CN104184955A - Dmd在高动态范围成像中的控制方法 - Google Patents

Abstract

DMD在高动态范围成像中的控制方法，涉及高动态辐射场景成像探测领域的DMD光强调制控制方式，解决现有DMD光强调制技术容易导致在一帧光强调制中出现多次微镜翻转的问题，本发明包括光强调制权值的约束；DMD光强调制权值的二进制值中每一位在一帧时间内的持续时间约束；本发明通过重新约束DMD控制方法，能够降低DMD在高动态辐射场景成像探测中的翻转次数、提高DMD调光精度的DMD控制方式。

Description

DMD在高动态范围成像中的控制方法

技术领域

本发明涉及高动态辐射场景的成像探测领域，涉及到一种DMD(DigitalMicromirrorDevice)光强调制方式，具体地说是一种能够降低DMD在高动态辐射场景成像探测中的翻转次数、提高DMD调光精度的DMD控制方式。

背景技术

微镜阵列DMD空间光调制器结合图像传感器能够解决高动态辐射场景成像探测中强弱目标同时探测的问题，获得高动态图像数据，能使光电成像设备动态范围扩展到130db以上。

DMD对某像素点入射光的光强调制需要调整DMD上相应位置的微反射镜的开关状态以及开关时间，以达到调整像面局部区域光强的目的，表现出对对应的图像传感器像素点不同层次的光强控制。DMD微镜的翻转过程大约需要4us，微镜翻转后还存在大约6us的阻尼振荡。因此每次微镜状态的改变带来10us左右的不稳定期，在调光系统中微镜状态的最小保持时间接近这一不稳定时间时(如30us)，微镜的翻转会对DMD光强调制的精度造成较大影响。

一般的光强调制方法为标准灰度调制，例如，一个长为8位的数据可以表示256级调光等级。这256级由象素点处于“开态”的持续时间的长短来实现。将DMD光强调制的一帧时间分为255份，00000000就是0/255，00000001＝1/255……11111111＝255/255；而每一位则代表在一帧时间内不同的持续时间，bit1(00000001)＝1/255，bit2(00000010)＝2/255，bit3(00000100)＝4/255……bit8(10000000)＝128/255，两相邻位的后一位滞留时间均是前一位的2倍，通过对8位二进制中每一位(1或0)的控制来实现DMD微镜状态和保持时间的控制，使微镜迅速的转动将光线反射进入或偏离透光孔，产生一串数字脉冲光，由数字信息模拟的光强调制等级被图像探测器感知，达到光强调制的结果。依据同样的原理可以实现更高的调光等级。采用此种调光方法容易导致在一帧光强调制中出现多次微镜翻转，例如当光强调制权值为5/255(00000101)时，微镜状态从ON到OFF，然后从OFF到ON，最后从ON到OFF，至少经历三次微镜翻转。若此时微镜状态的最小保持时间为40us(一帧时间为255×40us＝10200us)，则微镜翻转会带来30us的光污染，而微镜ON状态的保持时间为5×40us＝200us，因此光污染在ON状态中的比重为30/200＝15％。虽然光强调制权值的增大(靠近1)会减小这一比重，但在低光强调制权值处微镜翻转对调光精度的影响不可忽视。

发明内容

本发明为解决现有DMD光强调制技术容易导致在一帧光强调制中出现多次微镜翻转的问题，提供一种DMD在高动态范围成像中的控制方法。

DMD在高动态范围成像中的控制方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、对光强调制权值进行约束；获得约束后的光强调制权值；

具体过程为：最小光强调制权值R₁设定为1/2ⁿ，则

R_i＝2^i-1/2ⁿ；

上式中，i大于等于1小于等于n+1，n＝1,2,3……M，所述M为相机的位宽；

第i个光强调制权值与第i个光强调制权值二进制值中每一位的关系为：

$R_i=2^{i-1}/2^n=T_{B_i}+T_{B_{i-1}}+\·\·\·T_{B_1}$

为二进制值中每一位的持续时间；

步骤二、对步骤一约束后的光强调制权值的二进制值中每一位在一帧时间内的持续时间进行约束；

具体过程为：对所述光强调制权值二进制值中每一位在一帧内的持续时间作如下约束，用公式表示为：

$T_{B_i}=\left\{\begin{array}{cc}1/2^n& i=1\\ 2^{i-2}/2^n& 2\≤i\≤n+1\end{array}\right.;$

实现在高动态光强调制中DMD微镜的控制。

本发明的有益效果：本发明通过重新约束DMD的控制方法，减少DMD微镜在高动态光强调制中一帧内的翻转次数，最终实现翻转次数不大于1，减少了由于DMD的翻转带来的光污染，提高了光强调制的精确度。

附图说明

图1为本发明所述的DMD在高动态范围成像中的控制方法中对光强调制权值约束的示意图；

图2为本发明所述的DMD在高动态范围成像中的控制方法中光强调制权值的二进制值中每一位在一帧时间内的持续时间示意图；

图3为本发明所述的DMD在高动态范围成像中的控制方法中DMD调光控制时序示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，DMD在高动态范围成像中的控制方法包括对光强调制权值的约束和对DMD光强调制权值的二进制值中每一位在一帧时间内的持续时间的约束；

光强调制权值的约束：

在高动态光强调制中，对某一饱和像素调光只需要将其素值调节到图像探测器自身较敏感的响应区段内，一般为图像探测器的临界饱和值与1/2临界饱和值之间，这是一个宽区间，区间的上限与下限存在两倍关系，因此光强调制权值的步进可以采用两倍关系，并且光强调制权值可以设为固定的几个值。将最小光强调制权值设定为1/2ⁿ，n＝1,2,3……，则

R_i＝2^i-1/2ⁿ(1≤i≤n+1)   (1)

DMD光强调制权值的二进制值中每一位在一帧时间内的持续时间：

在固定光强调制权值的情况下，为满足在一帧光强调制中DMD微镜摆动次数不大于1，对光强调制权值的二进制值进行约束，结合图1和图2，图2中B_i为光强调制权值所对应的二进制值中的第i位，二进制值只出现一次1到0的跳变，为了使光强调制权值与二进制值相对应，需要对二进制值的每一位代表在一帧内的持续时间作约束，公式推导如下：

第i个和第i-1个光强调制权值与其二进制值的每一位有如下关系：

$R_i=2^{i-1}/2^n=T_{B_i}+T_{B_{i-1}}+\·\·\·T_{B_1},1\≤i\≤n+1---\left(2\right)$

$R_{i-1}=2^{i-2}/2^n=T_{B_{i-1}}+T_{B_{i-2}}+\·\·\·T_{B_1},2\≤i\≤n+1---\left(3\right)$

由(2)式当i＝1时，有

$T_{B_1}=1/2^n---\left(4\right)$

当i≥2时，(2)式与(3)式相减，有

$T_{B_i}=2^{i-2}/2^n---\left(5\right)$

则有

$T_{B_i}=\left\{\begin{array}{cc}1/2^n& i=1\\ 2^{i-2}/2^n& 2\≤i\≤n+1\end{array}\right.---\left(6\right)$

本实施方式中为了使DMD在一帧光强调制周期内微镜只翻转一次，结合图3，该时序图示意说明实际DMD调光控制过程的状态，DMD工作稳定状态有“ON”状态和“OFF”状态，在两个工作状态切换过程中为非稳定态，非稳定状态要求时期很短，对调光影响可以忽略。在光强调制帧周期的消隐区间结束时，将DMD设置于“ON”状态，“ON”状态的持续时间根据调光权值进行控制，在调光周期有效区间内，达到要求的权值时，将DMD设置于“OFF”状态，每个调光帧周期DMD打开和关闭各进行一次操作。

本实施方式利用对光强调制权值、光强调制权值的二进制值中每一位代表在一帧时间内的持续时间以及DMD调光控制时序进行重新约束，从而实现高动态光强调制的低微镜摆动次数，目的是提供一种能实现在高动态光强调制中DMD微镜最多翻转一次的控制方法。

Claims (1)

1.DMD在高动态范围成像中的控制方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：

步骤一、对光强调制权值进行约束；获得约束后的光强调制权值；

具体过程为：最小光强调制权值R₁设定为1/2ⁿ，则

R_i＝2^i-1/2ⁿ；

上式中，i大于等于1小于等于n+1，n＝1,2,3……M，所述M为相机的位宽；

第i个光强调制权值与第i个光强调制权值二进制值中每一位的关系为：

$R_i=2^{i-1}/2^n=T_{B_i}+T_{B_{i-1}}+\·\·\·T_{B_1}$

为二进制值中每一位的持续时间；

步骤二、对步骤一约束后的光强调制权值的二进制值中每一位在一帧时间内的持续时间进行约束；

具体过程为：对所述光强调制权值二进制值中每一位在一帧内的持续时间作如下约束，用公式表示为：

$T_{B_i}=\left\{\begin{array}{cc}1/2^n& i=1\\ 2^{i-2}/2^n& 2\≤i\≤n+1\end{array}\right.;$

实现在高动态光强调制中DMD微镜的控制。