CN110044480B - 闪烁光源控制电路、闪烁光源和线阵探测器同步控制电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种闪烁光源控制电路、闪烁光源和线阵探测器同步控制电路及方法。闪烁光源控制电路包括光源供电电路、光源充放电触发电路、光源外部参考电压产生电路。并将以FPGA芯片作为闪烁光源控制电路中的光源充放电触发电路，在结合AD转换电路，构建了闪烁光源和线阵探测器同步控制电路。该电路控制闪烁光源和线阵探测器同步的方法主要包括：1、配置线阵探测器的初始曝光时间和帧频；2、配置放电次数；3、配置放电光强；4、接收光信号，并进行数据转换：5、计算图像的像素均值和像素最大值；6、反馈粗调节、7、反馈精细调节。通过本发明不仅实现了闪烁光源的控制，同时也实现了闪烁光源和线阵探测器同步控制。

Description

闪烁光源控制电路、闪烁光源和线阵探测器同步控制电路及 方法

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，具体涉及一种闪烁光源控制电路、闪烁光源和线阵探测器同步控制电路及方法。

背景技术

光谱成像领域中光谱数据的采集往往涉及到主动光照和被动光照，而主动光照就需要能发出特定谱段的光源照射，并且光源的工作方式有连续光源和闪烁光源，闪烁光源在体积、功耗和寿命占据一定的优势；但闪烁光源发光控制与探测器数据采集的同步存在一定的困难。

现有专利申请号：201711464847.5介绍了一种基于水下探测的全海深高强度耐压光谱分析装置，装置中使用到闪烁光源和线阵探测器实现了光谱数据采集和水下探测的全海深高强度耐压光谱分析。

现有专利申请号：201310418678.7介绍了一种稀疏孔径压缩计算关联飞行时间四维光谱成像系统及方法，系统中用到脉冲光源发射单元和线阵光探测器。

上述两份专利所公开的方案都是在系统应用的角度提及到了闪烁光源和线阵探测器，但对于闪烁光源如何实现控制，同时闪烁光源与线阵探测器如何实现同步驱动，在上述专利文件中以及现有技术中均未见记载。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明目的是提供一种闪烁光源控制电路，能够使光源每次稳定输出；

同时还提供了一种闪烁光源与线阵探测器同步控制电路及方法，能够动态配置调整光源放电电压进而调整放电光强、动态调整充放电的时间与线阵探测器积分时间的关系、动态调整光源充放电与线阵探测器输出帧频的关系，从而实现闪烁光源与线阵探测器的同步控制。

本发明的技术解决方案是：

本发明提供了一种包括光源供电电路、光源充放电触发电路、光源外部参考电压产生电路；

所述光源供电电路与闪烁光源电连接，用于提供稳定大功率直流电；

所述光源充放电触发电路将充放电触发输入信号发送至闪烁光源，用于控制每次闪烁光源的充放电时间；

所述光源外部参考电压产生电路通过参考电压控制每次闪烁光源的放电光强。

一种优选方式是，上述光源充放电触发电路集成在FPGA芯片上，FPGA芯片产生精确的充放电触发脉冲信号提供给闪烁光源。

一种优选方式是，上述光源外部参考电压产生电路包括参考电压芯片以及与参考电压芯片连接的可编程输出电压DAC芯片；参考电压芯片根据输入电压提供参考电压至可编程输出电压DAC芯片，同时FPGA芯片向可编程输出电压DAC芯片提供配置时序信号，产生出可配置改变的参考电压。

基于上述闪烁光源控制电路，本发明还提供了一种闪烁光源和线阵探测器同步控制电路，包括上述闪烁光源控制电路以及AD转换电路；闪烁光源控制电路中的FPGA芯片分别向线阵探测器提供ICG、SH、M驱动信号、向AD转换电路提供CDSCLK2、ADCCLK驱动信号；线阵探测器与AD转换电路连接；AD转换电路与FPGA芯片连接。

基于上述闪烁光源和线阵探测器同步控制电路的结构描述，现对该电路进行闪烁光源和线阵探测器同步控制的方法进行介绍，其具体步骤如下：

1)启动线阵探测器和闪烁光源，配置线阵探测器的初始曝光时间和帧频：

FPGA芯片给线阵探测器提供ICG、SH、M驱动信号，配置线阵探测器的初始曝光时间和帧频；

2)动态配置闪烁光源的放电次数：

根据FPGA芯片发送给线阵探测器的ICG、SH信号的时序关系，由FPGA芯片提供向上述光源提供Trigger信号，控制闪烁光源的放电次数，闪烁光源的放电次数应当在线阵探测器积分时间内完成；

3)动态配置闪烁光源的放电光强：

FPGA芯片给光源外部参考电压产生电路提供SYNC_DAC、SCLK_DAC、DIN_DAC配置时序信号，光源外部参考电压产生电路产生参考电压控制单次放电光强；

4)接收光信号，并进行数据转换：

线阵探测器接收到闪烁光源的光信号，并将光信号转换为模拟电信号发送至AD转换电路，AD转换电路将模拟电信号转换成数字信号；

5)FPGA芯片通过接收到的数字信号计算当前帧图像的像素均值和像素最大值；

6)判断和反馈粗调节：

判断当前帧图像的像素均值是否为零；

如果为零，重新执行步骤2)增加一次闪烁光源放电次数后，执行步骤3)至步骤6)；

如果不为零，判断当前帧图像是否达到饱和值；所述饱和值为65536；

若未达到饱和值，认为完成粗调，开始执行步骤7)

如果饱和，则再判断放电次数是否大于1；

如果当前放电次数大于1，重新执行步骤2)减少一次闪烁光源放电次数后，执行步骤3)至步骤6)；

如果当前放电次数为1，认为完成粗调，开始执行步骤7)；

7)判断和反馈精细调节

判断当前帧图像的像素最大值是否大于饱和值的95％；

如果像素最大值大于饱和值的95％，通过动态配置闪烁光源参考电压，返回步骤3)减弱放电光强后执行步骤4)、步骤5)以及步骤7)；

如果像素最大值小于饱和值的85％，通过动态配置闪烁光源参考电压，返回步骤3)增强放电光强后执行步骤4)、步骤5)以及步骤7)；

如果像素最大值大于等于饱和值的85％且小于等于饱和值的95％；

则认为闪烁光源的放电次数、放电光强均满足要求，闪烁光源与线阵探测器达到同步。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的闪烁光源控制电路，将光源供电电路和参考电压产生电路分开，避免了电路之间的干扰，提高了闪烁光源每次发光的稳定性。

2、本发明中采用精确参考电压芯片和可编程DAC芯片，实现了给闪烁光源提供精确可配置的参考电压，使得经过配置后光源每次放电能够达到稳定输出。

3、本发明基于FPGA芯片、AD转换电路、光源外部参考电压产生电路，通过FPGA产生精确的光源触发信号和线阵探测器驱动信号，利用动态调整充放电的时间与线阵探测器积分时间的同步、动态调整光源充放电与线阵探测器输出帧频的同步，从而实现了闪烁光源与线阵探测器的同步控制。

附图说明

图1为闪烁光源和线阵探测器同步控制电路的原理图；

图2为本发明的闪烁光源控制器电路图；

图3为本发明的闪烁光源充放电与线阵探测器积分时间同步时序图；

图4为本发明的闪烁光源充放电与线阵探测器帧频同步时序图。

图5为本发明的闪烁光源与线阵探测器同步控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明根据一个闪烁光源和线阵探测器同步控制电路为例，并结合相关附图对本发明进行更进一步的介绍：

如图1所示为本发明的闪烁光源和线阵探测器同步控制电路的原理图,主要包括六部分：

(1)闪烁光源：通过精确的REF参考电压控制每次放电发光的强度；通过产生稳定的REF参考电压控制每次放电发光的稳定性；通过Trigger控制每次闪烁光源的充放电时间。

(2)光源外部参考电压产生电路：提供可动态配置且稳定的参考电压；

(3)FPGA芯片：起控制作用，给闪烁光源提供Trigger信号(即作为光源充放电触发电路使用)；给参考电压电路提供SYNC_DAC、SCLK_DAC、DIN_DAC配置时序信号、给线阵探测器提供ICG、SH、M驱动信号；给AD转换电路提供CDSCLK2、ADCCLK驱动信号，同时用于接收AD转换电路提供的数字信号。

(4)线阵探测器：根据FPGA芯片发送的ICG、SH、M驱动信号以及闪烁光源闪烁发光完成曝光积分，并将光信号转换为模拟电信号Signal；

(5)AD转换电路：根据线阵探测器驱动时序和光源Trigger信号，FPGA芯片产生向AD转换电路提供的CDSCLK2、ADCCLK驱动信号，将线阵探测器产生的模拟信号Signal，转换成数字信号DATA；

(6)供电电路：为闪烁光源供电。

如图2为闪烁光源控制电路图,主要为闪烁光源提供可变的、精确的、稳定的参考电压：

图中P1为闪烁光源供电接口与光源供电电路连接、P2为闪烁光源的Trigger接口与光源充放电触发电路连接、U2(参考电压芯片)根据输入电压VIN提供精确稳定的参考电压、U1(可编程输出电压DAC芯片)利用U2提供的参考电压，再利用FPGA芯片对U1的配置，产生出可配置改变的参考电压提供给闪烁光源。

如图3所示，闪烁光源充放电与线阵探测器积分时间同步时序图：

图中M代表线阵探测器的工作主时钟，ICG代表线阵探测器的积分清除门信号、SH代表线阵探测器的转移门信号，再ICG低电平有效时，SH的一个周期代表一个积分或曝光时间段。

在积分或曝光时间段内通过控制闪烁光源的充放电时间，来改变在积分时间段内的放电次数。

如图4所示闪烁光源充放电与线阵探测器帧频同步时序图：

在帧频设定后，由ICG信号控制帧频，光源的充放电集中在每一帧的帧间隔。

如图5所示闪烁光源与线阵探测器同步方法的流程图，该方法的具体步骤是：

步骤1)启动线阵探测器和闪烁光源，配置线阵探测器的初始曝光时间和帧频：

FPGA芯片给线阵探测器提供ICG、SH、M驱动信号，配置线阵探测器的初始曝光时间和帧频；

步骤2)动态配置闪烁光源的放电次数：

根据FPGA芯片发送给线阵探测器的ICG、SH信号的时序关系，由FPGA芯片提供向上述光源提供Trigger信号，控制闪烁光源的放电次数，闪烁光源的放电次数应当在线阵探测器积分时间内完成；

步骤3)动态配置闪烁光源的放电光强：

FPGA芯片给光源外部参考电压产生电路提供SYNC_DAC、SCLK_DAC、DIN_DAC配置时序信号，光源外部参考电压产生电路产生参考电压控制单次放电光强；

步骤4)FPGA芯片控制AD转换电路完成图像采集：

线阵探测器接收到闪烁光源的光信号，并将光信号转换为模拟电信号发送至AD转换电路，AD转换电路将模拟电信号转换成数字信号；

步骤5)FPGA芯片通过接收到的数字信号计算当前帧图像的像素均值和像素最大值；

步骤6)判断和反馈粗调节：

判断当前帧图像的像素均值是否为零；

如果为零，重新执行步骤2)增加一次闪烁光源放电次数后，执行步骤3)至步骤6)，重新计算出像素均值，进行粗调节；

如果不为零，判断当前帧图像是否达到饱和值；所述饱和值为65536；

若未达到饱和值，认为完成粗调，开始执行步骤7)

如果饱和，则再判断放电次数是否大于1；

如果当前放电次数大于1，重新执行步骤2)减少一次闪烁光源放电次数后，执行步骤3)至步骤6)，重新计算出像素均值，进行粗调节；

如果当前放电次数为1，认为完成粗调，开始执行步骤7)；

步骤7)判断和反馈精细调节

判断当前帧图像的像素最大值是否大于饱和值的95％；

如果像素最大值大于饱和值的95％，通过动态配置闪烁光源参考电压，返回步骤3)减弱放电光强后执行步骤4)、步骤5)以及步骤7)，重新计算出像素最大值，进行精细调节；

如果像素最大值小于饱和值的85％，通过动态配置闪烁光源参考电压，返回步骤3)增强放电光强后执行步骤4)、步骤5)以及步骤7)，重新计算出像素最大值，进行精细调节；

如果像素最大值大于等于饱和值的85％且小于等于饱和值的95％；

则认为闪烁光源的放电次数、放电光强均满足要求，闪烁光源与线阵探测器达到同步。

Claims (5)

1.一种闪烁光源控制电路，其特征在于：

包括光源供电电路、光源充放电触发电路、光源外部参考电压产生电路；

所述光源供电电路与闪烁光源电连接，用于提供稳定大功率直流电；

所述光源充放电触发电路将充放电触发输入信号发送至闪烁光源，用于控制每次闪烁光源的充放电时间；

所述光源外部参考电压产生电路通过参考电压控制每次闪烁光源的放电光强。

2.根据权利要求1所述的闪烁光源控制电路，其特征在于：

所述光源充放电触发电路集成在FPGA芯片上，FPGA芯片产生精确的充放电触发脉冲信号提供给闪烁光源。

3.根据权利要求2所述的闪烁光源控制电路，其特征在于：

光源外部参考电压产生电路包括参考电压芯片以及与参考电压芯片连接的可编程输出电压DAC芯片；参考电压芯片根据输入电压提供参考电压至可编程输出电压DAC芯片，同时FPGA芯片向可编程输出电压DAC芯片提供配置时序信号，产生出可配置改变的参考电压。

4.一种闪烁光源和线阵探测器同步控制电路，其特征在于：包括闪烁光源控制电路以及AD转换电路；闪烁光源控制电路采用如权利要求3所述的电路；闪烁光源控制电路中的FPGA芯片分别向线阵探测器提供ICG、SH、M驱动信号、向AD转换电路提供CDSCLK2、ADCCLK驱动信号；线阵探测器与AD转换电路连接；AD转换电路与FPGA芯片连接。

5.一种闪烁光源和线阵探测器同步控制方法，其特征在于：采用如权利要求4所述的闪烁光源和线阵探测器同步控制电路，

1)启动线阵探测器和闪烁光源，配置线阵探测器的初始曝光时间和帧频：

FPGA芯片给线阵探测器提供ICG、SH、M驱动信号，配置线阵探测器的初始曝光时间和帧频；

2)动态配置闪烁光源的放电次数：

根据FPGA芯片发送给线阵探测器的ICG、SH信号的时序关系，由FPGA芯片向闪烁光源提供Trigger信号，控制闪烁光源的放电次数，闪烁光源的放电次数应当在线阵探测器积分时间内完成；

3)动态配置闪烁光源的放电光强：

FPGA芯片给光源外部参考电压产生电路提供SYNC_DAC、SCLK_DAC、DIN_DAC配置时序信号，光源外部参考电压产生电路产生参考电压控制单次放电光强；

4)接收光信号，并进行数据转换：

线阵探测器接收到闪烁光源的光信号，并将光信号转换为模拟电信号发送至AD转换电路，AD转换电路将模拟电信号转换成数字信号；

5)FPGA芯片通过接收到的数字信号计算当前帧图像的像素均值和像素最大值；

6)判断和反馈粗调节：

判断当前帧图像的像素均值是否为零；

如果为零，重新执行步骤2)增加一次闪烁光源放电次数后，执行步骤3)至步骤6)；

如果不为零，判断当前帧图像是否达到饱和值；所述饱和值为65536；

若未达到饱和值，认为完成粗调，开始执行步骤7)

如果饱和，则再判断放电次数是否大于1；

如果当前放电次数大于1，重新执行步骤2)减少一次闪烁光源放电次数后，执行步骤3)至步骤6)；

如果当前放电次数为1，认为完成粗调，开始执行步骤7)；

7)判断和反馈精细调节

判断当前帧图像的像素最大值是否大于饱和值的95％；

如果像素最大值大于饱和值的95％，通过动态配置闪烁光源参考电压，返回步骤3)减弱放电光强后执行步骤4)、步骤5)以及步骤7)；

如果像素最大值小于饱和值的85％，通过动态配置闪烁光源参考电压，返回步骤3)增强放电光强后执行步骤4)、步骤5)以及步骤7)；

如果像素最大值大于等于饱和值的85％且小于等于饱和值的95％；

则认为闪烁光源的放电次数、放电光强均满足要求，闪烁光源与线阵探测器达到同步。

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