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摘 要

本文基于FPGA开发板制作了针对大屏幕彩色全息显示系统的时分同步控制电路。

本文所涉及的全息显示系统使用LCoS投影仪作为视频信号输出设备，和由多张32寸PDLC组成的多平面投影屏幕构成。其中，时分同步控制电路利用从LCoS接出的帧同步信号，通过FPGA逻辑电路进行信号生成，并将生成的同步控制信号输出至电压驱动电路，进而输出PDLC的电压驱动信号对PDLC进行同步控制。工作时，在时分同步控制信号的控制下，各PDLC依次由透射态快速切换至散射态之后恢复至透射态，在散射态将LCoS投影出的图像散射至各个方向，进而实现屏幕的作用；之后下一个PDLC进入散射态，完成一次PDLC的工作顺序的快速切换。当切换速度足够快时，利用视觉残留效应，观察者可以看到整个全息显示系统呈现出了连续的真三维图像，达到时分同步控制的目的。同时，每个PDLC显示的频率可以达到30帧每秒，满足显示动态画面的要求，具备实现视频全息显示的能力。

本文所采用的时分同步控制电路实现了基于LCoS投影设备和多层PDLC构成的全息显示系统对同步控制的要求，本系统为实现真三维全息显示提供了一种解决方案。

关键词：全息显示，同步控制，FPGA，LCoS，PDLC

Abstract

A time division-synchronous control circuit based on FPGA development board is made for the large-screen multicolor holographic display system. The holographic display system referred herein contains an LCoS projector as a video signal output device, and a multi-planar projection screen consists of several 32-inch PDLC panels. The time division synchronous control circuit uses a frame synchronization signal picked out from the LCoS projector, synchronization control signals are generated by FPGA logic circuit and output to the voltage driving circuit, where driving signals of PDLC are generated.

Under the control of the synchronization control signals, PDLC panels take turn to switch between the transmission state and scattering state rapidly, and the image projected by LCoS is scattered in all directions by the PDLC in scattering state, which is equivalent to a screen; using visual residual effect by switching PDLC working order rapidly, continuous true three-dimensional images are presented by holographic display system in viewers’ eyes. Moreover, the frequency of each PDLC panel could reach 30 frames per second, which satisfies the requirements of the dynamic display, and hologram video display can be realized.

The circuit designed in this paper has meet the requirement of multicolor holographic display system based on LCoS projection equipment and multilayered PDLC panels, which offers a solution to to achieve true three-dimensional holographic display.

Keywords: Holographic display, Synchronization control, FPGA, LCoS, PDLC

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 聚合物分散液晶的发展现状 2

1.3 聚合物分散液晶在三维显示中的应用 3

1.4 硅基液晶的发展现状 4

1.5本文的研究目的和主要研究内容 5

第二章 液晶空间光调制器与全息显示技术理论 7

2.1 空间光调制器 7

2.2 LCoS液晶空间光调制器 7

2.3 光全息技术 8

2.4 计算机产生全息图及数字全息技术 8

2.5 视频全息技术 10

第三章 全息显示系统的时分同步控制电路设计 11

3.1 FPGA逻辑控制 11

3.1.1FPGA概述 11

3.1.2 FPGA设计流程 12

3.1.3 Verilog HDL硬件描述语言及其开发平台 12

3.2 基于FPGA的全息显示时分同步控制电路 13

3.3 时分同步控制电路功能测试 15

第四章 总结与展望 17

4.1 总结 17

4.2 展望 18

致谢 19

参考文献 20

绪论

• 1. 引言

显示技术是当今发展最快的科学技术之一，也是目前人们生活中不可或缺的一种技术。20世纪，电视媒体已经将含有图像和声音的信息传播到了全球的每一个角落；计算机的显示器将人与计算机网络构成的世界连接了起来；智能手机、平板电脑等产品的显示屏使人们能够在任何时间、在任何地点、与任何人进行图像信息的传递……简而言之，在信息化程度日益提高的今天，人类社会对显示技术的依赖性正越来越强。

然而，目前平面显示设备上所能呈现出的信息仍然以二维图像为主，此技术中的所谓的三维显示通常是指空间中三维物体的投影所产生的符合人眼透视原理的二维视图。虽然这种三维显示发展迅猛并占据了庞大的市场份额，但是它已不能满足数据可视化(医学成像、创意设计等)和虚拟现实(遥现、训练、娱乐产品等)等应用场合对显示技术的要求。目前，已经有研究者提出的真正的三维显示思路并不多，常见的思路有双眼显示，颜色多路显示，时间多路显示和位置多路显示等几种。

虽然目前已经有数种三维显示技术正在开发中，且其中有些种类已经接近商业化量产的阶段，但是虽然数十年间始终有研究者号称将在数年时间内研制出真正实用的三维显示系统，但截至目前，仍未有真正实用的三维显示系统投入使用。目前显示效果比较好的是Actuality的Perspecta空间三维显示系统，该系统在工作中连续旋转屏幕，同时快速连续地投影立体图像切片到三维空间，使发光点充满整个显示空间，形成具有立体感的三维图像，此技术通常被称为体显示技术。体显示技术的缺点是产生的影像不具备遮挡性，即一个发光点不能阻挡另一个发光点发出的光，这会造成视觉混乱。有研究者认为该技术不能与其它三维显示技术相抗衡，只有由计算机产生全息图的方法研究的突破，体三维显示才有可能为主流的显示技术。

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