Статья «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.