Обзор референс-дизайна пико-проектора DLP LightCrafter компании Texas Instruments

На Хабре уже опубликовано несколько обзоров пико-проекторов: Aiptek PocketCinema V60 и V100, а также SP-H03 от компании Samsung.

В этой статье мы расскажем о платформе, которая позволяет разрабатывать встроенные устройства с проекционным модулем — это референс-дизайн пикопроектора DLP LightCrafter (DLP3000-C300REF) от компании Texas Instruments.

Существует несколько технологий, лежащих в основе современных пико-проекторов: DLP (Digital Light Processing); LCoS (Liquid crystal on silicon) и LCD. Две последние мы рассматривать не будем. Расскажем чуть подробнее о технологии DLP, которая применяется в нашем устройстве.

Основой DLP является цифровое микрозеркальное устройство — DMD (Digital Micromirror Device) — чип, на поверхности которого находится несколько сотен тысяч микрозеркал, собранных в единый пиксельный массив.

Каждое из зеркал может отклоняться в обе стороны от своего начально положения на небольшой угол (10—12 градусов), тем самым инициируя состояния «включено» и «выключено». Свет, падающий на зеркало, будет направляться на оптику или в сторону (обычно на систему охлаждения). Для отображения полутонов зеркало переключается из «включено» в «выключено» с большой скоростью с помощью широтно-импульсной модуляции.

В качестве излучателей используются светодиоды красного, зеленого и синего цветов.

Комплект поставки

Само устройство находилось в небольшой коробке. Никаких кабелей и ПО, все необходимо получать отдельно, но при наличии интернета и стандартных кабелей это не проблема.

Внутри было следующее содержимое:

1. Триггерный вход/выход
2. Mini USB
3. Коннектор питания
4. Mini HDMI
5. UART
6. Разъем электропитания
7. I2C
8. FPGA SPI Flash Programming Interface
9. MSP430/DLPC300 Flash Programming Interface
10. Кнопка включения/выключения
11. Кнопка выбора входа (DM365/Internal Test Pattern/HDMI)
12. Ethernet PHY
13. Разъем для вентилятора
14. Камера
15. Управление фокусом
16. Переключатель режима загрузки
17. Карта Micro-SD

Технические особенности референс-дизайна DLP LightCrafter (DLP3000-C300REF):

• Светодиодный световой элемент RGB (LED light engine), световой поток 20 Люмен
• Высокая частота развертки при использовании исходного разрешения DLP3000 (608 x 684)
• Частота развертки до 4000 Гц (бинарное изображение)
• Частота развертки до 120 Гц (8-битная шкала серого)
• Демонстрация изображений и видео в разрешении WVGA (854 x 480)
• Настраиваемый триггерный вход/выход для синхронизации с камерами, сенсорами и т.п.
• Встроенный процессор DM365 под управлением embedded Linux
• Память NAND flash 128 MБ
• Интерфейсы USB, Mini HDMI, UART
• USB API и host GUI
• Компактные габариты: 117 x 65 x 23 мм

Устройство представляет собой «бутерброд» из двух плат на металлической основе. Рядом установлен оптический модуль с излучателем, соединённый с платами гибкими шлейфами. Металлическая основа одновременно служит теплоотводом. Конструкция надежная и практичная. Все необходимые разъемы расположены по периметру и сверху. В принципе, как и должно быть для устройств разработки.

Схематика

EVM-модуль состоит из процессорной платы, платы драйвера и светоизлучателя. DM365 — это мультимедийный процессор TMS320DM365, основанный на технологии DaVinci компании Texas Instruments. Он используется для запуска Embedded Linux. FPGA — Altera Cyclone IV FPGA, она контролирует смешивание видеоканалов (HDMI или DM365), управляет включением светодиодов и внутренними буферами для быстрого отображения паттернов. DLPC300 — это контроллер DMD. MSP430 управляет питанием и драйверами светодиодов.

Подключение

• Питание можно подать непосредственно с USB компьютера (но желательно от отдельного блока питания), подключившись к разъему на нижней плате DC_IN.
• Отладочный UART подключается к разъему Minijack-2.5, но из-за его отсутствия мы просто подпаялись (красные провода в желтом кембрике).
• MiniUSB — стандартный провод.
• HDMI — через переходник MiniHDMI/HDMI.

Запуск

Для работы с EVM компания Texas Instruments предоставляет кроссплатформенную графическую утилиту, которая выводит изображения и видео с камеры / HDMI, а также позволяет обновлять встроенное ПО.

Также есть пример командной строки предоставляемого API.

Режимы работы

Внутренние паттерны:

Статическое изображение:

HDMI-видео:

Сборка ПО (Linux + rootfs) для загрузки с карты Micro-SD

Производитель позаботился о беспроблемной сборке и запуске ПО для своего устройства. Предлагается нормальное BSP, позволяющее получить работоспособные бинарные образы в короткое время.

Для начала необходимо скачать и установить Linux DVSDK по ссылке. Но обязательно версии 4.02, в которой присутствует поддержка DM365. Мануалы говорят, что хостом обязательно должна являться ubuntu 10.04. Но мы без проблем перенесли установленную SDK на ubuntu 12.04.

Далее по ссылке нужно найти DLP LightCrafter DM365 DVSDK (версия 4.0), скачать и установить. Из подпапки Changes с установленными файлами необходимо скопировать с заменой фалы в папку с установленными ранее файлами пакета Linux DVSDK.

Сборка осуществляется тулчейном Sourcery для ARM от компании Mentor Graphics. Скачать и установить его можно по ссылке. Важно не забыть добавить в описание $PATH путь к префиксу тулчейна.

Сборка выполняется последовательностью команд make, make all и make components. Собираются образы u-boot, uImage и rootfs для использования с SD-карточкой.

Для установки всего этого на SD-карточку существует готовый скрипт mksdboot_lcr.sh, он находится в папке bin.

После завершения работы скрипта необходимо вставить карточку в разъем и переместить переключатель ближе к разъему.

Загрузка происходит несколько дольше по времени.

Выводы

Новая платформа для разработки пико-проекционных устройств от Texas Instruments под названием LightCrafter использует цифровой световой процессор (DLP), построенный по технологии МЕМС с почти полумиллионом микрозеркал для формирования изображения. В качестве источника света используется RGB-светодиоды, позволяющие излучать до 20 Люмен света. А при использовании активного охлаждения и системы управления тепловым режимом может быть получен свет силой более 50 Люмен, что позволяет использовать LightCrafter в различных условиях.

DLP LightCrafter может использоваться как портативный проектор с HDMI-входом, а также для проекции структурированных световых паттернов, сложного освещения с возможностью изменения рабочей длины волны (от ультрафиолета до почти что инфракрасного света).

Возможность проецировать структурированные световые паттерны позволяет использовать LightCrafter для мгновенного определения характеристик и распознавания 3D-объектов, не касаясь их. Технология 3D-сканирования работает за счет проецирования движущейся полосы света на объекты и последующего анализа измерений деформации отраженной полосы с помощью алгоритма восстановления 3D-формы. Данная функция может быть использована в бесконтактных сканерах отпечатков пальцев для идентификации людей. Кроме использования для биометрических, лицевых, стоматологических и медицинских сканирований, DLP может применяться в различных приложениях: от промышленных систем контроля до разнообразной научной аппаратуры. За счет использования дополнительной FPGA можно повысить частоту вывода световых паттернов до 4000 в секунду.

Для реализации 3D-сканирования необходима внешняя камера и программное обеспечение, реализующее соответствующий алгоритм 3D-обработки. Настраиваемый вход/выход затвора платформы позволяет синхронизировать захват кадров камерой (а также других периферийных устройств) с проецируемыми кадрами светового паттерна.

Разработчики могут создавать, хранить и отображать проецируемые изображения с использованием программного интерфейса (API) через USB или легкого в использовании графического интерфейса пользователя (GUI).

Мощный цифровой процессор TMS320DM365 и ОС Linux на ядре ARM позволяют разработать полнофункциональную встроенную систему.

Таким образом, использование пико-проектора DLP LightCrafter в новых разработках позволяет сократить цикл проектирования, добиться малого форм-фактора и получить низкую себестоимость конечного оборудования.