CN110706633B - 一种dmd高灰度级图像显示方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明为了解决现有技术中单DMD实现高灰度级的时间过长，而多DMD成本又过高、体积过大的缺陷，而提出一种DMD高灰度级图像显示方法及装置，本发明的方法包括：接收625灰度级的待显示图像，待显示图像中每个合并像素包括4个子帧的物理像素，每个子帧的物理像素包括4bit数据；计算出待显示图像中每个合并像素中每个物理像素的数值；对待显示图像的物理像素按帧按位分区存储；根据同步信号对待显示图像的物理像素的数值进行读取，并根据积分时间对DMD翻转停留时间进行控制，以完成待显示图像的灰度级输出。本发明还包括一种DMD高灰度级图像显示装置。本发明利用单个DMD就可以实现短时间、高灰度级，降低了系统的成本和复杂度。

Description

一种DMD高灰度级图像显示方法及装置

技术领域

本发明涉及红外成像传感器技术领域，具体涉及一种DMD高灰度级图像显示方法及装置。

背景技术

现有技术中的单个DMD实现灰度级都是采用PWM脉冲宽度调制法，其实现越高的灰度级就需要越长的时间，每个子场所需要的时间都呈指数倍增长，若实现512灰度级至少需要4ms才能实现；现有技术中的多DMD可以解决短时间内高灰度级的实现，但其成本较高，无论从DMD器件还是光学成像镜组来讲成本都较高，而且设备会有更大的体积。

发明内容

本发明的一个目的是解决现有技术中单DMD实现高灰度级的时间过长，而多DMD成本又过高、体积过大的缺陷。

根据本发明的第一方面，提供了一种DMD高灰度级图像显示方法，包括：接收625灰度级的待显示图像，所述待显示图像中每个合并像素包括4个子帧的物理像素，每个子帧的物理像素包括4bit数据；计算出所述待显示图像中每个合并像素中每个物理像素的数值；对待显示图像的物理像素按帧按位分区存储；根据同步信号对待显示图像的物理像素的数值进行读取，并根据积分时间对DMD翻转停留时间进行控制，以完成待显示图像的灰度级输出。

优选地，DMD在显示第N帧时的停留时间是第N-1帧的5倍，N＝2,3,4。

优选地，根据积分时间对DMD翻转停留时间进行控制，以完成待显示图像的灰度级输出的步骤包括：加载第1帧物理像素数据；停留T时间；翻转第1帧；加载第2帧物理像素数据；停留5T时间；翻转第2帧；加载第3帧物理像素数据；停留25T时间；翻转第3帧；加载第4帧物理像素数据；停留125T时间；翻转第4帧。

根据本发明的第二方面，提供一种DMD高灰度级图像显示装置，包括：采集模块，用于采集625灰度级的图像帧，所述图像帧中每个合并像素包括4个子帧的物理像素，每个子帧的物理像素包括4bit数据；数据处理模块，用于将所述图像帧中每个子帧的数据按位按帧存入存储器的不同分区中；读写控制模块，用于对存储器进行数据读写；同步信号处理模块，用于输出同步信号，以使读写控制模块读取数据，并将读取出的数据发送给DMD控制模块；积分时间设置模块，用于设定积分时间，所述积分时间用于表示DMD翻转后的停留时间；DMD控制模块，用于根据同步信号向DMD缓存写入数据，并控制DMD翻转动作；还用与根据积分时间对翻转后的停留时间进行控制。

优选地，所述DMD控制模块用于加载第1个子帧的数据，停留T时间后翻转第一子帧的DMD阵列；还用于加载第2个子帧的数据，停留5T时间后翻转第二子帧的DMD阵列；还用于加载第3个子帧的数据，停留25T时间后翻转第三子帧的DMD阵列；还用于加载第4个子帧的数据，停留125T时间后翻转第四子帧的DMD阵列。

优选地，所述数据处理模块用于将i个子帧的数据存入存储器的第i个分区中，且第i个子帧的中每个物理像素的4bit数据是按位存储的。

优选地，所述同步信号通过同步信号处理模块内部产生。

优选地，所述同步信号通过同步信号处理模块接收到的外部信号产生。

优选地，所述采集模块用于采集视频中的图像帧；所述存储器用于存储至少1个图像帧；所述同步信号用于指示待显示的图像帧。

优选地，所述同步信号为TTL信号、PAL信号或LVDS信号。

本发明的有益效果是：利用单个DMD就可以实现短时间、高灰度级，降低了系统的成本和复杂度，提高系统可靠性，维护、排故和升级得到了简化。可实现900us的625灰度级。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为实施方式一中DMD高灰度级图像显示方法的流程图；

图2为实施方式一中625级灰度的一个实施例的原理示意图；

图3为实施方式一中4个子帧依次进行加载、翻转的流程图；

图4为实施方式二中DMD高灰度级图像显示装置的方框原理图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明提供两种实施方式，分别是DMD高灰度级图像显示方法和装置，其中方法涉及的内容包括对于生成的625级灰度图像，如何在不额外增加DMD硬件和积分时间的情况下进行显示。而装置为方法提供了一种具体的硬件实现。

<实施方式一>

本实施方式提供一种DMD高灰度级图像显示方法，如图1所示，包括：

步骤S1：接收625灰度级的待显示图像，待显示图像中每个合并像素包括4个子帧的物理像素，每个子帧的物理像素包括4bit数据。

步骤S2：计算出待显示图像中每个合并像素中每个物理像素的数值。

步骤S3：对待显示图像的物理像素按帧按位分区存储。

步骤S4：根据同步信号对待显示图像的物理像素的数值进行读取，并根据积分时间对DMD翻转停留时间进行控制，以完成待显示图像的灰度级输出。

本实施方式的主要目的在于将高灰度级的图片进行输出显示。

对于步骤S1，接收到的图像是已经具有625级灰度的，图2示出了一种625级灰度的实施例，每一行的四个方块表示每个合并像素的4个子帧，每个子帧又由2×2的物理像素构成，每一子帧下方的T、5T、25T、125T表示的是显示该子帧时DMD的停留时间，即下一帧是上一帧停留时间的5倍。从图2中可以看出，灰度0～4分别对应第一子帧中数值为1的比特位的个数，灰度5则是第二子帧的一个比特位为1，第一子帧的所有比特位全置0。虽然灰度1和灰度5都是总共有1位比特为1，但是由于DMD停留的时间不同(第二子帧停留时间为5T，第一子帧为T)，使得二者的灰度值不同。按照图2示出灰度表示方法可以看出一共有5⁴即625级灰度。

步骤S1表示灰度的方式与传统方式是不同的，传统方式一个像素有8bit，需要8个子帧才能实现，这会导致积分时间过长。本实施方式所称的“合并像素”是用于显示灰度的基本像素单位，共包含2×2的4个物理像素，是有别于8bit像素灰度显示的。本实施方式的灰度表示形式只需要4个子帧就能实现，缩短了积分时间，并且没有额外增加DMD硬件，不会增加成本，相应的代价是使得分辨率有一定程度的降低，这是由于减少了像素总数导致的。例如使用传统方式表示的图像分辨率为1024×768，使用本实施方式的灰度表示形式由于每个独立像素包含的物理像素更多了，而硬件设备没变，这就使得图像分辨率变为了512×384。不过这一分辨率已经能够满足多种设备的分辨率要求。

对于步骤S2，对获取到的图片需要确定每一个比特位的0/1数值，进而确定每个物理像素的数值情况。为后续的不同子帧分区存储做预备。

对于步骤S3，对图像中的物理像素按帧按位分区存储。“按帧”存储指将四个子帧存在不同的区域，“按位”存储指每一个子帧的4个bit也按一定的顺序存储。这样设置的目的是为了便于后续步骤中取出某一子帧进行单独显示。“按帧按位”存储可以是将不同帧不同位的数据存在不同的磁盘分区；也可以是存在磁盘的同一分区，但通过存取逻辑将不同帧不同位的数据加以区分，比如通过散列表中不同的函数区分不同帧的不同位。只要存储方式能够使读取时能够按帧、按位单独读取即可。

对于步骤S4，同步信号作为一个触发信号，用于控制图像数据的读取和显示。显示的过程主要为：从低位到高位，逐个加载子帧的数据，停留预定的时长，然后翻转，在加载下一个子帧的数据，如此重复直至所有4个子帧的数据均完成加载、停留和翻转。这一过程如图3所示。对于图2的实施例，“从低位到高位”指的就是从第一子帧到第四子帧。

对于步骤S4中提到的停留时长，可以使DMD在显示第N帧时的停留时间是第N-1帧的5倍，N＝2,3,4。以图2下方的标注为例，即第1子帧停留时长为T，第2子帧停留时长为5T，第3子帧停留时长为25T，第4子帧停留时长为125T。这样设置是为了能够正确显示全部的625灰度等级。通过控制不同子帧的停留时长能够影响DMD曝光时间，进而影响到灰度等级。

图3示出了一种DMD加载、停留、翻转的实施例流程图。从图3中可以看出，加载第一个子帧数据前需要等待同步信号，同步信号到来时开始加载第1个子帧，停留时长T后进行翻转；然后加载第2个子帧，停留5T后进行翻转；再加载第3个子帧，停留25T后进行翻转，最后加载第4个子帧，停留125T后翻转。至此完成1帧图像的显示。

由此可见，本实施方式不需要增加额外的硬件，通过子帧的翻转明显缩短了积分时间，提高了图像显示的灰度级数；相比于多套DMD的方案缩减了系统体积，提高了系统的可靠性，同时降低了硬件成本，使得维护和故障排除、升级更加容易。

<例子1>

本例给出一个完整的处理流程。

第一步，由场景生成系统生成一组灰度级为625，且分辨率为512×384的图像数据，此图像中每个像素为8bit，图像数据经过上位机图像处理算法进行处理，按照图2中示出的原理，图像处理算法计算出每个合并像素中四个像素的具体值，重新组成1024×768的新图像数据，新图像数据中每个像素为4bit。

第二步，将新图像数据中的四个子帧按帧、按位进行分别存储。

第三步，等待同步信号，当同步信号到来后，对存储的四个子帧的数据进行读取，并发送给DMD控制模块，控制DMD的翻转动作，按照如图3所示的方式依次对第一子帧至第四子帧进行加载、停留、翻转，形成灰度图像。

<实施方式二>

本实施方式提供一种DMD高灰度级图像显示装置，如图4所示，包括采集模块、数据处理模块、读写控制模块、同步信号处理模块、积分时间设置模块以及DMD控制模块。上述模块对应于FPGA芯片的内部电路和硬件等结构。下面介绍各模块的主要功能：

采集模块，用于采集625灰度级的图像帧，图像帧中每个合并像素包括4个子帧的物理像素，每个子帧的物理像素包括4bit数据。图像帧是经过上位机的图像处理算法进行过处理的。具体换算过程是，将待显示的灰度数通过图2的方式换算出表示形式，例如，某一像素待显示的灰度数为2，则将图2中相应的四个子帧的表示形式作为上位机生成的新的像素数据发送给采集模块。采集模块的硬件可以选择视频采集电路。视频采集接口与上位机的接口可以选择DP接口，高频数字视频信号能够保证图像无损传输。

数据处理模块，用于将图像帧中每个子帧的数据按位按帧存入存储器的不同分区中。数据处理模块主要将图像帧进行分析处理，以便能够按帧、按位进行存储。也可以将不同图像帧的数据进行分别处理。

读写控制模块，用于对存储器进行数据读写。即可以将经过数据处理模块整理后的数据存储在适当的位置。例如同一图像帧中同一子帧的数据存储在同一分区。读写控制模块能够进行不丢帧分区存储，每帧图像都有其特定的形式和存储空间，在一个具体实施例中，能够存储16帧图像，超出后新的图像将覆盖原有的图像。当读取时，根据同步信号来读取图像帧，可以根据同步信号确定具体读取哪一图像帧，当判断完成后对特定地址空间的图像进行读取，读取出的图像发送给DMD控制模块进行输出。在一个实施例中，数据处理模块用于通过读写控制模块将i个子帧的数据存入存储器的第i个分区中，且第i个子帧的中每个物理像素的4bit数据是按位存储的，i＝1,2,3,4。

同步信号处理模块，用于输出同步信号，以使读写控制模块读取数据，并将读取出的数据发送给DMD控制模块。同步信号处理模块可以接收被测设备不同类型的同步信号，例如TTL信号、PAL信号以及LVDS信号等。在同步信号接收完成后还具有相位调整功能，对同步信号进行延时输出，以对应被测设备的积分时间；同时在同步信号到来的时刻对已经存储的图像进行读取操作，信号进入读写控制模块来对如何读取图像、读取哪一帧图像进行判断。在一个实施例中，具体是读取最新并且最完整的那一帧图像。同步信号处理模块自身可以产生同步信号，也可以从外部接收同步信号。在一个实施例中，存储器用于存储至少1个图像帧；同步信号用于指示待显示的图像帧。

积分时间设置模块，用于设定积分时间，所述积分时间用于表示将实现灰度的所有子场翻转完成时所耗费的时间。积分时间设置模块与同步信号处理模块和DMD控制模块配合实现对积分时间的控制。

DMD控制模块，用于根据同步信号向DMD缓存写入数据，并控制DMD翻转动作；还用与根据积分时间对翻转后的停留时间进行控制。DMD控制模块与DMD的所有动作直接相关，包括对所在显示的数据的载入、翻转动作控制等，接收到内存读写控制模块传递过来的数据将数据载入缓存，在同步信号处理模块的控制下进行翻转动作。

<例子2>

在本例中将根据图4具体说明完成一帧625级灰度图像显示的信号传输过程。

首先图像来自于场景生成系统，待显示的图像为625级灰度且分辨率为512×384的图像，图像经过上位机图像处理算法的处理，按照图2中示出的原理，图像处理算法计算出每个合并像素中四个像素的具体值，重新组成1024×768的新图像数据，新图像数据中每个像素为4bit。

上位机将处理后的信号通过DP接口传输到FPGA内部的视频采集电路中，视频采集电路将数据发送给数据处理模块，数据处理模块对数据进行按帧按位的分别处理，将相同帧相同位的数据进行整合。整理后的数据通过内存读写控制模块，在存储器中进行按帧按位分区存储。

同步信号处理模块产生一个同步信号，并发送给内存读写控制模块、DMD控制模块和积分时间设置模块。内存读写控制模块接收到同步信号后，从存储器中读取数据再发送给DMD控制模块。积分时间设置模块接收到同步信号后根据信号内容设置每个子帧的停留时间，例如将第一子帧停留时间设置为5μs，第二子帧停留时间设置为25μs，以此类推，然后发送给DMD控制模块。DMD控制模块接收到同步信号后，根据信号和积分时间控制DMD的翻转动作，以完成对一帧图像的灰度级输出。需要对DMD缓存写入4次翻转4次，形成灰度图像。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种DMD高灰度级图像显示方法，其特征在于，包括：

接收625灰度级的待显示图像，所述待显示图像中每个合并像素包括4个子帧的物理像素，每个子帧的物理像素包括4bit数据；每个子帧由2×2的物理像素构成，4个子帧排列成一行构成一个合并像素；DMD在显示第N子帧时的停留时间是第N-1子帧的5倍，N＝2,3,4；根据子帧中每个bit位0/1值的不同以及子帧停留时间的不同，共能够实现5⁴＝625个灰度级；

计算出所述待显示图像中每个合并像素中每个物理像素的数值；过程为：对于获取到的图片确定每一个比特位的0/1数值，进而确定每个物理像素的数值情况；

对待显示图像的物理像素按帧按位分区存储；

根据同步信号对待显示图像的物理像素的数值进行读取，并根据积分时间对DMD翻转停留时间进行控制，以完成待显示图像的灰度级输出，过程为：

加载第1子帧物理像素数据；停留T时间；翻转第1子帧；

加载第2子帧物理像素数据；停留5T时间；翻转第2子帧；

加载第3子帧物理像素数据；停留25T时间；翻转第3子帧；

加载第4子帧物理像素数据；停留125T时间；翻转第4子帧。

2.一种DMD高灰度级图像显示装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集625灰度级的图像帧，所述图像帧中每个合并像素包括4个子帧的物理像素，每个子帧的物理像素包括4bit数据；每个子帧由2×2的物理像素构成，4个子帧排列成一行构成一个合并像素；DMD在显示第N子帧时的停留时间是第N-1子帧的5倍，N＝2,3,4；根据子帧中每个bit位0/1值的不同以及子帧停留时间的不同，共能够实现5⁴＝625个灰度级；所述图像帧经过上位机图像处理算法的处理，计算出每个合并像素中每个物理像素的具体值，过程为：对于获取到的图片确定每一个比特位的0/1数值，进而确定每个物理像素的数值情况；

数据处理模块，用于将所述图像帧中每个子帧的数据按位按帧存入存储器的不同分区中；

读写控制模块，用于对存储器进行数据读写；

同步信号处理模块，用于输出同步信号，以使读写控制模块读取数据，并将读取出的数据发送给DMD控制模块；

积分时间设置模块，用于设定积分时间，所述积分时间用于表示将实现灰度的所有子场翻转完成时所耗费的时间；

DMD控制模块，用于根据同步信号向DMD缓存写入数据，并控制DMD翻转动作；还用于根据积分时间对翻转后的停留时间进行控制；

所述DMD控制模块用于加载第1个子帧的数据，停留T时间后翻转第一子帧的DMD阵列；还用于加载第2个子帧的数据，停留5T时间后翻转第二子帧的DMD阵列；还用于加载第3个子帧的数据，停留25T时间后翻转第三子帧的DMD阵列；还用于加载第4个子帧的数据，停留125T时间后翻转第四子帧的DMD阵列。

3.根据权利要求2所述的DMD高灰度级图像显示装置，其特征在于，所述数据处理模块用于将i个子帧的数据存入存储器的第i个分区中，且第i个子帧中的4bit数据是按位存储的，i＝1,2,3,4。

4.根据权利要求2所述的DMD高灰度级图像显示装置，其特征在于，所述同步信号通过同步信号处理模块内部产生。

5.根据权利要求2所述的DMD高灰度级图像显示装置，其特征在于，所述同步信号通过同步信号处理模块接收到的外部信号产生。

6.根据权利要求2所述的DMD高灰度级图像显示装置，其特征在于，所述采集模块用于采集视频中的图像帧；所述存储器用于存储至少1个图像帧；所述同步信号用于指示待显示的图像帧。

7.根据权利要求5所述的DMD高灰度级图像显示装置，其特征在于，所述同步信号为TTL信号、PAL信号或LVDS信号。

Images