三维(3D)显示实现了人类“真实地还原所见世界”的愿望。基于光路可逆原理的集成成像3D显示能全真地重建出原始3D场景, 目前这一技术已成为3D显示领域的研究热点之一。为了全面地了解和掌握集成成像3D拍摄和显示, 首先对集成成像的基本原理进行了简单的阐述, 然后概述了几种典型的集成成像3D拍摄方法, 如全光学拍摄法、直接拍摄法、扫描式拍摄法等, 提出的稀疏相机阵列法和计算机生成法将是未来集成成像3D拍摄的发展方向。对基于视点和深度平面的两种集成成像3D显示方法进行了详细介绍, 由于采用不同的方式呈现出3D图像的立体效果, 将具有不同的应用领域。

有源矩阵液晶显示器(AM-LCD)对液晶性能有严格的要求, 这极大地促进了含氟液晶的发展。本文综述了近年来含氟液晶材料的开发、合成与应用进展, 重点介绍了氟原子引入母体分子中不同位置对液晶化合物性能的影响以及相应的合成方法。文中结合液晶材料的相变温度、介电各向异性、双折射和黏度等数据, 说明氟取代液晶分子中的关键位置, 对液晶性能具有明显改善。重点介绍了末端氟取代液晶、苯环侧向氟取代液晶和中心桥键氟取代液晶的合成方法。

以邻氯苯甲醛、 NaHS·xH2O、癸酰氯为原料, 经消去、酰化, 还原反应合成2,7-二癸基二苯并二噻吩(C10-BTBT)。通过核磁共振表征和确证。本文研究了C10-BTBT光学性能、热学性能、电学性能以及环境稳定性。紫外-荧光光谱研究证明, 化合物在近紫外光激发下发出明亮的蓝光, 发射中心波长在352 nm。液晶相的相转变温度通过差热扫描仪测定, 测量结果为熔点Tcp=112 ℃, 清亮点Tmp=125 ℃。通过喷墨打印技术制备了底栅顶接触结构的2,7-二癸基二苯并二噻吩的OTFT器件, 场效应平均迁移率达到01 cm2/V·s, 最大迁移率达到025 cm2/V·s, 开关比超过104。放置空气中不同时间, 器件开态电流和开关比没有较大变化。

STN-LCD在LCD显示器中占有重要地位, 它价格低廉, 制造工艺简单, 在小型、便携式显示设备中占有重要市场。显示器显示品质与液晶材料的参数有关, 研究了对于相同的液晶材料体系, 使用不同的手性剂, 对液晶的各项显示参数的影响和在一个母体液晶材料中, 添加扭曲能力不同的手性掺加剂, 对响应速度、温度系数、视角等方面的影响。按照d/p≈φ/360计算手性掺加剂用量, 将不同结构手性剂加入到母体体系中, 在室温时得到的阈值电压相同, 测试不同温度时, DV/DT不同, 响应速度变化率不同。总结了在工业生产上应如何评价和选择合适的手性剂。

设计合成了结构新颖的乙烯桥键含氟液晶化合物。以4-溴苄溴为起始原料, 经3步反应制备出目标化合物, 总收率为441%～483%, 目标产物色谱纯度达到99.5%以上。产物结构经IR、1HNMR、MS确认。用DSC和POM对化合物的相变温度进行了测试, 发现该类化合物均呈现向列相。乙烯桥键引入后分子长径比增大, 导致熔点、清亮点上升, 液晶相区增加。物理测试表明,目标化合物具有清亮点高、介电各向异性大、折光率高的特点, 能够缩短液晶响应时间, 在液晶显示中具有较好的应用前景。

以环戊基环己酮和手性联萘二酚为基础原料经过还原、取代等一系列反应制备了一种新型高HTP值液晶用手性添加剂。其具有较大的HTP值以及良好的光稳定性和化学稳定性。此外, 还具备TFT液晶显示用手性添加剂的一些其他要求, 如较高的电压保持率, 与主体液晶材料良好的相溶性, 不易被吸附剂(硅胶或氧化铝) 所吸附, 螺距P有小的温度相依性等。特别是其HTP值达到了101 μm-1, 与其他手性剂相比, 用量会更少, 可以大大降低其对混晶品质的影响, 并且其合成方法简单, 中间体及终产物易于纯化, 使其在高端TFT混晶中的应用成为可能。

针对当前手持嵌入式产品在导航定位功能实现上存在的局限性, 本文提出基于STM32+ucGUI构架的北斗导航定位终端。利用UM220北斗接收模块实现了导航信息的获取, 利用STM32的中断处理功能完成信息的处理; 为了简便完美地完成人机界面设计, 在硬件平台上移植了ucGUI; 利用ucGUI的动态设备对象接口, 高效地实现了电子罗盘界面设计。实验结果表明,系统冷启动时的定位时间小于2 min, 热启动时的定位时间小于1 min, 经度纬度不受运动速度影响, 误差小于3 m。工程实践表明该系统应用效果良好, 具有一定的实际应用价值。

本文基于硅芯片调谐器XC3028和视频处理器SAA7111设计了一种具有无线电视接收功能的LCoS头盔显示系统。该系统由无线电视接收电路、视频处理电路、音频处理电路和LCoS显示屏组成, 在有无外置视频输入源的情况下均可工作。首先, 对系统的总体方案做了全面描述。然后, 从硬件角度详细介绍了系统各部分功能和设计方案。最后, 运用模块化设计方法完成系统软件设计。实验结果表明, 整个系统设计合理、工作稳定、显示效果清晰。电路尺寸只有46 mm×54 mm, 总功耗仅为19 W。该系统具备体积小, 功耗低、结构简单等特点, 在移动视频终端领域将有更广泛的使用价值和推广前景。

针对等离子体显示器维持期气体放电过程引起的PDP残像, 研究了持续气体放电过程对残像可恢复性的影响以及相同放电条件下显示单元三基色亮度变化情况, 分析了气体放电过程与PDP残像形成之间的关系, 提出了通过调整PDP显示过程中工作气体的放电强度, 补偿气体放电过程引起亮度差异的方法来减轻显示残像, 改善残像对显示画质影响的方法。实验结果表明, 该方法能够减少残像产生后的恢复时间, 改善显示残像, 提高显示图像画质。

为了对液晶滴注工艺和相关不良进行优化改善, 本文研究了真空对合之后液晶屏内液晶扩散时间与位移的关系。在牛顿流体假设前提下提出了液晶屏倾斜放置下液晶扩散的模型。数学推导证明, 前人研究的平放状态下的方程是倾斜角度为0°时的特殊情况。通过两种状态模型计算数据对比可以得出: 位移越大, 重力对倾斜状态扩散时间影响越显著, 这是在同等扩散位移下两种状态扩散时间的差异所在。面板尺寸大小、形状分布设计等参数会影响液晶扩散的最终形状; 液晶盒内间隙、隔垫物会影响液晶扩散速度, 间隙越均一, 隔垫物密度越小, 扩散受到的影响越小。实验研究表明, 实测的数据与模型理论计算数据基本相符, 基于牛顿流体假设下的模型可以较好地预测液晶的扩散行为。

通过测量p+Si/PEDOT∶PSS/Tips-PEN/Ag器件的J-V特性, 研究了退火时间对溶液法制备Tips-PEN薄膜电流传输特性的影响。实验结果表明, 在退火时间为2 h和5 h的条件下, 随偏置电压的增加, 双对数J-V曲线存在斜率依次为2, 大于3以及2的不同区域, 而在退火时间达到10 h后, 低电压下斜率为2的区域消失。根据空间电荷限制电流模型, 分析了不同区域的电流传输机理, 并提取了陷阱密度和空穴的迁移率。在退火时间为10 h时, 材料有最低的陷阱密度570×1018/cm3和最大的空穴迁移率168×10-4 cm2/(V·s), 其在低偏置下传输特征的改变表明与溶剂残留有关的单一能级陷阱极大减小。

OLED具备自发光、不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异特性, 被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。目前OLED的驱动大部分都是基于STM系列ARM芯片和传统FPGA芯片。为适应Xilinx最新平台Zynq的人机交互需要, 提出一种基于Zynq的OLED驱动设计方法。文章阐述了OLED的特性和SPI控制方式, 给出了设计流程和硬件电路图。利用Zynq的PL部分完成了OLED驱动的IP核, 利用Zynq的PS部分实现了OLED的驱动程序设计。通过AXI总线实现PL和PS的通信。最后通过测试程序, 实现了字母、数字和点阵图像的实时显示。解决了基于Zynq器件在广电仪器和电力仪表仪器中人机交互的工程技术, 具有集成度高、可移植性强和通用性好等优点。

电能是一种广泛应用的二次能源, 电能质量的优劣直接影响用电设备能否正常运行, 因此实现电能参量的动态显示, 以便实时对电能质量进行监测具有现实意义。文章利用DSP(F2812)和SMG12864液晶组成硬件显示电路, 通过采集模块将数据送入DSP, 经过DSP对数据进行处理, 在液晶上显示出来。设计了DSP与液晶的接口电路和DSP驱动液晶显示的软件程序。实验证明, 基于DSP(F2812)组成的液晶显示模块能够对电能质量参数实时动态显示, 达到预期的设计效果。

为了将PC机上的视频源在双AM-OLED微型显示器上实现立体显示, 设计了立体视频显示接口电路。对该系统所采用的人眼的双目视差原理和SVGA050微显芯片立体显示功能进行研究。针对AM-OLED显示器的结构与特点, 提出了双VGA接口为视频输入接口、PIC18LF2550为MCU控制芯片, 双AM-OLED微型显示器的立体显示系统的电路设计方案; 介绍了母版和OLED板的设计以及主控器利用IIC串行总线对各模块寄存器进行配置。介绍了立体显示功能实现的原理和配置SVGA050微显芯片的立体功能控制参数的方法。实验结果表明,通过对开发的立体显示系统进行左右格式的立体视频源播放测试, 实现了视频源在双127 cm(05 in)、800×600分辨率SVGA050微显芯片上的立体显示。最后验证了基于AM-OLED微型显示器的立体显示接口电路设计方案的有效性。

为了实现基于FPGA的具有Mini-LVDS接口的TFT-LCD时序控制器, 对TFT-LCD的时序控制器、Mini-LVDS技术的数据排列方式和FPGA的功能进行了研究。通过对Mini-LVDS的数据排列方式的研究, 提出了独特的数据处理方法。利用FPGA内嵌的SRAM, 设计了一种并行转串行的转换器, 把一行的数据分成前半部分和后半部分并同时向外输出; 利用D触发器、延时的方法实现了相邻二点的数据串并转换; 综合利用移位寄存器、串行加法器和DDR技术, 设计了一种8∶1的并串转换电路, 实现了子像素内数据的并串转换。利用Xilinx公司的FPGA的输出宏单元, 设计了把CMOS逻辑电平信号转换为Mini-LVDS逻辑电平信号的数据发送器。利用Xilinx公司的FPGA的时钟宏单元块, 探讨并解决了多时钟的问题。通过研究Mini-LVDS和时序控制器的特性, 提出了复位信号的产生方法和相对应的数据处理方法。利用此方法设计出的具有Mini-LVDS接口的时序控制器已应用于本公司的分辨率为1 280×1 024的产品中, 数据的传输频率达108 MHz, 颜色深度为24 bit。这个产品的显示画面清晰, 过渡自然。利用此方法设计的TFT-LCD的时序控制器基本符合稳定可靠、抗干扰能力强等要求。

介绍了一种便携式多路微弱医学生物电信号处理系统, 用户可根据实际的需要对电极进行选择, 从而实现对脑电或心电信号的实时采集, 进而对其进行数据处理并显示波形和存储数据。该系统采用德州仪器(TI)公司的ADS1198为核心的模拟前端电路实现脑电或心电信号的采集、放大、隔离等预处理操作, 利用Altera公司的FPGA芯片Cyclone II EP2C70F896C6对数据进行处理, 并在TRDB_LTM液晶屏上显示波形。该系统精度高、体积小、功耗低, 具有较好的实用性和可扩展性。

红外触摸屏通过发射接收红外光进行工作, 对环境光照因素的变化比较敏感。在有外界强光照的环境中使用红外触摸屏会受到极大干扰, 导致红外接收管接收到的光强发生异常, 从而引起误动作。本文研究了采用高频红外光的发射与接收, 以锁相放大方式滤除太阳光的干扰频段分量, 实现了红外触控屏的抗直接照射的阳光干扰的方法与验证结果。此外, 通过改进了锁相放大器的解调算法, 去掉传统的锁相放大后级所必须的滤波电路, 电路更加简洁、可靠。经硬件平台的实际验证, 选频Q值可以达到145985, 并能在50 000 lx的光强下正常工作。该算法能够实现很好的选频和抗强光效果, 达到抗干扰目的。

为了从单片Bayer格式图像探测器获取高质量实时彩色图像, 研究并设计了一套基于FPGA硬件的彩色图像实时采集系统。介绍了针对MT9M011图像探测器的寄存器配置时序的设计。重点研究了影响彩色图像质量的Bayer格式图像去马赛克算法, 该算法首先对Bayer格式原图进行二阶拉普拉斯修正, 利用色差和梯度关系确定丢失的绿色分量, 再结合给定像素周围的4个色差进行插值计算, 分别得到丢失的红色分量和蓝色分量, 从而完成彩色图像的恢复。设计了基于千兆以太网(GigE)的图像传输机制, 使系统数据吞吐率大大提高。实验数据表明, 系统插值算法在峰值信噪比(PSNR)方面相比双线性插值, R、G、B三通道均提高约15 dB左右, 图像目视细节丰富, 伪彩色得到有效抑制; 在分辨率为1 280×1 024、帧频为15 f/s的情况下, 可以实时输出全彩色图像。目前, 系统已经工程应用, 其优异表现满足了项目实际需要。

针对SIFT、SURF等局部不变特征在大尺寸图像上匹配时过于耗时的问题, 将FREAK算子应用于图像匹配中, 并提出一种多线程并行加速方法。首先介绍FREAK描述子的特征点的检测、特征描述向量的生成和特征向量的匹配的过程, 并分析其优势。其次提出并行处理的2种思路: 一是对待匹配图像进行有重叠的分块, 对于每一块子图像, 开辟新的线程分别进行处理; 二是对匹配过程的3个步骤, 采用流水线技术进行并行处理, 每检测出一个特征点, 随即提取出该点的特征向量, 然后和模板图像的特征向量集进行匹配。改写SIFT、SURF和FREAK算法进行实验验证, 结果证明FREAK计算过程比SIFT和SURF快得多, 而并行方法可以在保证匹配精度的同时明显缩短匹配时间。

图像在传输过程中会受到各种噪声干扰, 为了实现消除噪声的目的, 提出一种基于LoG算子改进的自适应阈值去噪算法。首先, 利用LoG算子提取图像的边缘特征信息。接着, 根据图像的边缘特征和非边缘特征分别求取改进的阈值函数: 对于图像非边缘部分的阈值函数, 在软阈值函数的基础上添加一个阈值修正系数, 构建新的阈值函数; 对于图像边缘部分的阈值函数, 将边缘部分小波系数附近的能量和阈值相结合, 构建新的阈值函数。最后利用改进的阈值函数对图像R、G、B 3个通道分别处理, 保留图像所有的细节信息。实验结果表明,消噪后图像与含噪图像的PSNR值高于传统自适应算法1209%; MAE值低于传统自适应算法22%。该算法有效保存了图像的边缘信息, 综合去噪效果明显提高。

针对红外图像具有对比度低、边缘模糊的缺点, 提出一种基于变分偏微分方程理论的红外图像增强方法。通过重建图像梯度场的分布, 以此增强图像中纹理细节不明显、对比度小的微弱信息。在梯度场的变换中对噪声的幅值切割, 完成了对噪声处理。结果表明本算法使得原图像的灰度平均梯度值提高2～3倍, 对增强红外图像的边缘和微弱有用信息效果明显, 避免了直方图均衡类算法丢失一些灰度相近且分布较少的微弱细节信息的缺点, 为图像识别和跟踪应用提供了高质量的图像信息。

在小波包域提出了一种多传感器图像融合和双水印算法。首先, 利用HIS变换和小波包变换将多光谱和全色图像分解为多个高低频子带, 根据小波包域系数特点, 低频部分采用基于区域平均能量加权算法的规则进行融合, 高频部分采用绝对值取大的规则进行融合。然后, 在高低频图像融合系数分别嵌入一个水印, 低频水印利用了离散余弦变换的聚能去相关能力, 高频水印利用了图像纹理子块特征。最后, 对嵌入的双水印融合图像进行攻击和分析。实验结果显示, 融合图像在保留多光谱图像光谱信息的基础上有效提高了空间分辨率; 加水印的融合图像具有良好的不可视性和鲁棒性。

液晶显示具有对比度和能效不高的问题。动态调光可以有效提高液晶显示对比度并降低能耗。针对市场主流背光产品, 提出了用于侧出式背光的全局调光算法。根据图像特征值, 确定背光调光亮度。根据S曲线方程, 对液晶像素进行补偿, 高于S曲线拐点的像素亮度值增加, 低于拐点的亮度值减少, 有效提高静态对比度。最后进行了软件仿真, 并开发了工程化样机。播放包括常见电视内容的视频, 平均节能率为17%, 没有人眼感知的失真。

为了提高图像拼接的质量, 采用小波粗糙集算法。首先, 基于自适应小波变换对图像分解, 通过小波方向的对比度设定阈值来平衡图像内各个对象的差异。接着, 分解图像特征点的粗糙决策属性来划分重叠区域, 通过空间的划分, 把上近似在属性子集的划分区域划分到对象集合中, 下近似有可能划分到其他对象集合中, 比较计算参考图像与输入图像特征向量因数集的欧氏距离约简规则选择特征点, 并把输入图像中欧氏距离最小的点作为参考图像中特征点的匹配点。然后, 通过平均值法消除拼接缝隙, 实现图像的上下、左右以及斜方向的无缝拼接。最后, 给出了算法流程和评价指标。实验仿真表明, 本文算法拼接缝隙区域过渡光滑, 视觉效果连续, 没有出现重叠鬼影, 本文算法的信息熵为33872 1 bit,处理时间为2436 8 s。满足拼接结果中对执行时间少、信息含量大等要求。

为消除机载光电平台视轴横滚运动导致的视频图像旋转, 提出一种基于FPGA处理平台的实时图像消旋方法。针对每一帧视频图像, 先锁定光电平台惯导系统当前输出横滚角, 利用快速图像消旋算法对视频图像进行反向旋转, 完成机载光电平台视频图像消旋。整个消旋处理系统仅采用单片FPGA实现, 能够实现分辨率为1 024×1 024任意角度旋转的机载光电平台视频图像30 frame/s的实时消旋处理, 消旋角度分辨率为01°, 消旋位置误差小于1个像素。