РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОНИКИ

Автоматический 3D-контроллер для генерации стереоизображения

Выполнена разработка электронных устройств, предназначенных для получения на мониторе компьютера стереоизображения, которое может просматриваться с помощью специальных очков, подключаемых к микроконтроллеру. Устройство позволяет получать довольно интересные визуальные эффекты и объемность изображения. Разработка электроники выполнена с использованием микроконтроллера Atmel AT89C2051 (ядро MCS-51). Устройства разработаны по заказу ООО "Корпорация СТЭЛ" и производятся под торговой маркой 3DS-PC3 и 3DS-TV. В нашей компании вы можете сделать заказ, по которому будет выполнена разработка электроники для современных устройств и приборов специального назначения с обработкой видео- или аудио-сигнала в реальном времени.

 

 

Данный прибор может использоваться в медицинских учреждениях для коррекции проблем зрения. Специальные методики позволяют за несколько сеансов исправить косоглазие (неодинаковое направление глазных зрачков ). Контроллер подключается к разъему видеокарты компьютера, кабель от монитора подключается к контроллеру. Может автоматически работать с включающими и выключающими кодами разных фирм. Также может быть использовано ручное управление. Для работы данного контроллера на компьютер инсталлируется специальный драйвер, обеспечивающий получение стереоизображения в играх и других приложениях.

 

 

 

Принципиальная схема устройства - контроллера обработки видеосигнала для генерации объемного стереоизображения

 

 

Разработка устройств обработки видеосигнала проведена с применением микроконтроллера Atmel AT89C2051 (MCS-51). В качестве усилителей цветовых сигналов использованы дешевые LM311.

 

Описание функциональных особенностей устройств преобразования обычного видеосигнала в 3D стерео-видеосигнал для получения объемного изображения

 

1. Входными сигналами для микроконтроллера (МК) являются входные кадровые синхроимпульсы Vs (поступают на вывод 6 МК), входные строчные синхроимпульсы Hs (вывод 7) и R, G, В сигналы, поступающие с VGA-выхода системного блока IBM-совместимого компьютера (соответственно на выводы 8, 9 и 12}.

2. На отдельном выходе (вывод 17} МК формируются выходные кадровые синхроимпульсы Vs' (длительностью 0,1 мс), частота повторения Рвых которых зависит от результата анализа изображения (R, G, В сигналов). Анализ состоит в детектировании наличия черно-белого или цветного кодов (комбинаций цветов для строк изображения). В исходном состоянии (при отсутствии указанных кодов в считываемом изображении) частота Рвых для Vs' (на выводе 17) равна частоте Fвх для Vs (вывод 6). После появления стартового кода выполняется условие: Fвых = 2Fвх. После появления финишного кода идет возвращение к исходной ситуации Fвых = Fвх. Удвоение частоты выходных кадровых синхроимпульсов осуществляется за счет генерации микроконтроллером дополнительного синхроимпульса, расположенного на временной оси посередине между теми выходными синхроимпульсами, которые следуют с исходной (одинарной) частотой. Задержка во времени между моментом поступления входного кадрового синхроимпульса и началом генерации соответствующего выходного кадрового синхроимпульса, а также точность расположения переднего фронта дополнительного кадрового синхроимпульса - максимально возможные. Реакция микроконтроллера - на фронты входных синхроимпульсов. Полярность выходных кадровых синхроимпульсов повторяет полярность входных кадровых синхроимпульсов (которая может быть как положительной, так и отрицательной). Диапазон частот повторения входных синхроимпульсов 50-120 Гц. Временная стабильность дополнительного кадрового синхроимпульса достаточна для визуального отсутствия подрагивания изображения при Fвых = 2Fвx (для видео-режимов с разрешением 640х480, 800х600, 1024х768, 1280х1024).

 

3. Всего используется два вида кодов от разных фирм: черно-белый и цветной. Стартовый черно-белый код состоит из 12 пар смежных белых строк (начинающихся с первой строки сверху экрана), чередующихся с 12 парами пустых (черных) строк (т.е. этот код имеет вид последовательности цветов белый-белый-черный-черный-белый-белый-черный-черный..., занимающей в сумме 48 строк). Финишный черно-белый код - белая полоса из расположенных подряд 15 белых строк с центральной строкой посередине экрана. Стартовый цветной код содержит следующее чередование цветов (начиная с первой строки сверху экрана) - красный (8 строк подряд), зеленый (2 последующие строки), красный + зеленый (следующие 12 строк), зеленый (следующие 2 строки). Длительность присутствия на экране каждого кода - не менее 80 мс.

4. В автоматическом режиме изменение частоты Fвых наступает в соответствии с анализом изображения, описанным в п. 2 и 3. В ручном режиме изменение частоты Fвых осуществляется изменением логического состояния отдельного порта (вывода 18) МК с помощью переключателя. Анализ состояния данного переключателя (и всех других переключателей и кнопок, подключенных к другим портам микроконтроллера) осуществляется с подавлением "дребезга" их контактов.

 

5. На отдельном выходе (вывод 13) МК микроконтроллера формируется логический сигнал высокого уровня при условии Fвых = 2Fвх и низкого уровня при Fвых = Fвх (как для автоматического, так и для ручного режимов).

 

6. На трех отдельных выходах (выводы 14-16) микроконтроллера непрерывно генерируются три синхронизированных между собой сигнала в форме меандра с частотой 2,2 кГц:

первый и второй сигналы меандра (на выводах 14 и 15) постоянно имеют фазу соответственно 0°и 180°;  
фаза третьего сигнала меандра (вывод 16) переключается между двумя значениями 0° и 180° в моменты формирования передних фронтов выходных кадровых синхроимпульсов (т.е. частота смены фазы третьего сигнала равна частоте следования выходных кадровых синхроимпульсов). При удвоенной частоте выходных кадровых синхроимпульсов в моменты формирования передних фронтов дополнительных выходных синхроимпульсов фаза третьего сигнала меандра всегда приходит к одному и тому же значению (либо только к 0°, либо только к 180°). 

 

7. Выбор указанного в п.6 значения фазы меандра (0° или 180°) при Fвых=2Fвх осуществляется в соответствии с состоянием переключателя полярности, подключенного к отдельному входу (вывод 11) микроконтроллера. Изменение состояния данного переключателя также вызывает смену фазы меандра на противоположную для ситуации Fвых=Fвх.

8. В режиме работы с удвоенной частотой выходных кадровых синхроимпульсов предусмотрена возможность оперативного изменения (подстройки) временного положения дополнительного выходного синхроимпульса (см. п.2) в пределах не менее 30% относительно центрального положения (соответствующего одинаковому временному расстоянию от двух соседних выходных синхроимпульсов). Подстройка осуществляется двумя кнопками [+] и [-], которые подключены к выводам 2 и 3 МК. Нажатие первой кнопки приводит к дискретному сдвигу дополнительного импульса в одном направлении, нажатие второй - в другом. При нажатии каждой из кнопок первый сдвиг синхроимпульса происходит с задержкой около 50-100 мс относительно момента нажатия, затем, если нажатие кнопки продолжается, сдвиг повторяется с временным интервалом около 50-100 мс вплоть до достижения импульсом положения с максимальным смещением. Смещение дополнительного синхроимпульса запоминается только на время текущей работы в режиме с удвоенной частотой кадровых синхроимпульсов и сбрасывается при переходе в режим с исходной (одинарной) частотой.

 

9. На выводе 19 МК генерируется сигнал прямоугольной формы, поочередная смена амплитуды которого от логической 1 к логическому 0 и обратно осуществляется в моменты генерации передних фронтов выходных кадровых синхроимпульсов.

 

10. Логические уровни выходных и выходных синхроимпульсов соответствуют стандартным ТТЛ уровням при напряжении питания 5В. Задающий генератор микроконтроллера работает с внешним кварцем 24МГц (выводы 4 и 5 МК).

 

 

Проект N12. Разработка электроники для устройств обработки видеосигнала и преобразования в стерео-формат выполнена Александром Петровичем Протопоповым (г. Москва). Сайт автора: https://razrabotka.pro.