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    基于FPGA的3D头盔显示设备研究

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    基于FPGA的3D头盔显示设备研究

    电子科技大学硕士学位论文基于FPGA的3D头盔显示设备研究姓名杨德勇申请学位级别硕士专业信号与信息处理指导教师樊丰20090501摘要摘要图像显示器是人类接受外部信息的重要手段之一。而立体显示则能再现场景的三维信息,提供场景更为全面、详实的信息,在医学、军事、娱乐具有广泛的应用前景。而现有的3D立体显示设备价格都比较贵,基于此,本人研究了基于SDRAM存储器和FPGA处理器的3D头盔显示设备并且设计出硬件和软件系统。该系统图像效果好,并且价格成本便宜,从而具有更大的实用性。本文完成的主要工作有三点1.设计了基于FPGA处理器和SDRAM存储器的3D头盔显示器。该方案有别于现有的基于MCU、DSP和其它处理芯片的方案。本方案能通过线性插值算法把1024X768的分辨率变成800600的分辨率,并能实现120HZ图像刷新率,采用SD删作为高速存储器,并且采用乒乓操作,有别于其它的开关左右眼视频实现立体图像。在本方案中每时每刻都是左右眼视频同时输出,使得使用者感觉不到视频图像有任何闪烁,减轻眼睛疲劳。本方案还实现了图像对比对度调节,液晶前照光调节调节输出脉冲的占空比,立体图像源自动识别,还有人性化的操作界面OSD功能。2.完成了该系统的硬件平台设计和软件设计。从便携性角度考虑,尽量减小PCB板面积,给出了它们详细的硬件设计电路图。完成了FPGA系统的设计,包括系统整体分析,各个模块的实现原理和具体实现的方法。完成了单片机对AD9883的配置设计。3.完成了本方案的各项测试和调试工作,主要包括数据采集部分测试、数据存储部分测试、FPGA器件工作状态测试、以电脑显示器作为显示器的联机调试和以HX7015A作为显示器的联机调试,并且最终调试通过,各项功能都满足预期设计的要求。实验和分析结果论证了系统设计的合理性和使用价值。本文的研究与实现工作通过实验和分析得到了验证。结果表明,本文提出的由FPGA和SDRAM组成的3D头盔显示系统完全可以实现高质量的立体视觉效果,从而可以将该廉价的3D头盔显示系统用于我国现代化建设中所需要的领域。关键词3D头盔,立体视觉,现场可编程阵列,图像尺寸变换ABSTRA玎ABSTRACTIMAGEDISPLAYISONEOFTHEIMPORTANTMEANSFORPEOPLETOACCEPTTHEEXTERNALINFORMATION.STEREOSCOPICDISPLAYCAILREPRODUCETHREEDIMENSIONALSCENEINFORMATION,PROVIDINGMORECOMPREHENSIVEANDDETAILEDINFORMATIONANDBDNGWIDELYUSEDINMEDICAL,MILITARY,ENTERTAINMENTAPPLICATIONS.BUTTHE3DSTEREOSCOPICDISPLAYISRATHEREXPENSIVE.BECAUSEOFTHIS,THE3DHELMETDISPLAYSWASSTUDIEDWHICHISBASEDONSDRAMMEMORYANDFPGAPROCESSORANDISDESIGNEDSOTHATTHEHARDWAREANDSOL,RARESYSTEMSHAVEGOODIMAGESANDVERYCHEAPPRICES.SOITISAMOREPRACTICALSYSTEM.THEREARETHREEASPECTSOFRESEARCHINMYDISSERTATION1.A3DHEADMOUNTEDDISPLAYSCHEMEWASDESIGNEDWHICHUSEDFPGAPROCESSORANDSDRAMMEMORYSTRUCTURESBASEDONPINGPONGOPERATION.THESCHEMEISDIFFERENTFROMTHEEXISTINGSCHEMESBASEDONMCU,DSPANDOTHERCHIPS.ITCANCHANGETHERESOLUTIONOF1024X768INTOTHERESOLUTIONOF800600BYLINEARINTERPOLATIONALGORITHM.THEIMAGEOFSCHEMECALLACHIEVE120HZREFRESHRATE.THESCHEMEUSESAHIGHSPEEDSDRAMMEMORY,ANDPINGPONGOPERATIONWHICHISDIFFERENTFROMSWITCHINGVIDEOSONEYESTOACHIEVETHREEDIMENSIONALIMAGE.INTHESCHEME,VIDEOSISDISPLAYEDONTHEFIGHTANDLEFTEYEATTHESAMETIME;NOFLICKEREFFECTSISREELEDANDTHEEYESTRAINISREDUCED.THISSYSTEMCANALSOACHIEVEIMAGECONTRASTADJUSTMENT,LCDBACKLIGHTADJUSTMENTA由USTABLEOUPUTPULSEDUTYCYCLELAUTOMATICIDENTIFICATIONOFTHESOURCEOFTHREEDIMENSIONALIMAGES,觞WELL髂HUMANOSDFUNCTIONINTERFACE.2.THEHARDWAREPLATFORMOFTHESYSTEMDESIGNANDPROGRAMDESIGNWASFINISHED.FROMTHEPORTABILITYPOINTOFVIEW,THEPCBBOARDSPACEWASTRIEDTOREDUCEANDADETAILEDCIRCUITDIAGRAMOFTHEHARDWAREDESIGNWASGAVEN.THEFPGAAYSTEMDESIGNWASFINISHEDWHICHINCLUDEDTHEOVERALLSYSTEMANALYSIS,IMPLEMENTATIONOFTHEPRINCIPLESOFEACHMODULETOTHESPECIFICMETHODOFIMPLEMENTATION.ANDTHEMCUCONFIGURATIONDESIGNOFAD9883WASFINISHED.3.THEWORKOFTESTINGANDDEBUGGINGWASFINISHED,INCLUDING.THETESTOFDATAACQUISITION,THETESTOFDATASTORAGE,THETESTOFFPGAWORKINGSTATUS,THECOMPUTERDISPLAYASSHOWNINLINEDEBUGGINGANDHX7015AASSHOWNBYLINEDEBUGGING.ANDTHEHABSTRACTDEBUGGINGFINALLYPROVEDTOBESUCCESSFUL.THEEXPECTEDREQUIREMENTSAREDESIGNEDTOMEETSUCCESSFULLY.EXPERIMERITSANDTHEANALYSISRESULTSDEMONSTRATEDTHESUCCESSFULSYSTEMDESIGNANDITSUSEFULNESS.THROUGHEXPERIMENTSANDANALYSIS,THERESULTSSHOWTHATTHE3DHELMETDISPLAYSYSTEMWHICHISMAINLYIMPLEMENTEDBYFPGAANDSDRAMCANACHIEVEHIGHQUALITYTHREEDIMENSIONALVISUALEFFECTS.SOTHISLOWCOST3DHELMETDISPLAYSYSTEMCANBEUSEATTHEMODEMIZATIONOFOURCOUNTRYINTHEAREASOFNEED.KEYWORDS3DHELMET,THREEDIMENSIONALVISION,FPGA,SCALERIII独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名J犯弘阻日期弘,了年宝月≥。日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学

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