎn)動顯示所述圖像信息；圖像驅(qū)動電路，與所述可變速發(fā)光部件相連，驅(qū)動所述可變速發(fā)光部件工作；
角運動檢測電路，與所述可變速發(fā)光部件相連，用于測量可變速發(fā)光部
件循環(huán)周期時間；
控制電路，與所述角運動檢測電路相連，用于檢測角運動檢測電路傳輸?shù)男盘?，計算所述可變速發(fā)光部件轉(zhuǎn)動一周的時間，存儲所述圖像信息；車輪電源供電系統(tǒng)，用于給所述的可變速發(fā)光部件供電；電源變換系統(tǒng)，用于給圖像驅(qū)動電路、角運動檢測電路、控制電路供電。一種角運動成像系統(tǒng)實現(xiàn)顯示的方法，為
1) 圖像處理單元對所要顯示的圖像信息進行處理；
2) 無線數(shù)傳電路接收圖像處理單元傳送來的圖像并將其送給控制電路；
3) 角運動檢測電路計算圖像顯示的起始位置，計算運動周期；
4) 車輪電源供電系統(tǒng)驅(qū)動可變速發(fā)光部件顯示圖像；
5) 可變速發(fā)光部件對處理后的圖像信息進行顯示。本發(fā)明的優(yōu)點在于
本發(fā)明能夠用較少的元件，顯示較大的動態(tài)全彩色圖像，角運動的變化不影響圖像的顯示，且圖像顯示溫度，應(yīng)用范圍廣。
本發(fā)明工作原理利用人眼睛0.05-0.2秒的視覺暫留，使單排LED成角運動，從而行成扇形視覺暫留效果，當(dāng)提高角運動速度時就會形成整幅圖像。


圖1為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)圖2為圖像處理單元中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換表；
圖3為DM163驅(qū)動LED的串行數(shù)據(jù)編碼示意圖4為DM163驅(qū)動電路原理圖5為角運動檢測原理示意5圖6為圖像處理程序流程圖；圖7為圖像顯示程序流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的硬件包括圖像處理單元，圖像顯示單元。當(dāng)圖像信息通過傳輸電路傳送給顯示單元后，不能直接顯示，需要圖像處理單元將
并行存儲的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行存儲的數(shù)據(jù)。如圖2所示，在ROM2000H地址空間存儲了一個8bit信息，依照從低到高轉(zhuǎn)換到RAM200H開始的8個字節(jié)里即RAM200H-207H的"0" bit位。經(jīng)過這樣轉(zhuǎn)置之后的數(shù)據(jù)，通過MCU的寫指令，將200H至207H寫入并口，在某一管腳既形成串行數(shù)據(jù)供顯示單元顯示。RAM里的bit7位定義為脈沖輸出，bit6位定義為寫方式控制，bit5位定義為數(shù)據(jù)鎖存控制位。bit5-7位均送給顯示單元控制操作。余下的bit0-4位可同時驅(qū)動顯示單元。
圖像顯示單元包括可變速發(fā)光部件、無線數(shù)傳電路，圖像驅(qū)動電路，角運動檢測電路，控制電路，電源變換系統(tǒng)，車輪電源供電系統(tǒng)。
l.可變速發(fā)光部件，采用將汽車車輪的輻條上安裝按規(guī)則排列的LED發(fā)光器件。由于LED是安裝在輪子上，而輪子又是高速旋轉(zhuǎn)的，必須保證圖像不隨著輪子轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動才可以清晰的顯示出圖像。此處車輪采用3根輻條，每個輻條上的LED燈為45個，將整個車輪的一周分為180份，對應(yīng)著把圖像分為180份，即180個扇區(qū)，車輪旋轉(zhuǎn)時，車輪不斷變化的輻條位置代表著不同的扇區(qū)。輪子轉(zhuǎn)動起來，按照預(yù)先編好的程序，每一扇區(qū)內(nèi)LED顯示規(guī)定的顏色及亮度，觀測者就能看到整幅靜止不動的畫面。如果將多個整幅靜止不動的圖像連續(xù)起來播放，就能看到連續(xù)的圖像甚至一整套電影。為了提高圖像精度的分辨率，還可以采用增加LED、扇區(qū)數(shù)量或者兩者同時增加的方法。經(jīng)實踐驗證，單排LED為45個時，分為180扇比較合適；當(dāng)LED增加到90個時，分為360扇較為合適。這種分配方式基本保證了每一個像素基本為點狀，而不是線狀。本系統(tǒng)采用的是將80個全彩色LED并排排成一排，整幅圖像分為360扇，整幅圖像的像素共有80*360=28800個像素點，全彩色LED采用金立翔科技有限公司生產(chǎn)的GMF-2K1C0C-23SMT-LED，封裝尺寸為2.4*2.7mm， 120DEG全彩防水。
2. 無線數(shù)傳電路，采用的是藍牙、WiFi、紅外線等傳輸模塊接收來自圖像處理模塊的圖像信號，并將其傳輸給控制電路。
3. 圖像驅(qū)動電路，采用DM163芯片，1片DM163只能驅(qū)動8個全彩LED，本發(fā)明采用80個全彩色LED，所以需要10片DM163串聯(lián)驅(qū)動，圖3為10片DM163驅(qū)動80個全彩LED的串行數(shù)據(jù)編碼示意圖。圖4為DM163電路原理圖。DCK管腳為DM163的時鐘輸入，接MCU的脈沖輸出管腳，即前面定義的bit7位。LAT—B管腳為信號出入模式設(shè)置，DM163支持兩種信息傳遞模式，即點校正模式和信息顯示模式。點校正模式其信號編碼方式為6bit串行數(shù)據(jù)。如某LED發(fā)光效率存在差異，可以先打入6bit點校正信息來調(diào)整LED亮度從而在視覺上使全部LED發(fā)光效率保持一致。信息顯示模式為8bit串行數(shù)據(jù)，可以使某一支單色LED顯示256種亮度(也可以稱為灰度)級別。這兩種信息輸入模式的選擇通過LAT一B的高低點平來控制選擇。
SELBK管腳的功能為信息鎖存控制，其功能是使DM163將串行數(shù)據(jù)鎖存到其內(nèi)部的GK觸發(fā)器內(nèi)。當(dāng)6bit或者8bit串行數(shù)據(jù)最后一位傳送完畢時SELBK置高電平，使DM163內(nèi)部的GK觸發(fā)器觸發(fā)，使其鎖存數(shù)據(jù)信息，從而控制LED顯示亮度。
4. 角運動檢測電路，用于測量可變速發(fā)光部件循環(huán)周期時間，由于車輪運動的角速度是隨時間變化的而非均速的物體，需要使得每排LED運動到某一扇區(qū)都能顯示相應(yīng)扇區(qū)的信息。如圖5所示為角運動檢測電路原理圖，木發(fā)明在車輪剎車片的上部裝有一磁鐵， 一根輻條的外延處設(shè)有一霍爾檢測電路作為角運動檢測電路，每當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動一周，檢測電路檢測到磁鐵的磁場變化，將此信號作為一個低電平信號發(fā)送給控制電路。這樣控制電路能通過霍爾元件傳遞來的信號判斷出每周運動時間，同時通過磁鐵的位置判斷讀圖像的起始位置，不會使得圖像倒立。
5. 控制電路，采用的是微型中央處理器。型號選用Microchip Technology公司的16位微處理器DSPIC33FJ128GP202，封裝采用QFN-S， Lead Package(MM)—6x6x0.9mm， Body[QFN陽S]with 0.40mm Contact Length。處理器檢測到霍爾元件傳送來的低電平脈沖信號既得到了圖像的起始位置，同時啟動處理器內(nèi)部的一個時鐘計數(shù)器開始計數(shù)。當(dāng)下一個霍爾低電平信號傳來時，處理器馬上讀取時鐘數(shù)并保存后同時將時鐘計數(shù)器清零以便下一周計數(shù)。這樣處理器就得到了輪子轉(zhuǎn)動一周所需的時間，并將相應(yīng)周期平均分為若干等份，保證每一等份中發(fā)光器件按照圖片要求顯示相應(yīng)的色彩及灰度。例如預(yù)先將一幅圖像平均分割為180扇區(qū)，處理器只需將該時間除以180即可得到每一扇應(yīng)該顯示的時間系數(shù)。這樣，從霍爾脈沖到來后處理器驅(qū)動DM163顯示第一扇圖像信息，然后延時一扇顯示時間系數(shù)，延時完畢后即顯示第二扇圖像信息，之后繼續(xù)延時該時間系數(shù)。這樣周而復(fù)始直至顯示180扇整復(fù)圖像顯示完畢。
期間如果霍爾中斷信息提前到來，說明角速度加快，處理器將停止顯示
剩余扇區(qū)，直接從第一扇從新開始顯示，并縮短延時時間系數(shù)。如果180扇顯示完畢后霍爾脈沖信號某一較短時間內(nèi)沒有到來，說明車輪角速度變慢，
處理器將等待直至下一個霍爾脈沖到來，再顯示第一扇圖像信息，同時相應(yīng)延長延時時間系數(shù)。從而達到正確顯示圖像的目的。
6. 電源變換系統(tǒng)，用于給圖像驅(qū)動電路、角運動檢測電路、控制電路供電。采用的是AOMSD公司的降壓DC/DC變換集成電路AOZ1014AI，將直流+12V變換為直流+3.3V。該器件適用電壓為4.5V至16V輸入，輸出電壓為3.3伏，可調(diào)整為低至0.8V， 5A連續(xù)輸出電流；固定500kHz 、 PWM操作；內(nèi)部軟啟動；逐周期電流限制；短路保護；熱關(guān)機。
7. 車輪電源供電系統(tǒng)，用于將12V直流電源源不斷地輸送給車輪，本發(fā)明釆用高耐磨的磷銅片作為受電電樞，通過高耐磨的合金碳刷將12V直流電輸送給電樞后再通過壓接觸點傳送給車輪電路。為了增加耐磨性，磷銅片
采用的是厚度為2mm的磷銅片。
本發(fā)明實現(xiàn)顯示的方法為
1) 圖像處理單元對所要顯示的圖像信息進行處理；
2) 無線數(shù)傳電路接收圖像處理單元傳送來的圖像并將其送給控制電路；
3) 角運動檢測電路計算圖像顯示的起始位置，計算運動周期；
4) 車輪電源供電系統(tǒng)驅(qū)動可變速發(fā)光部件顯示圖像；
5) 可變速發(fā)光部件對處理后的圖像信息進行顯示。
圖6為圖像處理流程示意圖，圖像處理單元對所要顯示圖像信息進行處理時的步驟為
1) 圖像裁減模塊將圖像信息按照車輪形狀進行裁剪；
2) 像素數(shù)據(jù)提取模塊將裁減好的圖相信息按照360扇區(qū)，每扇區(qū)80個像素點的規(guī)定格式進行像素提取，把每個像素提取成8bit*8bit*8bit的紅綠藍三基色二進制編碼；
3) 轉(zhuǎn)置格式預(yù)處理模塊將已經(jīng)編制好的二進制編碼按照車輪輻條數(shù)進行預(yù)處理，根據(jù)車輪輻條數(shù)把圖像信息分為相應(yīng)的份數(shù)，確定每個輻條顯示圖像的起始扇區(qū)。例如車輪有3個輻條，則將車輪的一周360度平均分成3份，每份相差120度，即第一扇為第一輻條顯示起點，第二條輻條起點為120度，第三條輻條起點為240度；同理，如果是四條輻條，則把360度平均分為4份，四條輻條的起點依次為1度，90度，180度，270度。
4) 對圖像信息的數(shù)據(jù)進行格式變換，將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)置成串行數(shù)據(jù)；
5) 采用中斷模式將圖像信息傳送到可變速發(fā)光部件，車輪旋轉(zhuǎn)時不斷變化的輻條位置代表著不同的扇區(qū)，每扇圖像信息依次在其相對應(yīng)的扇區(qū)上顯示。
圖7為圖像顯示程序流程圖，由于DM163器件接收數(shù)據(jù)能力的限制，其
9串行數(shù)據(jù)最大支持20M的頻率，而傳送1920bit最短也需要96us(微秒)。一般的轎車車輪周長為2米左右，本系統(tǒng)最高設(shè)計時速為200公里，達到最高時速時車輪轉(zhuǎn)動一周的時間為36ms (毫秒)。而這36ms中要顯示360個扇區(qū)，每個扇區(qū)只有100us的時間。顯然系統(tǒng)將全部時間用于傳送數(shù)據(jù)了，而顯示延時的時間幾乎沒有。
為了解決這個問題，我們設(shè)計為超過100公里時速時。系統(tǒng)自動改變顯示模式，變更為"隔扇顯示模式"。即當(dāng)時速高于IOO公里時，周長2米的車輪轉(zhuǎn)動一周需要72ms，每扇時間為200us，傳送數(shù)據(jù)需要96us，顯示只有104us的時間，這樣就會使系統(tǒng)穩(wěn)定度大大降低。如果速度再提高，情況會更加惡化。顯然MCU和顯示驅(qū)動電路工作不過來。
考慮到高速運轉(zhuǎn)的車輪其運動勢能很大，相鄰2周的運動變化相對很小。我們采用了隔扇顯示的方式來減少MCU和DM163顯示驅(qū)動電路的工作強度。即本周顯示1、 3、 5、 7…，.即單號扇圖像信息。下周顯示2、 4、 6、 8….
即雙號扇信息。
權(quán)利要求
1、一種角運動成像系統(tǒng)，其特征在于包括用于接收并處理所要顯示圖像信息的圖像處理單元及安裝于車輪上的圖像顯示單元，所述的圖像顯示單元包括無線數(shù)傳電路，接收并發(fā)送所述圖像處理單元的圖像信息；可變速發(fā)光部件，用于可轉(zhuǎn)動顯示所述圖像信息；圖像驅(qū)動電路，與所述可變速發(fā)光部件相連，驅(qū)動所述可變速發(fā)光部件工作；角運動檢測電路，與所述可變速發(fā)光部件相連，用于測量可變速發(fā)光部件循環(huán)周期時間；控制電路，與所述角運動檢測電路相連，用于檢測角運動檢測電路傳輸?shù)男盘枺嬎闼隹勺兯侔l(fā)光部件轉(zhuǎn)動一周的時間，存儲所述圖像信息；車輪電源供電系統(tǒng)，用于給所述的可變速發(fā)光部件供電；電源變換系統(tǒng)，用于給圖像驅(qū)動電路、角運動檢測電路、控制電路供電。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種角運動成像系統(tǒng)，其特征在于所述的可 變速發(fā)光部件為裝在至少三組車輪輻條上的LED。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種角運動成像系統(tǒng)，其特征在于所述的圖 像驅(qū)動電路采用DM163芯片集成。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種角運動成像系統(tǒng)，其特征在于所述的角 運動檢測電路為霍爾元件實現(xiàn)。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種角運動成像系統(tǒng)，其特征在于所述的控制電路采用dsPIC33FJ集成電路。
6、 一種如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)實現(xiàn)顯示的方法，其特征在于1) 圖像處理單元對所要顯示的圖像信息進行處理；2) 無線數(shù)傳電路接收圖像處理單元傳送來的圖像并將其送給控制電路;23) 角運動檢測電路計算圖像顯示的起始位置，計算運動周期；4) 車輪電源供電系統(tǒng)驅(qū)動可變速發(fā)光部件顯示圖像；5) 可變速發(fā)光部件對處理后的圖像信息進行顯示。
7、 如權(quán)利要求6所述的一種實現(xiàn)顯示的方法，其特征在于所述圖像 處理單元對所要顯示圖像信息進行處理時的步驟為1) 將圖像信息按照車輪形狀進行裁剪；2) 將裁減好的圖相信息按照360扇區(qū)，每扇區(qū)80個像素點的規(guī)定格式 進行像素提取，把每個像素提取成8bit*8bit*8bit的紅綠藍三基色二進制 編碼；3) 已經(jīng)編制好的二進制編碼按照車輪輻條數(shù)進行預(yù)處理，根據(jù)車輪輻 條數(shù)把圖像信息分為相應(yīng)的份數(shù)，確定每個輻條顯示圖像的起始扇區(qū)；4) 對圖像信息的數(shù)據(jù)進行格式變換，將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)置成串行數(shù)據(jù)；5) 采用中斷模式將圖像信息傳送到可變速發(fā)光部件，車輪旋轉(zhuǎn)時不斷 變化的輻條位置代表著不同的扇區(qū)，每扇圖像信息依次在其相對應(yīng)的扇區(qū)上 顯示。
8、 如權(quán)利要求7所述的一種實現(xiàn)顯示的方法，其特征在于所述的車輪在旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)其車速高于100公里/小時，車輪上扇區(qū)顯示圖像采用隔扇 顯示方式，即車輪旋轉(zhuǎn)一周時依次顯示奇次扇圖像信息，下一周依次顯示偶 次扇圖像信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種角運動成像系統(tǒng)，包括用于接收并處理所要顯示圖像信息的圖像處理單元及安裝于車輪上的圖像顯示單元。所述的圖像顯示單元包括，無線數(shù)傳電路，變速角運動成像單元，角運動檢測電路，控制電路，車輪電源供電系統(tǒng)，電源變換系統(tǒng)。本發(fā)明能夠用較少的元件，顯示較大的動態(tài)全彩色圖像，角運動的變化不影響圖像的顯示，且圖像可顯示溫度、濕度、時間等，應(yīng)用范圍廣。
文檔編號G09F9/33GK101673495SQ20091023566
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月10日
發(fā)明者劉躍明, 照 魏 申請人:北京川合通晟科技有限公司