基于S3C44B0X的雙目立體數(shù)碼照相機(jī)

 　　1 引言
　　
　　隨著光學(xué)、微電子學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)人眼“雙目視差立體成像”原理，形成了多種三維立體成像與立體顯示技術(shù)，目前人們開(kāi)始利用這些技術(shù)研制立體電視機(jī)、立體照相機(jī)和立體攝像機(jī)等裝置。 [2]
　　
　　近期我們嘗試了一種新構(gòu)思的立體攝像和立體顯示系統(tǒng)，其基本原理為：攝像時(shí)用雙鏡頭同時(shí)攝像來(lái)模仿人眼雙目視差立體成像過(guò)程，然后分別存儲(chǔ)獲得的兩幅圖像數(shù)據(jù)。顯示時(shí)把兩幅圖像數(shù)據(jù)分時(shí)送給一個(gè)雙層液晶構(gòu)成的顯示器，該顯示器分別用垂直偏振光和水平偏振光分時(shí)顯示所攝得的左眼像和右眼像，人眼通過(guò)特制的偏振眼鏡觀看這對(duì)具有一定視差的左右眼像，經(jīng)大腦視神經(jīng)的處理和融合,感受到物體的立體視覺(jué)效果。
　　
　　系統(tǒng)中的雙層液晶顯示器是我們的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，它利用了液晶的旋光性和偏振器對(duì)正交線偏振光的選擇吸收性。本文總結(jié)這一工作如下。
　　
　　2 硬件設(shè)計(jì)
　　
　　雙目立體數(shù)碼照相機(jī)由兩個(gè)攝像頭（由圖像傳感器OV7620和鏡頭組成）、一個(gè)ARM微處理器（型號(hào)為S3C44B0X）、SDRAM、液晶顯示屏（型號(hào)為G35II）、液晶旋光器以及偏振眼鏡組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中帶箭頭粗線表示電信號(hào)（控制和數(shù)據(jù)信號(hào)），帶箭頭細(xì)線表示光信號(hào)。

　

　　S3C44B0X微處理器內(nèi)置有存儲(chǔ)控制器和LCD控制器，具有71個(gè)通用I/O端口、8個(gè)外部中斷源和串行I2C總線接口，在系統(tǒng)中用作控制核心。兩個(gè)攝像頭用于立體圖像對(duì)（左眼像和右眼像）采集。液晶顯示屏和液晶旋光器構(gòu)成的雙層液晶顯示器用于圖像對(duì)的立體顯示。SDRAM作為圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)體，圖像采集時(shí)存儲(chǔ)兩個(gè)圖像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)，顯示時(shí)從中分時(shí)取出圖像數(shù)據(jù)提供給雙層液晶顯示器。偏振眼鏡的左鏡片為垂直偏振片，右鏡片為水平偏振片。
　　
　　2.1雙層液晶顯示器的制作和立體顯示原理
　　
　　雙層液晶顯示器由一片G35II型液晶顯示屏和其上覆蓋的一片液晶旋光器構(gòu)成，G35II的出射光為水平線偏振光。旋光器是將深圳耀宇公司的M12864COG型圖形點(diǎn)陣液晶模塊剝?nèi)蓚€(gè)偏振片和背光板后自制而成，它用于對(duì)從液晶顯示屏射出的圖像光進(jìn)行偏振調(diào)制。當(dāng)G35II顯示左眼像時(shí)，對(duì)旋光器的每個(gè)像素不加電壓，它將入射的線偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，成為垂直偏振光；當(dāng)G35II顯示右眼像時(shí)，對(duì)旋光器的每個(gè)像素加電壓，它不改變?nèi)肷涔獾钠穹较颍@樣左眼像和右眼像分別以相互垂直的兩種偏振光從雙層液晶顯示器中分時(shí)射出，人的左右眼通過(guò)偏振眼鏡分別觀察到左眼像和右眼像。
　　
　　2.2 微處理器與雙層液晶顯示器的接口
　　
　　雙層液晶顯示器由G35II型液晶顯示屏和一片液晶旋光器構(gòu)成，所以微處理器與它的接口也有兩部分，如圖2所示。


　
　　2.2.1 微處理器與液晶顯示屏的接口
　　
　　G35II型液晶顯示屏是STN型液晶圖形顯示模塊，16級(jí)灰度，帶EL背光，其外部接口信號(hào)定義如下：
　　
　　VFRAME：幀同步信號(hào)；VLINE：水平同步信號(hào)；VCLK：像素時(shí)鐘信號(hào)；VM：驅(qū)動(dòng)器交流信號(hào)；VD[0..7]：數(shù)據(jù)信號(hào)；DISP：顯示控制信號(hào)。
　　
　　微處理器與液晶顯示屏的接口，如圖2所示：用S3C44B0X的PC、PD和PG口作為G35II的驅(qū)動(dòng)接口，初始化時(shí)設(shè)置PC口的GPC4～GPC7為VD[4..7]功能、PD口的GPD0～GPD7為VD[0..3]功能和GPG4為輸出功能。
　　
　　2.2.2 微處理器與旋光器的接口
　　
　　旋光器本質(zhì)上是一片M12864COG型液晶模塊，它內(nèi)置有LCD控制器NT7502芯片和顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（DDRAM)，其外部接口信號(hào)定義如下：
　　
　　D[0..7]：數(shù)據(jù)總線；RES1B：復(fù)位信號(hào)，低電平有效；E：讀寫(xiě)使能信號(hào)，電平為高時(shí)有效；A0：數(shù)據(jù)/指令控制信號(hào)，高電平為數(shù)據(jù)，低電平為指令；R/W ：讀寫(xiě)控制信號(hào)，低電平為寫(xiě)操作，高電平為讀操作；VCC/GND：電源，3V。
　　
　　微處理器與旋光器的接口，如圖2所示：用S3C44B0X的PE和PG口作為旋光器的驅(qū)動(dòng)接口，初始化時(shí)，設(shè)置PE口的GPE0～GPE7和PG口的GPG0～GPG3為輸出功能。
　　
　　2.3 微處理器與攝像頭的接口
　　
　　攝像頭由圖像傳感器OV7620和鏡頭組成，OV7620集成有圖像感光陣列、幀(行)控制電路、視頻時(shí)序產(chǎn)生電路、模擬信號(hào)處理電路、A／D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號(hào)處理電路、數(shù)字視頻輸出電路及SCCB編程接口。[4]
　　
　　其外部接口信號(hào)定義如下：
　　
　　VSYNC：幀同步；HREF：水平同步；PCLK：像素時(shí)鐘；Y[7..0]：8位圖像數(shù)據(jù)；RESET：復(fù)位；SIO_1：SCCB總線時(shí)鐘；SIO_0：SCCB總線數(shù)據(jù)；SBB：SCCB總線接口使能；SLAEN：模式使能；CS0～CS2：SCCB總線Slave ID配置。MID：多SCCB slave IDs使能。
　
　　微處理器圖與像傳感器的接口，如圖2所示：
　　
　　用S3C44B0X的PF和PC口作為左圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)接口,初始化時(shí)，設(shè)置PF口的GPF2～GPF4為輸入功能，GPF0和GPF5～GPF8為輸出功能以及PC口的GPC8～GPC15為輸入功能，GPF1在寫(xiě)操作時(shí)為輸出功能，讀操作時(shí)為輸入功能。
　　
　　用S3C44B0X的PE、PF、PG和PC口作為右圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)接口,由于Y[7..0]和旋光器的D[0..7]復(fù)用GPE0～GPE7，因此該圖像傳感器工作時(shí)，要設(shè)置GPE0～GPE7和GPG4～GPG6為輸入功能，GPC0～GPC3為輸出功能。CS0～CS2和Y[7]、Y[6]、Y[4]復(fù)用，對(duì)應(yīng)的S3C44B0X GPIO口設(shè)為輸出功能。。