基于FPGA的图像采集与蓝相液晶显示装置的研究实现

摘要

蓝相液晶是一种新型液晶，具有亚毫秒的响应时间，且显示时无需背光源，是理想的下一代液晶显示材料。对蓝相液晶的研究大多是对液晶材料的研究，蓝相液晶显示器的研制在国内外还不是十分成熟。2009年在上海举办的FPD(Flat Panel Display)展会上，三星率先展示了“蓝相”技术的液晶电视，并且还处于研发阶段。基于蓝相液晶具有上述优点，蓝相液晶显示器的前景非常好，有着重大的意义。本文在研究学习蓝相液晶显示原理和已有蓝相液晶显示驱动方式的基础上，研究设计了蓝相液晶的驱动方案。并且设计了基于FPGA的图像采集与蓝相液晶显示装置，驱动蓝相液晶显示图像。
　　本文致力于在研究液晶驱动方法的基础上，设计基于FPGA的图像采集处理装置以驱动液晶显示。主要研究内容包括:
　　(1)在分析掌握蓝相液晶显示原理的基础上，对现有的多种蓝相液晶显示驱动方法进行了分析比较，根据系统中使用的蓝相液晶的特性，设计了基于累计驱动法的液晶驱动方案。
　　(2)设计了基于计算机的图像采集处理系统以验证液晶驱动方法是否正确。首先研究设计了基于单片机的液晶驱动电路及电源电路的原理图、PCB图，其次编写了基于Opencv的图像采集处理程序，并研究设计了Windows应用程序界面，又编写了驱动电路中单片机的C语言程序以接收图像数据驱动液晶显示。
　　(3)研究设计了基于FPGA的图像采集处理系统。为了提高系统地稳定性及速度，本文研究设计了图像采集处理系统的硬件电路原理图、PCB图，核心处理器是Altera公司的EP4CE30F23C6 FPGA，图像的采集、处理、送至与液晶驱动电路相连的接口等功能均在以FPGA为核心的电路上实现。根据模块化思想，编写了图像采集处理的Verilog程序。
　　(4)分别针对基于PC机和基于FPGA的图像采集处理系统进行了实验验证及分析。两者都进行了系统软硬件连调。实验验证两者都可以驱动液晶静态显示图像。基于FPGA的系统可以驱动液晶显示动态视频。
　　本文设计的图像采集处理系统达到了预期的设计要求，在设计的驱动方法的基础上，设计的图像采集处理系统可以实现驱动液晶显示。系统显示动态视频的速度和效果还不是特别好，在下一步研究中，继续改善算法提高帧率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 蓝相液晶的介绍

1．2．1 蓝相液晶

1．2．2 蓝相液晶的特点

1．2．3 蓝相液晶的研究现状

1．3 基于FPGA的数字图像预处理技术的研究

1．4 课题主要工作内容及目标

1．5 本文结构安排

第2章 蓝相液晶驱动方案的研究

2．1 液晶连续体理论

2．2 蓝相液晶的三种相态

2．3 蓝相液晶三种相态的转变机理

2．3．1 P态到FC态的转变

2．3．2 FC态到向H态的转变机理

2．3．3 三种相态之间的转变机理

2．4 蓝相液晶显示驱动方案的研究

2．5 本章小结

第3章 系统总体方案设计

3．1 系统设计要求

3．2 图像处理方案的选择

3．2．1 基于PC机的软件图像处理方案

3．2．2 基于DSP的图像处理方案

3．2．3 基于FPGA的图像处理方案

3．2．4 本系统的图像采集处理方案

3．3 图像缩放的方案

3．3．1 最近邻域法

3．3．2 双线性插值法

3．3．3 其他缩放方法

3．4 系统总体设计方案

第4章 系统硬件电路设计

4．1 系统总体硬件电路

4．2 基于单片机的驱动电路主要器件介绍

4．2．1 驱动电路核心处理器的选型

4．2．2 电源电路

4．2．3 低压差分器件DS90LV047A

4．2．4 液晶驱动芯片STV7622

4．3 图像采集处理电路器件说明

4．4 主要器件硬件电路设计

4．4．1 FPGA及扩展接口

4．4．2 视频解码电路设计

4．4．3 DDR2电路设计

4．4．4 ARM电路设计

4．4．5 视频编码电路设计

4．4．6 HDMI驱动电路设计

4．5 主要硬件调试及问题总结

4．5．1 视频编码电路调试

4．5．2 SDRAM硬件电路调试

4．6 本章小结

第5章 系统软件设计

5．1 引言

5．2 系统软件总体设计

5．3 FPGA控制部分的软件设计

5．3．1 视频采集模块的设计

5．3．2 图像预处理模块

5．3．3 数据变换模块

5．3．4．数据输出模块

5．4 驱动模块设计

5．5 Windows应用程序模块设计

5．6 本章小结

第6章 系统实验验证及分析

6．1 系统验证实验平台

6．2 静态图像显示验证

6．3 视频显示效果验证

6．4 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表文章