CN101241657B - 一种三维显示系统及其显示控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维显示系统及其显示控制方法，其中显示系统包括线状显示单元、控制单元，多个所述线状显示单元垂直排布于一二维平面形成三维显示矩阵；而显示控制方法是通过计算机图形处理获得相应的显示数据，将显示数据输入到控制单元，控制单元根据显示数据在相应时刻对相应地址的发光体发出控制信号，点亮相应的发光体，使三维显示矩阵显示出相应的三维图案或动画。上述结构制造成本低廉而且适用范围广，如可应用在酒店大堂、酒吧、夜场、娱乐场所或舞台等；可作为教学、研究、演示用的立体动态三维显示模型；还可用于招牌广告、临街灯饰、室内装饰、走廊过道等场合。而本发明的控制方法简化了设计以及控制的方法，而其使用更加可靠。

Description

一种三维显示系统及其显示控制方法

技术领域

本发明涉及一种显示设备及其显示控制方法，尤其是一种用于装饰或展示且能够显示三维图像的显示矩阵以及该种矩阵的显示控制方法。

背景技术

灯饰、室外显示屏等已经得到普遍的使用，主要用于节日的装饰以及广告展示等使用，现有的产品主要采用平板显示为主，而且控制技术也已经相当成熟，可是只能显示二维图像。随着显示技术的发展，三维显示技术已经初步成形，主要包括有几种：一是将不同的图像在人的左右眼分别投影虚拟出立体图像，这种技术可以采用现有的二维显示技术，通过佩戴特制的眼镜或者显示器件即可，显示质量高，但是只适用于电影电视等显示，无法适用于室外展示使用；二是采用三维投影的方法，但是所需要的设备相当复杂、昂贵，而且该技术也只是处于试验阶段，还不能达到应用的需求，同样也无法适用于室外展示使用；三是采用点光源在空间内搭建一个三维的显示矩阵，根据显示需要点亮相应的点光源构成相应的图案或者动画，这种显示技术虽相对于上述两种技术而言显示质量较低，但是容易实现且成本低廉，尤其适用于装饰或者户外广告展示使用。对于上述第三种三维显示技术而言，关键是需要搭建一个三维的显示矩阵。现有的技术，如中国专利“三维可视显示方法及其装置”(专利申请号是200610101245.9，公开日是2007年8月8日)需要在空间内用导线等搭建形成由多个正方体子单元组成的矩阵，每个节点连接一个显示单元。该矩阵结构比较复杂，而且一般需要人手搭建，工艺十分繁琐复杂，难以搭建形成较大的矩阵，因此无法实现在工业上进行批量生产且制造价格相当昂贵，更加无法实现安装后的拆装存放，在使用上非常的不方便。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种三维显示系统，采用模块化的显示单元，可实现工业化生产，安装更加方便，而且可以进行拆装，以便于存放和运输。

本发明的另外一个目的是提供一种用于控制上述三维显示系统显示的方法，能够方便的将显示的内容进行数据化处理后对三维显示矩阵进行显示控制，使用简单且更加可靠。

本发明是这样来实现上述目的的：

三维显示系统，包括线状显示单元、用于控制线状显示单元的控制单元，其中线状显示单元包括导线以及沿导线均匀分布并且与导线电连接的发光体；多个所述线状显示单元垂直排布于一二维平面形成三维显示矩阵；线状显示单元分别与控制单元相对应的端口连接，控制单元输出控制信号点亮三维显示矩阵中的对应发光体，使三维显示矩阵显示出相应的三维图案或动画。

一种三维显示系统的显示控制方法，通过计算机图形处理获得相应的显示数据，所述显示数据包括地址参数、显示参数和时间参数，显示数据输入到控制单元；在控制单元还存储有每个发光体都有唯一对应的地址，控制单元根据显示数据在相应时刻对相应地址的发光体发出控制信号，点亮相应的发光体，使三维显示矩阵显示出相应的三维图案或动画。

本发明的有益效果是：将线状显示单元按照一定的规律排布即可形成所需要的三维显示矩阵，然后与控制单元相应的输出单元连接即可，安装十分的方便且可以灵活的进行无限的扩展，形成较大的显示矩阵。由于上述线状显示单元能够满足大量的工业化生产的要求，因此制造成本低廉而且适用范围广，如可应用在酒店大堂、酒吧、夜场、娱乐场所或舞台等，营造新奇而震撼的立体灯光气氛；可作为教学、研究、演示用的立体动态三维显示模型，直观，效果强烈；还可用于招牌广告、临街灯饰、室内装饰、走廊过道等场合。为了便于对该三维显示矩阵进行控制以及显示图像或动画的处理，本发明还设计了相应的控制方法，简化了设计以及控制的方法，而其使用更加可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明三维显示矩阵实施例一的立体图；

图2是图1的A处的局部放大图；

图3是实施例一线状显示单元1底端的局部放大图；

图4是本发明三维显示矩阵第二种实施例的立体图；

图5是本发明三维显示矩阵第三种实施例的立体图；

图6是图5的B处的局部放大图；

图7是本发明三维显示矩阵第四种实施例的立体图；

图8是本发明三维显示矩阵第五种实施例的立体图；

图9是本发明控制单元第一种实施例的原理框图；

图10是本发明控制单元第二种实施例的原理框图；

图11是本发明控制单元第三种实施例的原理框图；

图12是本发明控制单元第四种实施例的原理框图；

图13是本发明控制单元第五种实施例的原理框图；

图14-1是本发明控制单元第五种实施例中驱动电路的电路原理图；

图14-2是本发明控制单元第五种实施例中主控电路和选通驱动电路的电路原理图；

图14-3是是本发明控制单元第五种实施例中多组发光体的电路原理图。

具体实施方式

三维显示系统，包括线状显示单元1、用于控制线状显示单元1的控制单元2。其中线状显示单元1包括导线11以及沿导线11均匀分布并且与导线11电连接的发光体12；多个所述线状显示单元1垂直排布于一二维平面形成三维显示矩阵；线状显示单元1与相对应的控制单元2电连接，控制单元2输出控制信号点亮三维显示矩阵中的对应发光体12，使三维显示矩阵显示出相应的三维图案或动画。为了避免显示系统中的导线11或者连接部件遮挡发光体12影响显示效果，所述的显示单元1采用线状，对显示单元1上的发光体12遮挡较少，而且该显示系统一般都与观察者的距离较远，因此完全不影响整体的显示效果。可以采用窄长形的印刷线路板，发光体12焊接于线路板上作为线状显示单元1，还可以采用灯串的形式的线状显示单元1，然后将线状显示单元1按照一定的规律排布即可形成所需要的三维显示矩阵，然后与控制单元2相应的输出单元连接即可，安装十分的方便且可以灵活的进行无限的扩展，形成较大的显示矩阵。由于各部件能够满足大量的工业化生产的要求，因此制造成本低廉而且适用范围广，如可应用在酒店大堂、酒吧、夜场、娱乐场所或舞台等，营造新奇而震撼的立体灯光气氛；可作为教学、研究、演示用的立体动态三维显示模型，直观，效果强烈；还可用于招牌广告、临街灯饰、室内装饰、走廊过道等场合。

由于每组发光体12都需要从控制单元2连接相应的控制信号线，如果三维显示矩阵的不是很大，那么控制单元2可以集成到一块芯片或者直接采用计算机作为控制单元2，但是这样控制信号线连接繁多而且错综复杂，导致接线困难而且容易出错，还会影响系统使用的稳定性。为了简化上述控制信号线的连接，所述控制单元2包括主控电路21和驱动电路22。主控电路21主要是对显示数据进行存储和处理，协调整个三维显示矩阵的显示工作；驱动电路22主要是接收来自主控电路21的控制信号，然后对控制信号进行解码并点亮相应的发光体12，因此驱动电路22一般可设置于每个显示单元1的接线端部或者每个发光体12都单独设置驱动电路22，而驱动电路22与主控电路21之间可以采用串行通信，这样能够有效的减少连接线，使得整个系统的布线更加合理简洁、提高使用的稳定性，而且也便于安装。

上述三维显示矩阵可根据需要可以有多种的设计以及安装方式。

三维显示矩阵实施例一，参照图1至图3，线状显示单元1的导线11是采用窄长的印刷线路板，将多个发光体12按照一定的间隔焊接在印刷线路板上，同时在每个印刷线路板上还焊接有对该组发光体12驱动的驱动电路22。还设有底座13，底座13上有规律的分布有插座，而印刷线路板的底端设有相适应的插针，同时主控电路21也可根据需要内置于底座13内。装配时将线状显示单元1插装于底座13上即可形成三维显示矩阵，简单快捷，而且拆装方便。上述结构的三维显示矩阵适用于水平摆放，同时也可以固定在垂直面上，如图4(实施例二)。

三维显示矩阵实施例三，参照图5和图6，线状显示单元1的导线11采用软性导线，可以是具有一定韧性的导线或者是纤维线且沿纤维线排布有导线的线束，而发光体12则是按照一定的间隔串接于导线11上形成灯串，可以在导线11的端部设驱动电路22，也可以将驱动电路22集成到发光体12中。将多个上述灯串从在房顶或者固定架上垂吊下来形成三维显示矩阵。

三维显示矩阵实施例四，参照图7，线状显示单元1的结构可以采用焊接有发光体12的窄长印刷线路板或者灯串这两种结构，然后每个线状显示单元1首尾串连形成显示面，显示面向一个方向排列后形成三维显示矩阵。

当然，可以根据使用的需要，将矩阵按照卡迪尔坐标排布形成长方体状三维显示矩阵，按照柱状坐标排布形成柱状三维显示矩阵(参照图8)等等。

就发光体12而言，本发明可实现单色、彩色甚至是达到全彩的显示效果，那么发光体12可相应的选取单色或者是由红色、绿色和蓝色三基色发光单元组成。根据现有大型平面显示屏应用技术，上述的发光单元基本上都是采用发光二极管LED，是由于LED具有耗能小、使用寿命长、发光效率高、响应时间极短等优点，而且封装形式尤其适合于室外各种恶劣环境使用要求，因此三维显示矩阵的发光单元也优选采用LED。当然还可以选择其他的点状发光光源，只是驱动电路22需要做相应的改进。

下面结合电路原理图，对相应的控制单元2进行详细的描述。

控制单元实施例一和二，参照图9和图10，所述控制单元2是由主控电路21和驱动电路22组成，其中主控电路21可以是计算机或者常用的单片机，本电路中驱动电路22采用串行移位寄存器，主要是考虑到主控电路21与驱动电路22间是采用串行通信方式，能够大大的简化连接线路，主控电路21的输出端输出相应的几个数据及控制信号即可，如数据信号DATA、时钟信号CLK、锁存信号STB和使能信号OE等等。驱动电路22有多路输出，连接相应的发光单元。当驱动电路22接收到主控电路21发来的数据和控制信号，进行解码，然后在相应的输出端输出信号，控制点亮相应的发光单元，使三维显示矩阵显示出相应的三维图案或动画。上述控制单元2能够驱动单色或者彩色的发光单元，如果是单色显示，只要将单色LED发光单元与驱动电路22输出端连接即可。而对于彩色显示而言，需要每个发光体12由红色、绿色和蓝色的LED发光单元组成，在驱动电路22的输出端分别依次重复连接三种颜色的LED实现。实施例一与实施例二的区别在于实施例一的电路结构适用于线状显示单元1上的发光体12不算太多的情况，一般为16个，这样所有发光体12中发光单元的连接都汇总到一片驱动电路22上。但是如果发光体12较多，相应的连线也会增多，实施例一的电路结构就难以适应，那么就可以采用实施例二的电路结构，相当于在每个发光体12上集成一个驱动电路22，发光体12之间的驱动电路22串接即可，虽然增加了驱动电路22的数量，但是该驱动电路22的结构也会相对的简化且价格也相对便宜，同时能够大大的减少连接线，简化了结构以适应使用的需要。

控制单元实施例三，参照图11，为采用二分之一分时技术控制红色、绿色和蓝色LED发光单元的控制单元2的方框图。所谓分时技术是将每个发光体的显示周期按照一定的比例分割为多个子周期，在每个子周期内分别点亮三色发光单元中的红色、绿色、蓝色部分，经过三基色发光单元的混色，能够搭配显示出各种各样的颜色，达到显示彩色图像的目的，这种技术能够大大的减少控制单元2实施例一中驱动电路22的使用数量，有效的降低制造成本。将每个线状显示单元1上的多个发光体12划分为一组或多组，一般每组为16个发光单元含有红色、绿色、蓝色发光单元，每个发光单元的一个电极与驱动电路22对应的一个驱动端口相连，同一组所有发光单元的另一个电极共线，控制单元2的主控电路21设有两个选通输出端口依次轮流与不同组的发光单元相连。其中选通输出端就是对某一组或多组的发光单元进行选通，然后再通过驱动电路22选择不同的颜色。经过三基色LED的混色，能够搭配显示出各种各样的颜色，达到显示彩色图像的目的。另外考虑到主控电路21的输出端口的驱动功率较小，如果显示矩阵较大，发光体12较多时，直接使用主控电路21的输出端口作为选通输出端无法满足要求，因此还加入了选通驱动电路23，主控电路21的选通输出端串接选通驱动电路23后再与发光体12相连。选通驱动电路23的基本作用相当于电子开关，可以由大功率的三极管或者开关集成电路组成，其输入端接收主控电路21选通输出端的信号后控制电子开关，实现闭合和断开。

控制单元实施例四，参照图12，为采用四分之一分时技术控制红色、绿色和蓝色LED发光单元的控制单元2的方框图。也就是将发光体的显示周期分割为四个子周期。其基本结构与控制单元实施例三相同，区别在于上述的主控电路21的选通输出端口为四个，依次轮流与不同组的发光单元中共线电极相连即可。当然可以根据上述原理制作八分之一分时或者十六分之一分时等等控制单元。

但是由于彩色显示一般都是采用三基色LED发光单元，而上述分时技术的子周期都并非三的倍数，因此不能实现只选通某种颜色进行显示同时也使得整个三维显示矩阵的布线变得很复杂，同时还会导致控制方法十分的繁琐，也就是控制程序的设计更加麻烦。本实施例为控制单元实施例五，参照图13和图14(包括图14-1，图14-2及图14-3)，采用三分之一分时技术控制红色、绿色和蓝色LED发光单元的控制单元2的方框图及电路原理图。同样，将每个线状显示单元1上多个发光体12的发光单元划分为一组或多组。每一个发光体12中红色、绿色和蓝色发光单元的一个电极共线后与一驱动电路22的驱动端口相连，将每组发光体12中相同颜色发光单元的另一电极共线然后分别与主控电路21中相应颜色的选通输出端口分别相连，当然上述每种颜色的选通输出端口可以分别为N个即总共为3N个，N为1，2，3等等。其中驱动端口用于选择所需驱动的发光体12，而选通输出端口则是选通该发光体12需要显示的颜色。

为了对上述三维显示矩阵进行控制，本发明还提供了相应的控制方法：

首先需要获得显示数据，而显示数据一般包含地址参数、显示参数和时间参数。其中地址参数记录了与某一发光体12在三维显示矩阵中的位置，一般来说根据矩阵不同的组织形式采用不同的表达形式，如采用卡迪尔坐标、柱状坐标等等。显示参数一般是包含了发光体12中每个单元的亮度等，而时间参数是表示某一时刻该发光体的状态。按照现有的技术，所述的显示数据一般可以通过采集或者设计获得，如三维显示矩阵需要根据音乐的节奏及频率显示动感的频谱，那么可以对音乐数据进行采样，经计算机处理后形成相应的显示数据；还可以采用计算机图形处理，将所需的图形直接在计算机中绘画出来，然后经过程序的运算获得显示数据等等。然后，通过数据传输将显示数据输入到控制单元2。在控制单元2中每个发光体12都有唯一对应的地址，控制单元2根据显示数据在相应时刻对相应地址的发光体12发出控制信号，点亮相应的发光体12，使三维显示矩阵显示出相应的三维图案或动画。

对于地址参数，本发明优选采用卡迪尔坐标，以便于主控电路21进行运算和控制，可以表示为(X，Y，Z)。对于显示参数，如果是采用单色LED发光单元，那么显示参数只需要设定为亮度就可以，一般可以是0-255级。如果采用红色、绿色和蓝色LED作为发光单元，那么显示参数包括用于控制发光体12中红色、绿色和蓝色发光单元的颜色参数，当然可以采用RGB或者其他表示颜色的相关参数，本发明考虑到发光单元采用红色、绿色和蓝色，因此显示参数优选采用RGB参数表示，每种颜色的亮度都是0-255级，那么就可以实现全彩显示。

从上述可知，主控电路21和驱动电路22是通过串行的方式进行通信的，能够有效的简化线路连接。当然，针对不同过的结构的控制单元，其控制过程是不相同的。

对于控制单元实施例一和二结构的控制过程如下，主控电路21按照显示数据中的时间参数转化为控制时序将地址参数和显示参数串行端口采用一定的串行通信数据格式发送至驱动电路22，各驱动电路22根据地址参数判断是否接收数据，然后将接收的数据进行解码转换控制相应输出端的电平，点亮或熄灭相应的发光体12中的发光单元，对于彩色显示而言还需要调整红色、绿色和蓝色发光单元的亮度以混光形成不同的颜色和亮度。

对于控制单元实施例三和四结构的控制过程如下，主控电路21按照显示数据中的时间参数转化为控制时序将地址参数和显示参数。其中选通输出端口根据地址参数选通某时刻需要点亮的一组或多组的发光体12，然后串行端口根据地址参数和显示参数发送控制信号至驱动电路22以选择每组发光体12中需要点亮的颜色。

对于控制单元实施例五的控制过程如下，主控电路21按照显示数据中的时间参数转化为控制时序将地址参数和显示参数由串行端口采用一定的串行通信数据格式发送至驱动电路22。各驱动电路22根据地址参数判断是否接收数据，然后将接收的数据进行解码转换为并行输出，驱动相应的发光体12，同时选通端口也根据显示参数输出相应的电平以控制每组发光体12所需显示的颜色，这样在驱动电路22和选通端口的配合下，能够对三维显示矩阵的每个发光体进行亮度、颜色的控制，使三维显示矩阵显示出彩色的三维图像或动画。

Claims (7)

1.一种三维显示系统，其特征在于，包括线状显示单元(1)、用于控制线状显示单元(1)的控制单元(2)，其中线状显示单元(1)包括导线(11)以及沿导线(11)均匀分布并且与导线(11)电连接的发光体(12)；控制单元(2)包括主控电路(21)和驱动电路(22)，驱动电路(22)与主控电路(21)相应输出端相连，驱动电路(22)的输出端与发光体(12)相连；线状显示单元(1)的导线(11)是采用窄长的印刷线路板，将多个发光体(12)按照一定的间隔焊接在印刷线路板上，同时在每个印刷线路板上还焊接有对该组发光体(12)驱动的驱动电路(22)，还设有底座(13)，底座(13)上有规律的分布有插座，而印刷电路板的底端设有相适应的插针，同时主控电路(21)内置于底座(13)内，多个所述线状显示单元(1)垂直排布于一二维平面形成三维显示矩阵；线状显示单元(1)分别与控制单元(2)相对应的端口连接，控制单元(2)输出控制信号点亮三维显示矩阵中的对应发光体(12)，使三维显示矩阵显示出相应的三维图案或动画。

2.根据权利要求1所述的一种三维显示系统，其特征在于，所述主控电路(21)设有选通输出端与发光体(12)相连。

3.根据权利要求2所述的一种三维显示系统，其特征在于，还设有选通驱动电路(23)，主控电路(21)的选通输出端串接选通驱动电路(23)与发光体(12)相连。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种三维显示系统，其特征在于，所述发光体(12)由红色、绿色和蓝色发光单元组成，每个发光单元的两电极分别与控制单元(2)相应的输出端相连。

5.一种权利要求1所述三维显示系统的显示控制方法，其特征在于，通过计算机采集或者图形处理获得相应的显示数据，所述显示数据包括地址参数、显示参数和时间参数，显示数据输入到控制单元(2)；在控制单元(2)中每个发光体(12)都有唯一对应的地址，控制单元(2)根据显示数据在相应时刻对相应地址的发光体(12)发出控制信号，点亮相应的发光体(12)，使三维显示矩阵显示出相应的三维图案或动画。

6.根据权利要求5所述的一种三维显示系统的显示控制方法，其特征在于，所述显示参数包括用于控制发光体(12)中红色、绿色和蓝色三基色发光单元的颜色参数。

7.根据权利要求5所述的一种三维显示系统的显示控制方法，其特征在于，所述控制单元(2)是由主控电路(21)和驱动电路(22)组成，主控电路(21)通过串行通信将控制信号发送至驱动电路(22)，驱动电路(22)根据地址信息接收相应的控制信号后进行解码并控制相应的发光体(12)。

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