专利名称：微小型光电液晶显示器动态图像传输装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光电图像传输技术领域，可用于动态场景仿真、光学 测量系统的优化设计、性能评估等多个方面。
背景技术：
随着电子技术飞速发展，光学参数测量仪器也逐步实现数字化、 自动化。与国外电子测量技术相比，国内传统的光学参数测量方法要 求测量人员在光学参数测量系统上逐项进行观测、记录、数据分析和 计算结果等一系列工作，存在着效率低、精度不稳定、测量人员技术 要求高等缺点。传统光学参数测量方法的光电化、数字化、智能化研 究势在必行，这对于加快光学参数测量的发展、降低测试人员的工作 强度、提高光学参数测量方法的准确性、稳定性有较大的实用价值。
微小型光电液晶显示器，正是为了满足高效率、自动化光学测量 发展的要求，借助液晶器件的电光调制特性而研制的一种可见光目标 发生装置。它结合了现代光电显示、控制等先进技术，将微小尺寸(对 角线长度小于1英寸)液晶器件应用到图形发生器的设计中，在光学 测量目标的产生方法上有了很大程度的突破。其独特的性能也使其在 除光学测量以外的其他众多技术领域(相干光学、波前校正等)里拥 有广泛的应用前景。
北京理工大学光学测量中心曾将微小型光电液晶显示器应用于光 学测量中，在微小型光电液晶显示器上产生分划图案作为可见光的靶 标，模拟各种可见光分划板目标，以此提高传统光学测量的效率和精 度，但是分化图形传输时采用的是串口，数据传输速度非常慢，传输
一幅1024x768像素的图像需要55秒左右，该传输速度远不能传输动 态图像。
当光学参数测量仪器研制完毕需要场景标定时，由于系统的目标 探测率、虚警率等主要战技指标很大程度上依赖于目标信号的细节及 背景特性，传统简单的实验室测试无法真实地反映实际情况而以往借 助野外靶场试验的方法则存在着测试条件不易控制，费用昂贵，机动性差，试验次数受限等缺点。动态场景仿真技术正是在这种背景下发 展起来的。它以计算机、信息处理、微电子等高新技术为依托，革新 了传统的实验室测试方法，也弥补了靶场试验的不足。将大量场景仿 真测试和有限的耙场试验相结合，对于客观评价系统性能、縮短研制 周期、节约经费开支等都具有重要的意义，它已普遍地应用于系统设 计前的方案论证和系统设计中的方案修正阶段。仿真技术在各个领域， 尤其是军事领域中的应用已为越来越多的国家所关注。
如果在光学系统的焦平面显示仿真所需要的动态图像，则可以对 光学系统的性能、参数等进行评定。由于一般光学系统体积不是太大， 焦平面的尺寸有限，不可能将大尺寸的显示器放置在光学系统的焦平 面上进行场景仿真，高分辨率的微小型液晶显示器则可以解决这个问 题。目前，在动态场景仿真中针对微小型液晶显示器的相关研究不多， 没有检索到基于微小型液晶的动态图像传输的相关装置。
发明内容
本发明的目的是针对动态图像数据传输速度和微小型光电液晶显 示器的硬件电路驱动要求，提出一种微小型光电液晶显示器动态图像 传输装置。其基本原理是通过上位机产生动态图像，'并通过高速数 据接口向下位机传送，下位目标机接收图像数据并送入缓存，当一帧 图像传送完毕后，将图像信息从缓存中读出，通过数模转换芯片将数 字图像信号转换为模拟图像信号，同时产生微小型液晶视频显示的驱 动时序信号，微小型液晶驱动电路接收到图像信号和驱动时序信号后， 对视频信号进行校正，并调整显示的亮度和对比度，驱动微小型液晶 显示上位机传送的图像。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明的微小型光电液晶显示器动态图像传输装置，如图1所示。 装置包括上位机、微小型光电液晶显示器、处理器芯片、高速数据接 口、外部存储器、数模转换芯片、逻辑时序产生芯片和微小型液晶驱 动电路，其中，高速数据接口、外部存储器、数模转换芯片、逻辑时 序产生芯片作为处理器芯片的外围器件，与其共同组成下位目标机； 逻辑时序产生芯片直接与外部存储器、数模转换芯片、微小型液晶驱动电路相连，作为视频信号时序发生部分；微小型液晶驱动电路直接 与微小型光电液晶显示器相连，驱动微小型光电液晶显示器显示图像； 上位机通过高速数据接口向下位目标机发送动态图像数据。
上位机可以选择PC机，也可以选择非PC机的其他嵌入式系统；
处理器芯片可以选择MCU、 DSP或者ARM;
逻辑时序产生芯片可以选择CPLD，也可以选择FPGA;
在选择高速数据接口时，可以选择百兆及以上的网口，也可以选 择支持USB2.0高速传输模式的USB接口 ；
图像数据缓冲存储器可以选择静态存储器，也可以选择动态存储 器，也可以选择闪存Flash,存储器的容量不得小于一帧图像的大小；
有益效果
本发明对比已有技术具有以下显著优点
1. 首次将微小型液晶图形发生器引入到光电图像传输技术中，将 数字化、自动化和微小型化引入到光学参数测量仪器中；
2. 以微小型液晶上的动态图像作为动态场景仿真的背景，可以减 小光学系统的尺寸体积，使系统更加紧凑；
3. 采用高速数据接口和逻辑可编程器件，可以保证图像数据传输 的实时性和动态图像的刷新率，从而保证动态场景仿真的效果。
图1为微小型光电液晶显示器动态图像传输装置示意图； 图2为具体实施方案系统框图3为微小型液晶驱动电路框图4为XGA视频生成系统实现的程序流程图5为XGA视频格式生成图。
其中l-上位机、2-下位目标机、3-视频信号时序发生部分、4-微小型光电液晶显示器、5-USB接口芯片的地址总线、6-USB接口芯 片的数据总线、7-SRAM地址总线、8-SRAM数据总纟^、 9-SRAM控 制信号、10-液晶驱动信号、11-模拟视频信号、12-行同步信号、13-场同步信号、14-MCU的控制信号。
具体实施例方式
下面以XILINX Vertex-4 FPGA、 CY7C68013 USB接口芯片、 CY7C1354B SRAM和ADV7125数模转换芯片组成的目标下位机，结 合附图对本发明作进一步说明。
(a) 下位目标机(2)的高速数据接口选择USB总线接口，接口芯片 选择可支持高速传输模式的CY7C68013，用两片SRAM进行图像数据 缓冲存储，因为微小型液晶分辨率的要求，两片SRAM的存储空间应 不小于768KB,数模转换选择8位三路高速DAC转换芯片ADV7125， 整个系统框图如图2所示；
(b) 选择0.9英寸、1024x768像素、符合XGA视频格式的高分辨 率微小型光电液晶显示器(4)，其驱动电路设计根据LCX029液晶芯片 的显示需求，结合芯片工作的典型电路以及SONY推荐的驱动方案， 同时考虑到芯片的采购现状，主体选用了 SONY公司的几款外围驱动 芯片分别为CXA2111R、 CXA3512R、 CXD3500R、 CXA3106AQ，接 收FLEX10K10A电路板一路模拟视频信号输入以及图像显示所必需的 行、场同步信号，通过上述芯片完成对模拟信号的调理，并产生出符 合液晶显示要求的行场扫描信号，整个系统框图如图3所示；
(c) XGA视频生成系统实现的程序流程图如图4所示，图中可以 表示出系统所包含的三大功能区"图形数据存储"、"总线切换"以及
"XGA信号生成"的逻辑关系。其中，输入/扫描使能信号由USB接 口芯片CY7C68013的一个管脚控制，当有图像信号经USB接口芯片 输入FPGA时，输入/扫描使能信号被置低，此时，FPGA将USB接口 芯片地址总线(5)、数据总线(6)及由片选信号、输入使能信号、输出使 能信号组成的MCU控制信号(14)，以此完成上位机(l)向SRAM输入 数字分划图形数据的过程。当图像信号传输完毕后，上位机给USB接 口芯片字节指令，并将输入/扫描使能信号置高，FPGA同时切断USB 接口芯片与SRAM的相应总线及控制信号的连接，并将自身内部地址 总线、数据总线、片选信号、输入使能信号、输出使能信号连接至SRAM 相应总线及控制信号接口 ，而后开始扫描SRAM上存储的数字分划图形数据，并生成标准的XGA信号，经过VHDL程序设计，可以在微 小型光电液晶显示器上显示灰度条纹图，如图5所示，以验证通过程 序设计后，视频信号时序发生部分(3)输出XGA视频信号时序的正确 性；
(d) 在USB固件程序设计中，需要初始化特殊功能寄存器的初始 值，以实现所需的设备属性和功能，辅助完成设备的重枚举过程，包 括模拟设备的断开与重现连接，对收到的设置包进行分析判断，从而 对主机的设备请求做出适当的响应，完成主机对设备的配置任务，并 控制数据接收和发送以及对中断的处理；
(e) USB设备驱动程序提供连接计算机硬件的软件接口枢纽，当硬 件连接到系统后，系统首先提示选择INF文件。通过CY7C68013默认 的厂商和产品域，设备找到INF文件中对应的固件驱动程序，等固件 下载到硬件后，设备会进入重枚举，接着，硬件运行固件程序，从而 完成设备的配置；
(f) 上位机应用程序开发的关键是如何实现向USB,设备发送指定 数量的数据，将所需的符合应用要求的一帧帧图像通过USB总线接口 向目标下位机不间断的发送出去。
此实施案例通过一系列的措施成功搭建了目标下位机平台，并做 了相应的软件程序设计，实现在0.9英寸、1024x768像素、符合XGA 视频格式的高分辨率微小型液晶上刷新率不低于25帧/秒的动态图像 传输。
以上结合附图对本发明的具体实施方式
作了说明，但这些说明不 能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要 求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范 围。 .
权利要求
1.微小型光电液晶显示器动态图像传输装置，包括上位机、微小型光电液晶显示器，其特征在于还包括处理器芯片、高速数据接口、外部存储器、数模转换芯片、逻辑时序产生芯片和微小型液晶驱动电路，其中，高速数据接口、外部存储器、数模转换芯片、逻辑时序产生芯片作为处理器芯片的外围器件，与其共同组成下位目标机；逻辑时序产生芯片直接与外部存储器、数模转换芯片、微小型液晶驱动电路相连，作为视频信号时序发生部分；根据上述的组件连接方式，图像传输是通过以下路径来实现的微小型液晶驱动电路直接与微小型光电液晶显示器相连，驱动微小型光电液晶显示器显示图像；上位机通过高速数据接口向下位目标机发送动态图像数据。
2. 根据权利1所述的微小型光电液晶显示器动态图像传输装置， 其特征在于上位机可以选择PC机，也可以选择非PC机的其他嵌 入式系统。 ^
3. 根据权利1所述的微小型光电液晶显示器动态图像传输装置， 其特征在于处理器芯片可以选择MCU、 DSP或者ARM。
4. 根据权利1所述的微小型光电液晶显示器动态图像传输装置， 其特征在于逻辑时序产生芯片可以选择CPLD，也可以选择FPGA。
5. 根据权利1所述的微小型光电液晶显示器动态图像传输装置， 其特征在于在选择高速数据接口时，可以选择百兆及以上的网口， 也可以选择支持USB2.0高速传输模式的USB接口 。
6. 根据权利1所述的微小型光电液晶显示器动态图像传输装置， 其特征在于图像数据缓冲存储器可以选择静态存储器，也可以选择 动态存储器，还可以选择闪存Flash,存储器的容量不得小于一帧图 像的大小。
全文摘要
本发明属于光电图像传输技术领域，可用于动态场景仿真、光学测量系统的优化设计、性能评估等多个方面。提出可以实现动态图像传输的设计方案和硬件平台。以高速数据接口、逻辑可编程器件、数模转换芯片和静态存储器搭建硬件平台，通过合理设计固件程序、设备驱动程序和上位机应用程序，高速图像数据从上位机通过接口进行传输，下位机将图像数据缓冲处理后产生行、场同步信号，在微小型液晶图形发生器上以XGA视频格式显示动态图像。本发明首次将微小型液晶图形发生器引入到光电图像传输技术中，以微小型液晶图形发生器上的动态图像作为动态场景仿真的背景，减小了光学系统的尺寸体积，使系统更加紧凑，并将数字化、自动化和微小型化引入到光学参数测量仪器中。
文档编号G01M11/02GK101587009SQ20091008837
公开日2009年11月25日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者川 何, 刘金华, 孙若端, 张旭升, 林家明 申请人:北京理工大学