基于AVR单片机的自由立体显示背光控制系统
摘要：为实现立体显示，设计并实现了基于单片机的LED背光控制系统。该系统采用单片机ATmega128为控制处理器，加以外围电路，利用RS 232接口实现与PC机人眼跟踪模块的实时通信。同时，充分利用下位机资源，在单片机上实现Kalman滤波，提高人眼定位精度，并利用Kalman预测，将跟踪速率提高一倍，有效减轻了显示器的闪烁现象。
关键词：自由立体显示；LED；ATmega128；RS 232；Kalman滤波
0 引言
人眼视觉是立体的，立体的视觉带给人类的不仅仅是可以判断观看对象的空间状态，它和颜色一起，使这个世界更加丰富多彩、变化万千。2010年伊始，随着立体电影《阿凡达》的热映，在世界各地掀起了一股3D的热潮，3D技术成为各界关注的焦点。三菱、索尼、LG、三星等各大显示器厂商相继推出自己的立体电视，并寄希望于立体电视市场的开发。
立体显示技术经历了多年的发展，无论在显示质量，还是实现方法上都有了很大的进步，自由立体显示由于不需要佩戴任何辅助工具，因此正在成为立体显示发展的方向。其中，以LCD为基础，基于视差的立体显示技术由于技术成熟且实现工艺不复杂，成为最有可能实现商业化的热门技术之一。基于AVR单片机的自由立体显示系统正是在这一技术的基础上，利用特殊的光学部件和LED照明阵列实现的。
Kalman滤波是一种线性最小方差估计，算法采用递推形式在时域内滤波，数据存储量小，预测精度高，适用于对多维随机过程进行估计，这个估计可以是对当前目标位置的估计(滤波)，也可以是对于将来位置的估计(预测)。常用于从一组有限的，包含噪声的，对物体位置的观察序列中得到关于物体位置的好的估计。在自由立体显示系统中，单片机在进行电路控制的同时还对人眼位置信息进行Kalman滤波和预测。
1 系统的工作原理及总体方案设计
1．1 立体显示的实现原理
视差立体电感厂的实现原理是将一体成型电感器一对立体图像分别送入人的左右眼睛，经过大脑融合后就可以产生立体效果。根据这一原理，设计了一款立体显示器，17寸LCD的奇数行和偶数行分别显示左右立体图像，光学部分利用菲涅尔透镜控制光路的走向，垂直分光装置使位于不同垂直位置的两组LED背光源只能分别照亮LCD屏幕的奇数行或偶数行，如图1所示。同时，两组光源的水平位置也有差别，这样就为左右眼分别提供了只能看到奇数行或偶数行的可视区域，如图2所示。当观察者在屏幕前自由移动的时候，通过摄像头探测到人眼的位置信息，用单片机控制LED照明阵列在适当的地方点亮，保证始终提供正确的可视区域，实现自由立体显示。
1．2 基于单片机的Kalman滤波的预测实现
Kalman信号模型包括状态方程和测量方程。状态方程描述了系统当前状态和前一状态的状态转移关系。如下所示：
平稳条件下，Q，R是恒定的。Kalman滤波的过程就是根据观测塑封电感器值和信号模型恢复出原始信号的过程。
滤波器的输出由式（4）给出：
式中：
称为测量过程的革新或残余，它代表了预期的测量值和实际测量值之间的误差；K是增益因子，用于最小化后验均方误差，在滤波过程中会动态发生改变，如果测量更准确K将越大，模型估计越准确K越小。K的值和模型估计误差P相关联，K和P由下面式子迭代算出。
式(5)，式(6)为Kalman滤波的预测阶段，使用上一状态的估计，做出对当前状态的估计。式(7)～(9)为Kalman滤波的更新阶段，利用对当前状态的观测值优化在预测阶段获得的预测值，以获得一个更精确的滤波值。
Kalman滤波预测跟踪有一个启动过程，经过若干次迭代后。Kalman滤波才会趋于稳定。在该系统中，采用匀速直线运动模型，状态方程为：平面变压器厂家 | 平面电感厂家
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