CN105657308B - 一种dmd系统及dmd控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种DMD（数字微镜器件）系统，该系统包括计算机，连接到计算机的DMD控制板，连接到DMD控制板的DMD，以及接收DMD调制光的图像传感器，图像传感器进一步连接到所述计算机，其特征在于，计算机对图像传感器产生的数据传进行分析，分析的结果决定对下一帧DMD模板的修改，依此减少所需传输的数据量，提升系统速度。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种DMD系统及DMD控制方法，尤其涉及一种具有较高数据处理效率的DMD系统及DMD控制方法。
【背景技术】
DMD（Digital Micromirror Device，数字微镜器件）通过控制镜片的开启和偏转达到显示图像的目的。近年来DMD的应用越来越广泛，很多场合需要实现DMD快速闭环控制的要求。
现有技术DMD系统机构包括计算机，连接到计算机的DMD控制板，连接到DMD控制板的DMD，以及接收DMD调制光的图像传感器，如CCD（电荷耦合元件），图像传感器进一步连接到所述计算机。计算机发送一帧模板（二值）数据到DMD，DMD根据模板数据值进行正负12度的翻转，对入射到DMD的光进行调制后投影，后端用图像传感器进行采集，将采集的数据发送到计算机进行分析，分析的结果反馈用于模板的更新，然后将改变的模板重新下载到DMD，如此循环，形成计算机分析、产生DMD模板—>下载到DMD进行投影—>图像传感器采集—>计算机分析的闭环结构。这个闭环过程往往需要产生较多的模板才能得到较好的实验结果，所以希望从模板下载到DMD投影能够有比较快的速度。
目前市场上速度较快的DMD控制板采用USB数据传输协议下载模板到DMD，而且普遍采用的方法是将模板整帧下载到DMD控制板，然后进行DMD投影，这种方法数据量大，使得闭环控制方式速度慢。以USB 2.0数据传输协议为例，按照USB 2.0的平均下载速度30MB/s来算，如果DMD的分辨率为1024*768，那么DMD二值图像的帧率最大为：30*1024*1024*8/(1024*768)=320帧/s。
因此，有必要对现有技术进行改进以提升DMD系统中相关数据的处理效率。
【发明内容】
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有较快处理速度的DMD系统和DMD控制方法。
根据本发明的一方面，本发明提供一种DMD（数字微镜器件）系统，包括计算机，连接到计算机的DMD控制板，连接到DMD控制板的DMD，以及接收DMD调制光的图像传感器，图像传感器进一步连接到所述计算机，计算机对图像传感器产生的数据传进行分析，分析的结果决定对下一帧DMD模板的修改。
进一步的，其中计算机把需要修改的像素按单元打包成一个矩阵发送给DMD控制板。
进一步的，DMD控制板通过USB控制芯片接收矩阵包，然后通过板上的FPGA（现场可编程门阵列）从USB控制芯片读取矩阵包。
进一步的，FPGA根据矩阵包更新模板数据，然后将数据写入到DMD，并送出正确的驱动电压驱动DMD按照新的模板数据实现翻转。
进一步的，FPGA接收矩阵包并先缓存在内部FIFO（先进先出）存储器，FPGA进一步包括RAM（(随机存取存储器），从FIFO依次读出矩阵单元，对行地址x和列地址y进行解析，解析后对应的RAM的地址是：（x * 1024 + y）/16，取出该地址的16位数后，对第（x * 1024 +y）%16位进行取反。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种DMD控制方法，包括：计算机发送一帧DMD模板到DMD控制板，DMD控制板将模板数据写入到DMD，DMD对入射的光源进行调制，图像传感器接收调制光并产生电信号数据，及将图像传感器产生的数据传送到计算机进行分析，分析的结果决定对下一帧DMD模板的修改。
进一步的，计算机把需要修改的像素按单元打包成一个矩阵发送给DMD控制板。
进一步的，DMD控制板通过USB控制芯片接收矩阵包，然后通过板上的FPGA（现场可编程门阵列）从USB控制芯片读取矩阵包。
进一步的，FPGA根据矩阵包更新模板数据，然后将数据写入到DMD，并送出正确的驱动电压驱动DMD按照新的模板数据实现翻转。
进一步的，FPGA接收矩阵包并先缓存在内部FIFO（先进先出）存储器，FPGA进一步包括RAM（(随机存取存储器），从FIFO依次读出矩阵单元，对行地址x和列地址y进行解析，解析后对应的RAM的地址是：（x * 1024 + y）/16，取出该地址的16位数后，对第（x * 1024 +y）%16位进行取反。
根据本发明的DMD系统和DMD控制方法，对DMD模板数据传输方式进行改进，克服了传统DMD模板整体传输数据量大的缺陷，从而大大加快了传输效率及整个系统的运行速度。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
图1是根据本发明实施例的DMD闭环控制系统的架构图；
图2是根据本发明实施例的DMD控制板框图；
图3是根据本发明实施例的 FPGA内部逻辑图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的较佳实施例以型号为S1076-7408的DMD为例进行说明，其分辨率大小为1024x768。可以理解的是，其它型号的DMD的应用自然也包含在本发明的保护范围之内。
在实际的DMD应用中，前后相邻两帧模板数据一般都具有很大的关联性，即相似度很高，两张模板不同的地方很少。针对此特点，本发明将后一帧模板不同于前一帧模板的数据提取出来，进行打包发送给DMD，而无需将整帧的模板发给DMD，从而减少了所需传输的数据量，加快了系统处理速度。
根据本发明实施例的DMD系统，参照附图1所示，其基本架构包括计算机1，连接到计算机1并从计算机接收DMD模板的DMD控制板2，连接到DMD控制板的DMD 3，以及接收DMD调制光的图像传感器4（以CCD为例），图像传感器进一步连接到所述计算机1，计算机1对图像传感器4产生的数据传进行分析，分析的结果可用于决定对下一帧DMD模板的修改。
以下对本发明的较佳实施例进行详细说明。计算机1通过USB数据传输协议发送一帧模板到DMD控制板2，DMD控制板2继而将将模板数据写入到DMD 3，DMD 3对入射的光源进行调制，产生的调制光被图像传感器4采集通过如USB等传输方式发送到计算机进行分析，分析的结果用于决定对下一帧DMD模板的修改。如果把DMD模板看成一个1024x768的矩阵，那么就可以用第x行、第y列来定位需要修改的像素，分别用两个字节代表行和列，每个需要修改的像素可以用四个字节作为一个单元，如下：
| 第一字节 | 第二字节 | 第三字节 | 第四字节 |
| 行地址高位 | 行地址低位 | 列地址高位 | 列地址低位 |
参照以上，其中行地址16位，实际用10位（最大767），列地址16位（最大1023），实际应用中也只用10位。计算机把需要修改的像素按单元打包成一个矩阵包通过USB等方式发送给DMD控制板2。在单元中并不需要有像素的值，因为是二值模板数据，非0即1，需要修改的像素只需取反即可。
参照图2中本发明实施例的DMD控制板2的框图，DMD控制板2通过USB控制芯片20（以CY7C68013型号为例）接收计算机送来的矩阵包，然后通过板上的现场可编程门阵列（FPGA）21从USB控制芯片20读取矩阵包。FPGA根据矩阵包更新模板数据，然后将数据写入到DMD 3，并控制电压芯片22（以DAD1000型号为例）送出正确的驱动电压驱动DMD 3按照新的模板数据实现翻转。
参照图3所示的本发明实施例的 FPGA 21的内部逻辑图。在FPGA 21内部通过68013控制模块210读取矩阵包，并先缓存在内部先入先出存储器（FIFO）211中。设置一个1024x768bit的矩阵表，对应DMD的1024x768个像素。矩阵表的表现形式为FPGA的内部双口RAM（随机存取存储器）212，RAM的大小使得能够保存一帧DMD图像，RAM设置大小为1Mbit，数据线16位，地址线16位。RAM存储前一帧DMD模板数据，从FIFO依次读出矩阵单元，对行地址x和列地址y进行解析，则解析后对应的RAM的地址是：（x * 1024 + y）/16，取出该地址的16位数后，对第（x * 1024 + y）%16位进行取反即可。当DMD模板更新完毕后，即可触发新的一帧DMD显示。
从理论上讲，发送一帧原始模板的数据量为1024*768 bits，发送一个修改微镜数据量是32字节，那么只要一帧模板当中需要修改的像素数少于1024*768/32=24K，那么采用本发明的矩阵表的方法，速度都要优于原始模板发送的速度。比如后一帧DMD模板数据需要在前一帧的基础上修改100个像素，那么只需要发送100x32bits的数据，速度要比发送原始模板数据快200多倍。
根据以上所介绍的本发明的较佳实施例，对DMD模板数据传输方式进行改进，克服了传统DMD模板整体传输数据量大的缺陷，从而大大加快了传输效率及整个系统的运行速度。
以上本发明较佳实施例中所列举的各种电子器件均仅为对本发明的详细描述所用，并不构成对本发明的保护范围的限制。本领域技术人员可以根据实际需要进行替换，选择其它类型的器件进行替代。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种数字微镜器件DMD系统，包括计算机，连接到计算机的DMD控制板，连接到DMD控制板的DMD，以及接收DMD调制光的图像传感器，图像传感器进一步连接到所述计算机，其特征在于，计算机对图像传感器产生的数据传进行分析，分析的结果决定对下一帧DMD模板的修改；其中，计算机把需要修改的像素按单元打包成一个矩阵发送给DMD控制板；所述DMD控制板通过USB控制芯片接收矩阵包，然后通过板上的FPGA从USB控制芯片读取矩阵包；其中，FPGA根据矩阵包更新模板数据，然后将数据写入到DMD，并送出正确的驱动电压驱动DMD按照新的模板数据实现翻转。
2.根据权利要求1所述的一种数字微镜器件DMD系统，其中FPGA接收矩阵包并先缓存在内部FIFO(先进先出)存储器，FPGA进一步包括RAM((随机存取存储器)，从FIFO依次读出矩阵单元，对行地址x和列地址y进行解析，解析后对应的RAM的地址是：(x*1024+y)/16，取出该地址的16位数后，对第(x*1024+y)％16位进行取反。
3.一种数字微镜器件DMD控制方法，包括：计算机发送一帧DMD模板到DMD控制板，DMD控制板将模板数据写入到DMD，DMD对入射的光源进行调制，图像传感器接收调制光并产生电信号数据，及将图像传感器产生的数据传送到计算机进行分析，分析的结果决定对下一帧DMD模板的修改；其中，计算机把需要修改的像素按单元打包成一个矩阵发送给DMD控制板；所述DMD控制板通过USB控制芯片接收矩阵包，然后通过板上的FPGA从USB控制芯片读取矩阵包；其中，FPGA根据矩阵包更新模板数据，然后将数据写入到DMD，并送出正确的驱动电压驱动DMD按照新的模板数据实现翻转。
4.根据权利要求3所述的一种数字微镜器件DMD控制方法，其中FPGA接收矩阵包，并先缓存在内部FIFO(先进先出)存储器，FPGA进一步包括RAM((随机存取存储器)，从FIFO依次读出矩阵单元，对行地址x和列地址y进行解析，解析后对应的RAM的地址是：(x*1024+y)/16，取出该地址的16位数后，对第(x*1024+y)％16位进行取反。
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