CN110636226A - 红外动态场景驱动控制系统及方法 - Google Patents

红外动态场景驱动控制系统及方法 Download PDF

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张小威
杨扬
田义
沈涛
王帅豪
胡启鹏
柴娟芳
张励
史松伟
孙刚
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Abstract

本发明提供了一种红外动态场景驱动控制系统及方法，包括：光亮度调制器、位图调制器、驱动控制计算机、场景模拟计算机和准直镜头；宽带光源发出的光依次经过所述光亮度调制器、所述位图调制器和所述准直镜头；所述驱动控制计算机分别与所述光亮度调制器和所述位图调制器电连接，同步控制所述光亮度调制器和所述位图调制器；所述场景模拟计算机与所述驱动控制计算机电连接，生成红外动态场景数字图像。本发明可进一步提高以数字微镜阵列作为核心器件的红外场景模拟器的高动态图像显示帧频，在不损失图像分辨率、灰度等级、对比度的前提下，实现8位灰度等级场景图像的超高帧频动态显示。

Description

红外动态场景驱动控制系统及方法
技术领域
本发明涉及计算机建模控制领域，具体地，涉及一种红外动态场景驱动控制系统及方法。
背景技术
随着高帧频制导探测器的迅速发展，为了仿真验证与评估制导探测系统的综合性能，超高帧频场景模拟器的研制需求日益迫切。数字微镜阵列具有较高帧频、高分辨率、空间一致性好等优点，常被用于构建可见光与红外波段场景模拟器。以数字微镜阵作为核心器件的红外场景模拟器通常采用脉冲宽度调制方式实现红外动态场景图像显示，因此，该型模拟器的图像显示过程必须与光电探测器的积分响应时间同步，使数字微镜阵列能在探测器的一次光电积分时间内完成场景图像的调制显示过程，即其图像调制时间周期必须小于探测器光电积分响应时间周期。然而，某些成像制导探测器在弹道末端的光电积分时间往往在0.1-1ms之间，即要求该型场景模拟器具备不小于1KHz的超高帧频动态图像显示的能力。
专利CN104867184B公开了一种应用于飞行场景仿真的场景生成模块及生成方法，涉及一种场景生成技术。是为了满足飞行场景仿真对高帧频、高分辨率的场景生成的需求，以及实现基于USB 3.0超高速接口的图像传输。它包括用于通过调用USB 3.0驱动程序实现基于USB 3.0接口的场景图像高速传输的USB传输步骤；用于通过调用图形API生成动态场景图像，图像的分辨率、颜色灰度以及目标移动速度通过人机界面设置的场景生成步骤；用于通过调用图形API显示场景生成单元生成的图像以及经USB传输单元接收到的场景图像的场景显示步骤。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种红外动态场景驱动控制系统及方法。
根据本发明提供的一种红外动态场景驱动控制系统，包括：光亮度调制器、位图调制器、驱动控制计算机、场景模拟计算机和准直镜头；
宽带光源发出的光依次经过所述光亮度调制器、所述位图调制器和所述准直镜头；
所述驱动控制计算机分别与所述光亮度调制器和所述位图调制器电连接，同步控制所述光亮度调制器和所述位图调制器；
所述场景模拟计算机与所述驱动控制计算机电连接，生成红外动态场景数字图像。
优选地，所述光亮度调制器包括：第一匀光器和第一数字微镜阵列，所述宽带光源发出的光经过所述匀光器后传输至所述第一数字微镜阵列，所述第一数字微镜阵列出射的光输入所述位图调制器。
优选地，所述位图调制器包括：第二匀光器和第二数字微镜阵列，所述光亮度调制器出射的光经过所述第二匀光器后传输至所述第二数字微镜阵列，所述第二数字微镜阵列出射的光输入所述准直镜头。
优选地，所述同步控制包括：
调控第一数字微镜阵列的位图，使第一数字微镜阵列实现第二数字微镜阵列的入射光的亮度调制；
将N位灰度等级的场景图像按照位权拆分为N幅二进制位图，然后依次作为驱动第二数字微镜阵列的位图数据，从而实现场景图像的N幅位图调制。
优选地，在统一时钟下同步控制位图显示时序。
优选地，通过调控驱动第一数字微镜阵列的位图所对应开态微镜的数目，实现第二数字微镜阵列上入射光的辐射亮度的调控，第一数字微镜阵列中的位图图像与第二数字微镜阵列的位图等级同步对应；在一个图像调制周期内两个数字微镜阵列同时进行N幅位图调制，每幅位图的调制时间为Ti(i＝1,2,…,N)，驱动第一数字微镜阵列的位图Pi 1与其对应的驱动第一数字微镜阵列的位图Pi 2的调制时间相同。
根据本发明提供的一种红外动态场景驱动控制方法，包括：
光亮度调制步骤：对宽带光源发出的光进行光亮度调制；
位图调制步骤：对经过光亮度调制的光进行位图调制；
其中，所述光亮度调制步骤与所述位图调制步骤同步控制。
优选地，所述同步控制包括：
调控第一数字微镜阵列的位图，使第一数字微镜阵列实现第二数字微镜阵列的入射光的亮度调制；
将N位灰度等级的场景图像按照位权拆分为N幅二进制位图，然后依次作为驱动第二数字微镜阵列的位图数据，从而实现场景图像的N幅位图调制。
优选地，在统一时钟下同步控制位图显示时序。
优选地，通过调控驱动第一数字微镜阵列的位图所对应开态微镜的数目，实现第二数字微镜阵列上入射光的辐射亮度的调控，第一数字微镜阵列中的位图图像与第二数字微镜阵列的位图等级同步对应；在一个图像调制周期内两个数字微镜阵列同时进行N幅位图调制，每幅位图的调制时间为Ti(i＝1,2,…,N)，驱动第一数字微镜阵列的位图Pi 1与其对应的驱动第一数字微镜阵列的位图Pi 2的调制时间相同。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明可进一步提高以数字微镜阵列作为核心器件的红外场景模拟器的高动态图像显示帧频，在不损失图像分辨率、灰度等级、对比度的前提下，实现8位灰度等级场景图像的超高帧频动态显示。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的驱动控制原理图；
图2为本发明两个数字微镜阵列同步调制的驱动控制时序图；
图3为驱动第一数字微镜阵列的P1 1～P4 1位图示例图；
图4为4位灰度图像3×3区域拆分为4幅位图示例图；
图5为驱动两个数字微镜阵列的相邻位图调制过程的控制时序图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供的一种红外动态场景驱动控制系统，包括：光亮度调制器、位图调制器、驱动控制计算机、场景模拟计算机和准直镜头；宽带光源发出的光依次经过所述光亮度调制器、所述位图调制器和所述准直镜头；所述驱动控制计算机分别与所述光亮度调制器和所述位图调制器电连接，同步控制所述光亮度调制器和所述位图调制器；所述场景模拟计算机与所述驱动控制计算机电连接，生成红外动态场景数字图像。
本发明采用两组数字微镜阵列串行级联的设计方案，使其分别同步进行位图调制，通过每幅位图的调制时间相等并取较小值的方式来提高图像显示帧频。两组数字微镜阵列以串行方式连接，稳定光源通过第一匀光器后均匀照射在第一数字微镜阵列上，使第一数字微镜阵列的每块微镜可反射的光辐射强度相同；调控驱动第一数字微镜阵列的位图数据，使第一数字微镜阵列实现第二数字微镜阵列的入射光的亮度调制；第一数字微镜阵列的出射光通过第二匀光器均匀照射在第二数字微镜阵列上，使同一时刻第二数字微镜阵列的每一块微镜的入射光强相同，将N位灰度等级场景图像按照位权拆分为N幅二进制位图，然后依次作为驱动第二数字微镜阵列的位图数据，从而实现场景图像的N幅位图调制。
两组数字微镜阵列同步调制的驱动控制时序如图2所示，两组数字微镜阵列在统一时钟下同步控制位图显示时序；通过调控驱动第一数字微镜阵列的位图所对应开态微镜的数目，实现第二数字微镜阵列上入射光的辐射亮度的调控，第一数字微镜阵列中的位图图像与第二数字微镜阵列的位图等级同步对应；在一个图像调制周期内两组数字微镜阵列需同时进行N幅位图调制，每幅位图的调制时间为Ti(i＝1,2,…,N)，驱动第一数字微镜阵列的位图Pi 1与其对应的驱动第二数字微镜阵列的位图Pi 2的调制时间相同。第一数字微镜阵列实现第二数字微镜阵列的入射光亮度调制，第一数字微镜阵列中的位图图像与第二数字微镜阵列的位图等级同步对应，且驱动两组数字微镜阵列的所有位图的调制时间相等，并取较小值；第二数字微镜阵列实现N位灰度图像的N幅位图调制，使驱动两组数字微镜阵列的所有位图的调制时间相等并取较小值，从而提高场景图像的显示帧频。
调控驱动第一数字微镜阵列的位图数据Pi 1，使其对应开态镜面的个数为Bi，对应第二数字微镜阵列上入射光的辐射亮度为Li，P1 1～P4 1位图示例如图3所示，采用0/1控制不同区域微镜片的关/开，使各位图开态镜面的个数满足约束：Bi＝2Bi-1(i＝2,…,N)，使驱动第二数字微镜阵列的第i幅位图对应的入射光亮度Li满足约束：Li＝2Li-1(i＝2,…,N)，其中i为对应的第一数字微镜阵列和第二数字微镜阵列的位图等级，从而实现第一数字微镜阵列的出射光的亮度调制。
4位灰度图像3×3区域拆分为4幅位图的示例如图4所示，首先，按照该方法将N位灰度等级图像按照位权拆分为N幅二进制位图，该二进制位图即为驱动第二数字微镜阵列的N幅位图数据，位图数据通过LVDS数据总线被加载至微镜阵列内部的CMOS存储器中；然后，进行“Reset”操作，从而完成微镜的翻转，镜面翻转至“开”态或“关”态后保持与该位图对应的显示时长。如图2所示，控制第i张位图Pi的显示时间为Ti，令Ti＝tb,i＝1,2,…,N，即驱动两组微镜阵列的每幅位图的调制时间相同，按照两组微镜阵列同步调制的驱动控制时序依次显示这N幅位图。由于完成“Reset”操作后微镜阵列内部的CMOS存储器才可以开始进行下一张位图数据的加载工作，该部分数据加载工作可与上一张位图对应微镜翻转后保持过程并行进行，设计所有位图显示时间大于或等于数据加载时间，则驱动两组微镜阵列的相邻位图调制过程的控制时序如图5所示。
根据本发明提供的一种红外动态场景驱动控制方法，包括：
光亮度调制步骤：对宽带光源发出的光进行光亮度调制；
位图调制步骤：对经过光亮度调制的光进行位图调制；
其中，所述光亮度调制步骤与所述位图调制步骤同步控制。
所述同步控制包括：
调控第一数字微镜阵列的位图，使第一数字微镜阵列实现第二数字微镜阵列的入射光的亮度调制；
将N位灰度等级的场景图像按照位权拆分为N幅二进制位图，然后依次作为驱动第二数字微镜阵列的位图数据，从而实现场景图像的N幅位图调制。
通过调控驱动第一数字微镜阵列的位图所对应开态微镜的数目，实现第二数字微镜阵列上入射光的辐射亮度的调控，第一数字微镜阵列中的位图图像与第二数字微镜阵列的位图等级同步对应；在一个图像调制周期内两个数字微镜阵列同时进行N幅位图调制，每幅位图的调制时间为Ti(i＝1,2,…,N)，驱动第一数字微镜阵列的位图Pi 1与其对应的驱动第一数字微镜阵列的位图Pi 2的调制时间相同。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种红外动态场景驱动控制系统，其特征在于，包括：光亮度调制器、位图调制器、驱动控制计算机、场景模拟计算机和准直镜头；
宽带光源发出的光依次经过所述光亮度调制器、所述位图调制器和所述准直镜头；
所述驱动控制计算机分别与所述光亮度调制器和所述位图调制器电连接，同步控制所述光亮度调制器和所述位图调制器；
所述场景模拟计算机与所述驱动控制计算机电连接，生成红外动态场景数字图像。
2.根据权利要求1所述的红外动态场景驱动控制系统，其特征在于，所述光亮度调制器包括：第一匀光器和第一数字微镜阵列，所述宽带光源发出的光经过所述匀光器后传输至所述第一数字微镜阵列，所述第一数字微镜阵列出射的光输入所述位图调制器。
3.根据权利要求2所述的红外动态场景驱动控制系统，其特征在于，所述位图调制器包括：第二匀光器和第二数字微镜阵列，所述光亮度调制器出射的光经过所述第二匀光器后传输至所述第二数字微镜阵列，所述第二数字微镜阵列出射的光输入所述准直镜头。
4.根据权利要求3所述的红外动态场景驱动控制系统，其特征在于，所述同步控制包括：
调控第一数字微镜阵列的位图，使第一数字微镜阵列实现第二数字微镜阵列的入射光的亮度调制；
将N位灰度等级的场景图像按照位权拆分为N幅二进制位图，然后依次作为驱动第二数字微镜阵列的位图数据，从而实现场景图像的N幅位图调制。
5.根据权利要求4所述的红外动态场景驱动控制系统，其特征在于，在统一时钟下同步控制位图显示时序。
6.根据权利要求4所述的红外动态场景驱动控制系统，其特征在于，通过调控驱动第一数字微镜阵列的位图所对应开态微镜的数目，实现第二数字微镜阵列上入射光的辐射亮度的调控，第一数字微镜阵列中的位图图像与第二数字微镜阵列的位图等级同步对应；在一个图像调制周期内两个数字微镜阵列同时进行N幅位图调制，每幅位图的调制时间为Ti(i＝1,2,…,N)，驱动第一数字微镜阵列的位图Pi 1与其对应的驱动第一数字微镜阵列的位图Pi 2的调制时间相同。
7.一种红外动态场景驱动控制方法，其特征在于，包括：
光亮度调制步骤：对宽带光源发出的光进行光亮度调制；
位图调制步骤：对经过光亮度调制的光进行位图调制；
其中，所述光亮度调制步骤与所述位图调制步骤同步控制。
8.根据权利要求7所述的红外动态场景驱动控制方法，其特征在于，所述同步控制包括：
调控第一数字微镜阵列的位图，使第一数字微镜阵列实现第二数字微镜阵列的入射光的亮度调制；
将N位灰度等级的场景图像按照位权拆分为N幅二进制位图，然后依次作为驱动第二数字微镜阵列的位图数据，从而实现场景图像的N幅位图调制。
9.根据权利要求7所述的红外动态场景驱动控制方法，其特征在于，在统一时钟下同步控制位图显示时序。
10.根据权利要求7所述的红外动态场景驱动控制方法，其特征在于，通过调控驱动第一数字微镜阵列的位图所对应开态微镜的数目，实现第二数字微镜阵列上入射光的辐射亮度的调控，第一数字微镜阵列中的位图图像与第二数字微镜阵列的位图等级同步对应；在一个图像调制周期内两个数字微镜阵列同时进行N幅位图调制，每幅位图的调制时间为Ti(i＝1,2,…,N)，驱动第一数字微镜阵列的位图Pi 1与其对应的驱动第一数字微镜阵列的位图Pi 2的调制时间相同。
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