CN108806575A - 一种实现dmd超高帧率灰度显示系统及显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种实现DMD超高帧率灰度显示系统及显示方法。所述实现DMD超高帧率灰度显示系统包括：计算机，将数字灰度图像转换为n幅二值化位面图像，并计算产生n幅二值能量调制模板图像，n为正整数；成像光学单元，连接所述计算机，对所述计算机分解得到的n幅二值化位面图像进行显示，且根据n幅二值能量调制模板图像同步地对光源能量进行调制分配。本发明的有益效果是：所述实现DMD超高帧率灰度显示方法通过实时调制照明光能量和DMD显示方式，将光源的变化与灰度图像的每个位面实现一一对应，如此通过对光源进行2N的PWM能量调制换取了显示时间，实现超高帧率的灰度显示。本发明还提供一种实现DMD超高帧率灰度显示方法。

Description

一种实现DMD超高帧率灰度显示系统及显示方法
技术领域
本发明属于图像处理技术领域，具体地涉及一种实现DMD超高帧率灰度显示系统及显示方法。
背景技术
DMD(Digital Micro-mirror Devices，数字微镜器件)真正实现了全数字方式控制图像的灰度等级，称为二进制脉宽调制(PWM)技术。通过这种技术，可将输入DMD的视频或图像信号转换成层次丰富的灰度图像。
二进制PWM称为2N PWM方式。二进制PWM调制公式为：TPWM＝TLSB*2(N-1)。其中，N是像素的位数，TPWM是每个bit像素的权重，TLSB是最低bit位(LSB)的显示时间。那么完成一次灰度显示的总时间T为：Tw是图像数据写入DMD的总等待时间，称为“deadtime”。
以32(5bit像素)灰度级为例，如图1所示，图中虚框代表微镜关的时间，其他代表微镜开的时间，可以看到二进制01111b(32)在低4位微镜处于开的状态，开的时间占帧时的48％，而二进制11010b微镜开的时间占了帧时的84％。将脉冲式的光累积(积分效应)就得到灰度图像。本质上说，灰度取决于微镜开的时间。同理，可以实现更高的灰度级别，如8位和12位等。
DMD的这种灰度成像方式，是以照明光不变为前提，根据公式，每帧时间取决于TLSB和Tw，Tw大约为50*7＝350微秒左右(全局复位方式)，为了低位面决定的图像细节不丢失，TLSB时间不能太短，假设取20微秒，那么256灰度图像一帧时间为5.4ms，帧率185Hz，这个帧率可以通过减少TLSB来提高，但是TLSB取20微秒基本上是比较接近于极限，因此很难提高帧率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷或问题，提供一种实现DMD超高帧率灰度显示系统及显示方法。
本发明的技术方案如下：一种实现DMD超高帧率灰度显示系统包括：计算机，将数字灰度图像转换为n幅二值化位面图像，并计算产生n幅二值能量调制模板图像，n为正整数；成像光学单元，连接所述计算机，对所述计算机分解得到的n幅二值化位面图像进行显示，且根据n幅二值能量调制模板图像同步地对光源能量进行调制分配。
优选地，所述成像光学单元包括：第一DMD模块、第二DMD模块及光源；所述第一DMD模块连接所述第二DMD模块，且二者均连接所述计算机；所述第一DMD模块用于将所述计算机分解得到的n幅二值化位面图像进行显示，所述第二DMD模块用于根据当前显示的二值化位面图像同步地对所述光源模块提供的光束的光照能量进行调节；在工作时，所述光源模块提供的光束经所述第二DMD模块光照能量调制后，被反射至所述第一DMD模块，且所述第二DMD模块根据每一所述二值能量调制模板图像进行光照能量调制时，同步地发送一个同步信号至所述第一DMD模块以实现灰度显示和光照能量同步调节。
优选地，所述成像光学单元还包括光束均匀模块，所述光束均匀模块用于引导并均匀化光束；所述光源模块提供的光束经所述第二DMD模块光照能量调制后，被反射至所述光束均匀化模块，且经过所述光束均匀化模块均匀化处理后，被引导至所述第一DMD模块。
优选地，每一DMD模块包括DMD控制板及连接所述DMD控制板的DMD，每一所述DMD控制板连接所述计算机；所述第一DMD模块的DMD控制板连接所述第二DMD模块的DMD控制板，且二者均连接所述计算机；所述第一DMD模块的DMD用于将所述计算机分解得到的n幅二值化位面图像进行显示；所述第二DMD模块的DMD用于根据当前的二值能量调制模板图像光束的光照能量进行调节。
优选地，所述成像光学单元对所述计算机分解得到的n幅二值化位面图像进行等时间间隔地显示。
一种根据上述任一所述的一种实现DMD超高帧率灰度显示系统的显示方法包括如下步骤：
1、将数字灰度图像转换为n幅二值化位面图像，并计算产生n幅二值能量调制模板图像，n为正整数；
2、对分解得到的n幅二值化位面图像进行显示，且根据n幅二值能量调制模板图像同步地对光源能量进行调制分配。
优选地，在步骤2中，每显示一幅所述二值化位面图像，则根据当前的二值能量调制模板图像同步地对显示所需的DMD的光源能量进行调制以实现灰度显示和光照能量同步调节。
优选地，在步骤2中，对分解得到的n幅二值化位面图像进行等时间间隔地显示。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
所述实现DMD超高帧率灰度显示系统和显示方法中，通过实时调制照明光能量和DMD显示方式，将光源的变化与灰度图像的每个位面实现一一对应，如此通过对光源进行2N的PWM能量调制换取了显示时间，实现超高帧率的灰度显示。
附图说明
图1为现有技术中5bit像素PWM显示方式的示意图；
图2为本发明实施例提供的实现DMD超高帧率灰度显示系统的结构示意图；
图3为图1所示实现DMD超高帧率灰度显示系统中灰度图像位面转换示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非上下文另有特定清楚的描述，本发明中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本发明并不对此进行限定。本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。
如图2所示，一种实现DMD超高帧率灰度显示系统，包括：计算机10和连接所述计算机10的成像光学单元20。所述计算机10用于将数字灰度图像进行位面转换为n幅二值化位面图像，且还计算生成n幅二值能量调制模板图像，n为正整数；所述成像光学单元20用于对所述计算机10分解得到的n幅二值化位面图像进行显示，且根据当前的二值能量调制模板图像同步地对光源23能量进行调制分配。优选地，所述成像光学单元20对所述计算机10分解得到的n幅二值化位面图像进行等时间间隔地显示。
如图3所示，所述计算机10用于对灰度图像进行位面转换，并将数字灰度图像进行位面转换为n幅二值化位面图像，n为正整数。在本实施例中，所述二值化位面图像和二值能量调制模板图像均通过USB下载至所述成像光学单元20内。
所述成像光学单元20包括：第一DMD模块21、第二DMD模块22及光源23。而且，所述第一DMD模块21连接所述第二DMD模块22，且二者均连接所述计算机10。所述第一DMD模块21用于将所述计算机10分解得到的n幅二值化位面图像进行显示，所述第二DMD模块22用于根据当前的二值能量调制模板图像同步地对所述光源23模块提供的光束的光照能量进行调节；
在工作时，所述光源23模块提供的光束经所述第一DMD模块21光照能量调制后，被反射至所述第二DMD模块22，且所述第一DMD模块21对每一所述二值化位面图像进行显示时，同步地发送一个同步信号至所述第二DMD模块22以实现灰度显示和光照能量同步调节。
在所述成像光学单元20内，每一DMD模块包括DMD控制板及连接所述DMD控制板的DMD，每一所述DMD控制板连接所述计算机10。
对所述第一DMD模块21而言，所述第一DMD控制板211连接所述计算机10，且所述第一DMD212用于将所述计算机10分解得到的n幅二值化位面图像进行等时间间隔地显示。
具体地，所述第一DMD控制板211下载并存储所述计算机10分解的n幅二值化位面图像，且所述第一DMD控制板211控制所述第一DMD212对所述n幅二值化位面图像进行等时间间隔的显示。
对所述第二DMD模块22而言，所述第二DMD控制板221连接所述计算机10，所述第二DMD222用于根据当前显示的二值化位面图像光束的光照能量进行调节。
具体地，所述第二DMD控制板221下载并存储所述计算机10产生的n幅二值化位面图像，且所述第二DMD控制板221控制所述第二DMD222根据当前的二值能量调制模板图像对光束的光照能量进行调节，以实现对光源23能量的分配。
而且，在所述第一DMD模块21和所述第二DMD模块22之间，所述第一DMD控制板211连接第二DMD控制板221，从而在所述第一DMD模块21和所述第二DMD模块22之间传送同步信号。
具体地，所述第二DMD控制板221取出某一张二值能量调制模板图像，并根据所述二值能量调制模板图像控制对应微镜的开闭从而把光源23的反射至所述第一DMD212，同时所述第二DMD控制板221会发送同步信号至所述第一DMD控制板211，使得所述第一DMD控制板211根据所述同步信号取出相同的所述二值化位面图像进行显示。
可选择地，所述成像光学单元20还包括设于所述第一DMD212和所述第二DMD222之间的光束均匀化模块24，所述光束均匀模块用于引导并均匀化光束，且所述光源23模块提供的光束经所述第二DMD模块22的第二DMD222光照能量调制后，被反射至所述光束均匀化模块24，且经过所述光束均匀化模块24均匀化处理后，被引导至所述第一DMD模块21的第一DMD212。可选择地，所述光束均匀化模块24可以为透镜。
接下来以具体实施例对本发明的进行说明。
例如，所述计算机10产生8幅二值能量调制模板图像；其中，所述二值能量调制模板图像中的白色像素对应微镜的开启，黑色像素对应微镜的关闭。如此，能量调制模板图片白色的像素个数为：1024×768/(2N-1)，其中N代表为第N张二值图片。
在工作时，第二DMD222对8张二值能量调制模板图像进行循环显示，光源23照射在第二DMD222上进行反射，且反射光经过均匀化处理后照射至第一DMD212；应当理解，根据8张二值能量调制模板图像开的微镜数量不同，反射出来的光能量也不同，并且成2N的关系；
而且，在对8张二值能量调制模板图像进行循环显示的过程中，第二DMD控制板221取出第一张全开的二值能量调制模板图像进行显示，把光源的光全部反射给第一DMD212，同时送出一个同步信号给第一DMD控制板211，第一DMD控制板211接收到同步信号后取出第一个位面(最高位面，权重最高位面)的二值化位面图像进行显示；
经过时间间隔T后，第二DMD控制板221切换到第二张一半开的二值能量调制模板图像进行显示，把一半光源的光反射给第一DMD212，同时送出一个同步信号给第一DMD控制板211，第一DMD控制板211接收到同步信号后取出第二个位面(次高位面，权重次高位面)的二值化位面图像进行显示，如此重复8次，直至完成8个位面的二值化位面图像进行显示。
也就是说，第二DMD222的8张能量调制模板图片进行等时间间隔T切换，每切换一张二值能量调制模板图像，发送一个同步信号给第一DMD控制板211，第一DMD212就相应的切换一个二值化位面图像进行显示，光源23的变化与灰度图像的每个二值化位面图像实现一一对应；这样通过对光源23进行2N的PWM能量调制换取了显示时间，实现超高帧率的灰度显示；
如此重复上述8次操作，直至完成8幅二值能量调制模板图像，因此整个过程总共经过8个二值化位面图像，实现了256灰度的显示。整帧显示时间为8T，调整T的时间即可调整帧率大小，T最小不可以小于50微秒。以T＝50微秒算，一帧时间是50×8＝400微秒，256灰度帧率达到2500Hz。如表1所示，一帧256灰度显示过程时间和光能量的分配。
表1灰度显示时间能量分配表(位面代表二值化位面图像)
如果要实现其它灰度等级的图像显示，相应进行调制模板和灰度显示位面的增减即可实现。以T＝50微秒计算，各个灰度等级可以实现的帧率如表2。
表2各灰度等级帧率
一种根据图1所示的实现DMD超高帧率灰度显示系统的显示方法包括如下步骤：
一、将数字灰度图像转换为n幅二值化位面图像，并计算产生n幅二值能量调制模板图像，n为正整数；
二、对分解得到的n幅二值化位面图像进行显示，且根据n幅二值能量调制模板图像同步地对光源23能量进行调制分配。
需要说明的是，在步骤二中，每显示一幅所述二值化位面图像，则根据当前的二值能量调制模板图像同步地对显示所需的DMD的光源23能量进行调制以实现灰度显示和光照能量同步调节；而且，对分解得到的n幅二值化位面图像进行等时间间隔地显示。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种实现DMD超高帧率灰度显示系统，其特征在于：包括：
计算机，将数字灰度图像转换为n幅二值化位面图像，并计算产生n幅二值能量调制模板图像，n为正整数；
成像光学单元，连接所述计算机，对所述计算机分解得到的n幅二值化位面图像进行显示，且根据n幅二值能量调制模板图像对光源能量进行调制分配。
2.根据权利要求1所述的一种实现DMD超高帧率灰度显示系统，其特征在于，所述成像光学单元包括：第一DMD模块、第二DMD模块及光源；
所述第一DMD模块连接所述第二DMD模块，且二者均连接所述计算机；
所述第一DMD模块用于将所述计算机分解得到的n幅二值化位面图像进行显示，所述第二DMD模块用于根据当前显示的二值化位面图像同步地对所述光源模块提供的光束的光照能量进行调节；
在工作时，所述光源模块提供的光束经所述第二DMD模块光照能量调制后，被反射至所述第一DMD模块，且所述第二DMD模块根据每一所述二值能量调制模板图像进行光照能量调制时，同步地发送一个同步信号至所述第一DMD模块以实现灰度显示和光照能量同步调节。
3.根据权利要求2所述的一种实现DMD超高帧率灰度显示系统，其特征在于，所述成像光学单元还包括光束均匀模块，所述光束均匀模块用于引导并均匀化光束；
所述光源模块提供的光束经所述第二DMD模块光照能量调制后，被反射至所述光束均匀化模块，且经过所述光束均匀化模块均匀化处理后，被引导至所述第一DMD模块。
4.根据权利要求2所述的一种实现DMD超高帧率灰度显示系统，其特征在于，每一DMD模块包括DMD控制板及连接所述DMD控制板的DMD，每一所述DMD控制板连接所述计算机；
所述第一DMD模块的DMD控制板连接所述第二DMD模块的DMD控制板，且二者均连接所述计算机；
所述第一DMD模块的DMD用于将所述计算机分解得到的n幅二值化位面图像进行显示；
所述第二DMD模块的DMD用于根据当前的二值能量调制模板图像光束的光照能量进行调节。
5.根据权利要求1所述的一种实现DMD超高帧率灰度显示系统，其特征在于，所述成像光学单元对所述计算机分解得到的n幅二值化位面图像进行等时间间隔地显示。
6.一种根据权利要求1-5任一所述的一种实现DMD超高帧率灰度显示系统的显示方法，其特征在于，包括如下步骤：
1、将将数字灰度图像转换为n幅二值化位面图像，并计算产生n幅二值能量调制模板图像，n为正整数；
2、对分解得到的n幅二值化位面图像进行显示，且根据n幅二值能量调制模板图像同步地对光源能量进行调制分配。
7.根据权利要求6所述的一种显示方法，其特征在于，在步骤2中，每显示一幅所述二值化位面图像，则根据当前的二值能量调制模板图像同步地对显示所需的DMD的光源能量进行调制以实现灰度显示和光照能量同步调节。
8.根据权利要求6所述的一种显示方法，其特征在于，在步骤2中，对分解得到的n幅二值化位面图像进行等时间间隔地显示。
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