CN103402060B - Dmd灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法 - Google Patents

Dmd灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法 Download PDF

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DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法，涉及仿真设备领域，解决现有技术中热像仪采集图像的时间与DMD播放器播放图像的时间无法实现同步，导致热像仪不能采集到完整图像的问题，本发明所述的DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法中通过采集热像仪的视频输出信号，经过自动相位调节后来触发DMD播放器，使得热像仪采集图像的积分时间和DMD播放图像的显示时间保持同步。同时判断DMD场景播放器的显示时间是否满足和热像仪积分时间之间的同步要求。最终实现两者的同步。

Description

DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法
技术领域
本发明涉及仿真设备领域，具体涉及用于仿真领域中图像播放设备和图像采集设备的同步方法。
背景技术
在红外半实物景象生成的仿真领域中，可以使用多种图像生成器件，如电阻阵、激光二极管阵列、DMD等。DMD以分辨率高，场景波长范围宽，可模拟温度范围宽，图像对比度高等特点，开始应用在仿真领域中。
基于DMD的场景生成设备中，DMD播放灰度图像的时序中，一帧图像由显示时间和空白时间组成，tframe是一帧图像所占用的时间，对于50Hz帧频的图像序列，tframe为20ms，tdisplay为一帧图像中的图像显示时间，tno-op为空白时间。
使用热像仪作为采集系统来采集场景图像时，热像仪只在积分时间内对图像进行采集。如果采集真实场景，由于真实物体的红外辐射是连续进行的，热像仪不论在什么时刻采集，均能采集到灰度图像。但是使用DMD的仿真系统中，DMD需要在tdisplay的时间内完成显示一幅灰度图像。如果采集的时刻不能够完整的包含一帧图像时间内的显示时间的话，将采集不到完整的灰度信息。所以，在使用DMD作为主要转换器的系统中，景象的生成和景象的采集系统需要同步，只有播放和采集严格同步，才能采集到完整的不丢信息的景象图像。而支持外同步的热像仪型号很少，且造价昂贵。这样使用普通的不支持外同步的热像仪，不能正确采集到DMD场景播放器播放的图像。
发明内容
本发明为解决现有技术中热像仪采集图像的时间与DMD播放器播放图像的时间无法实现同步，导致热像仪不能采集到完整图像的问题，提出了DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法。
DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法，该方法由以下步骤实现：
步骤一、采用同步提取电路从热像仪采集到的模拟视频信号中提取场同步信号，并将采集的场同步信号传送至FPGA，FPGA对接收的信号设置延时时间为0，并将设置延时时间后的信号作为DMD播放器的外同步信号传送至DMD播放器；
步骤二、图像生成器将生成灰度值为255的单色灰度图像传送至DMD播放器，所述DMD播放器根据步骤一中FPGA传送的外同步信号同步播灰度图像；
步骤三、采用光电探测电路探测步骤二中DMD播放器播放一帧灰度图像的时间，并将探测的时间通过FPGA在数码管上显示，如果DMD播放器播放一帧图像的时间小于等于热像仪的积分时间，则执行步骤四；如果DMD播放器播放一帧灰度图像的时间大于热像仪的积分时间，则调整热像仪的积分时间，使热像仪的积分时间大于等于DMD播放器播放一帧灰度图像的时间，然后执行步骤四；
步骤四、FPGA控制AD转换芯片对步骤一所述的热像仪采集的模拟视频信号进行模数转换，调整延时时间，调整范围从0到播放一帧图像所对应的时间，并且同时采集和存储不同延时时间所对应的模拟视频信号的强度值；
步骤五、根据步骤四中FPGA存储的模拟视频信号的强度的数值中找到最大值，将所述最大值对应的延时时间作为延时参数，并将所述延时参数对应的视频信号作为DMD播放器的外同步信号；最终实现DMD播放器的播放时间与热像仪采集图像的时间同步。
本发明的有益效果：本发明所述的DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法中通过采集热像仪的视频输出信号，经过自动相位调节后来触发DMD播放器，使得热像仪采集图像的积分时间和DMD播放图像的显示时间保持同步。同时判断DMD场景播放器的显示时间是否满足和热像仪积分时间之间的同步要求。
附图说明
图1为本发明所述的DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法中DMD播放灰度图像时序图；
图2为本发明所述的DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法中触发源时序、播放时序和采集时序示意图；
图3为本发明所述的DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法中加入延时后的触发源时序、延时、播放时序和采集时序示意图；
图4为本发明所述的DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法中装置结构的示意图；
图5为本发明所述的DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法中光电探测器及信号放大电路的原理图；
图6为本发明所述的DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法中的同步信号提取电路的原理图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图6说明本实施方式，DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法，该方法具体由以下步骤实现：
步骤一、DMD播放器触发信号生成：从热像仪采集到的模拟视频信号中提取场同步信号，将此信号送入FPGA，FPGA将此信号做时间为0的延时，并将延时后的信号作为DMD播放器的外同步信号传送给DMD播放器；
步骤二、DMD显示的标准图案生成：图像生成器生成灰度值为255的单色灰度图案，并将图像传入DMD播放器，DMD播放器根据FPGA给出的同步信号来同步播放上述灰度图案；
步骤三、同步准则判断：使用光电二极管采集DMD播放一帧图像持续的时间，并且将此时间通过FPGA在数码管上显示出来；只有当此时间小于等于热像仪的积分时间时，才能保证DMD播放器和图像采集设备是能够被同步的；如果DMD播放器播放图像的时间大于热像仪的积分时间，需要调整热像仪的积分时间，使得热像仪积分时间大于等于DMD播放器播放一帧图像的时间；
步骤四、调整延时参数并记录：FPGA控制AD转换芯片对热像仪采集到的模拟视频信号进行模数转换，采集模拟信号幅值的大小；FPGA将步骤一中的延时时间调整大小，范围从0到播放一帧图案对应的时间，并且同时采集和存储不同延时大小时对应的模拟视频信号的强度值；
步骤五、确定同步延时参数：从FPGA存储的视频强度的数值中找到最大值，并且将这个最大值对应的延时的大小作为参数，FPGA此后一直保持这个延时量，并将此延时量对应的信号作为DMD播放器的外同步信号。此时，实现了DMD播放器的播放时间与热像仪采集图像的时间同步。
结合图2和图3说明本实施方式，在满足同步条件的前提之下再进行同步触发脉冲的生成。图2中，a是DMD播放器接收到外部同步触发信号，b是DMD播放器输出图像的时序信号，c是热像仪采集的时序信号，t1是DMD播放器接收到外部同步触发信号和DMD播放图像信号之间的延时，t2是DMD播放器播放一帧图像的时间，t3是热像仪的积分时间；热像仪的视频输出信号中的场同步不能直接作为DMD播放器的外触发信号，因为这样不能保证DMD播放图像的有效时间包含在热像仪采集时间之内。这就需要将同步提取电路获得的场信号经过相位调整之后在作为DMD播放器的外触发信号来触发播放器，以使得播放器的播放显示时间和热像仪的采集时间同步。如图3，d为同步信号提取电路获得的场同步信号，a为经过相位延时之后的信号，该信号就是DMD播放器接收到外部同步触发信号，t4为相位延时时间，t7是t1与t4之和；b是DMD播放器输出图像的时序信号，c是热像仪采集的时序信号。经过t4延时之后，DMD播放器接收到的新的外同步信号触发之下，可以使得DMD播放图像的有效时间包含在热像仪采集时间之内。
结合图4说明本实施方式，本实施方式主要包括DMD播放一帧图像显示时间测试功能和同步信号生成功能，并通过功能选择按钮来选择工作的功能。当选择前者时，使用光电探测器来探测DMD播放器播放的红外图像，并且通过数码管显示出播放时间。当选择后者时，设备根据热像仪采集得到的视频信号值的强弱（由AD采样得到）自动选择合适的延时参数，并在数码管上显示出来。数值稳定之后经过用户使用确认按钮确认之后参数不再改变。
结合图5，本实施方式所述的同步信号提取电路是将热像仪的场同步信号提取出来，用作播放器的同步源。提取的方式是使用基于视频同步分离器件的EL1881芯片。分离后可以得到场同步信号和复合同步信号。场同步信号经过延时后送给播放器作为触发源。
结合图6，本实施方式采用光电探测器来探测DMD播放器产生的红外场景，采集二级放大电路，放大倍数足够大使得当DMD反射的255灰度图像的光达到光电探测器时，放大电路输出到达饱和。两级放大都使用正向放大电路，采用单电源供电，3.3V电源。放大电路输出的信号直接供给FPGA进行采集时间。高电平对应DMD播放器显示时间，低电平对应空白时间，通过FPGA来测试高电平的时间。高电平的持续时间即为一帧图像的显示时间。
本实施方式所述的FPGA做延时的算法是基于FIFO的延时方法。通过设置FIFO的用户满标志的深度来调节延时的大小。
本实施方式中在播放器和热像仪满足同步的要求之后，需要调节延时电路的延时时间使得热像仪的积分时间与DMD播放器的播放时间同步。所述的延时参数调整算法为：使用灰度为255的单色图案，将热像仪的输出视频信号接入本系统进行AD采集；调节延时参数从0到999，对每一个参数采样视频信号的强度。当播放和采集同步时，AD采集到的信号强度最大。测试的值即为需要的同步参数。采样中，每一个延时参数对应一个亮度值。测量每一个参数对应的亮度值时以分离器得到的场同步为标志。每一场的亮度值由多次采样后平均得到。在达到对应亮度最大的延时参数后，确认后该参数在仿真系统工作时不再改变。只有使用不同的热像仪时才需要重新调整该参数。对于同一台热像仪和同一台DMD景象播放器，调节后延时参数为固定值，第二次使用系统时直接输入即可。

Claims (4)

1.DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：
步骤一、采用同步提取电路从热像仪采集到的模拟视频信号中提取场同步信号，并将采集的场同步信号传送至FPGA，FPGA对接收的信号设置延时时间为0，并将设置延时时间后的信号作为DMD播放器的外同步信号传送至DMD播放器；
步骤二、图像生成器将生成灰度值为255的单色灰度图像传送至DMD播放器，所述DMD播放器根据步骤一中FPGA传送的外同步信号同步播灰度图像；
步骤三、采用光电探测电路探测步骤二中DMD播放器播放一帧灰度图像的时间，并将探测的时间通过FPGA在数码管上显示，如果DMD播放器播放一帧图像的时间小于等于热像仪的积分时间，则执行步骤四；如果DMD播放器播放一帧灰度图像的时间大于热像仪的积分时间，则调整热像仪的积分时间，使热像仪的积分时间大于等于DMD播放器播放一帧灰度图像的时间，然后执行步骤四；
步骤四、FPGA控制AD转换芯片对步骤一所述的热像仪采集的模拟视频信号进行模数转换，调整延时时间，调整范围从0到播放一帧图像所对应的时间，并且同时采集和存储不同延时时间所对应的模拟视频信号的强度值；
步骤五、根据步骤四中FPGA存储的模拟视频信号的强度的数值中找到最大值，将所述最大值对应的延时时间作为延时参数，并将所述延时参数对应的视频信号作为DMD播放器的外同步信号；最终实现DMD播放器的播放时间与热像仪采集图像的时间同步。
2.根据权利要求1所述的DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法，其特征在于，通过功能选择按钮选择工作的功能，所述功能包括DMD播放一帧图像显示时间测试功能和同步信号生成功能，当选择DMD播放一帧图像显示时间测试功能时，使用光电探测器来探测DMD播放器播放的红外图像，并且通过数码管显示出播放时间。
3.根据权利要求1所述的DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法，其特征在于，根据热像仪采集的模拟视频信号的强度值自动选择延时参数，并通过FPGA在数码管上显示，强度值稳定后用户通过参数确定按钮确认。
4.根据权利要求1所述的DMD灰度景象播放器与图像采集系统的同步方法，其特征在于，所述光电探测电路的探测器的信号经过两级信号放大，放大倍数使DMD播放器反射的255灰度图像的光达到光电探测器时，放大电路输出到达饱和；两级放大使用正向放大电路，采用单电源供电。
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