CN111861861B - 一种微型动态红外图像生成装置 - Google Patents

一种微型动态红外图像生成装置 Download PDF

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Abstract

一种微型动态红外图像生成装置,解决了现有红外图像生成的装置体积大、不方便携带的问题,属于红外成像技术领域。本发明包括图像采集处理单元、数字微镜阵列驱动单元、红外数字微镜阵列芯片、机械支撑结构和散热风扇;机械支撑结构有三层支撑板,红外数字微镜阵列芯片设在上支撑板与中支撑板之间,上支撑板设有窗口框,用于放置红外数字微镜阵列芯片的红外镜片窗口,上支撑板形状不遮挡红外数字微镜阵列芯片的照明系统;数字微镜阵列驱动单元在中支撑板与下支撑板之间,图像采集处理单元设在下支撑板底面,与数字微镜阵列驱动单元间透过下支撑板通过板间接口连接。图像采集处理单元控制数字微镜阵列驱动单元输出驱动信号给红外数字微镜阵列芯片。

Description

一种微型动态红外图像生成装置
技术领域
本发明涉及一种可以生成红外图像用于对红外热像仪功能和精度测试的装置,属于红外成像技术领域。
背景技术
红外热像仪广泛应用于天文学、空间科学、夜间观察、红外成像制导、搜索、跟踪、告警以及科学实验中。为了测试卫星、红外成像导引头、红外搜索与跟踪系统、红外告警系统的红外成像传感器的性能,需要在实验室内为器提供一定的与使用条件匹配的红外景象作为输入图像,使红外成像传感器产生一定的输出,进行红外热像仪的仿真测试。数字微镜阵列器件(Digital Micromirror Devices,DMD)通过更换成像窗口可产生不同波段红外图像。美国光科公司最早将DMD用于中波红外和长波红外景象的产生(Proceedings ofSPIE,Techonlogies for Synthetic Environments)。现阶段基于DMD驱动装置采用TI公司Discovery4100开发套件,图1所示,体积大,不方便携带。现有技术中也开发出了基于DMD的红外景象模拟器。
随着红外热像仪技术的发展,红外热像仪测试需求越来越大,应用场景越来越广泛。这就意味着,高集成度、小型化的微型动态红外图像生成装置需求迫切。另一方面,在红外导引头进行半实物仿真测试时,动态红外图像生成装置的小型化、便携式,可减小仿真系统转台负载,降低红外动态图像模拟器体积与重量的同时,极大的降低整体仿真系统成本。
发明内容
针对现有红外图像生成的装置体积大、不方便携带的问题,本发明提供一种体积集成化、小型化的微型动态红外图像生成装置。
本发明的一种微型动态红外图像生成装置,所述装置包括图像采集处理单元1、数字微镜阵列驱动单元2、红外数字微镜阵列芯片3、机械支撑结构和散热风扇5;
图像采集处理单元1的图像控制信号输出端与数字微镜阵列驱动单元2的图像控制信号输入端连接,数字微镜阵列驱动单元2的驱动信号输出端与红外数字微镜阵列芯片3的驱动信号输入端连接;
图像采集处理单元1、数字微镜阵列驱动单元2、红外数字微镜阵列芯片3和散热风扇5集成在机械支撑结构上,所述机械支撑结构上设有三层支撑板,上支撑板4-1的面积小于中支撑板4-2,红外数字微镜阵列芯片3固定在机械支撑结构的上支撑板4-1与中支撑板4-2之间,上支撑板4-1上设有窗口框,红外数字微镜阵列芯片3的红外镜片窗口设置在所述窗口框内,上支撑板4-1的形状不遮挡红外数字微镜阵列芯片3上的照明系统;
数字微镜阵列驱动单元2固定在机械支撑结构的中支撑板4-2与下支撑板4-3之间,图像采集处理单元1固定在下支撑板4-3的底面上,图像采集处理单元1和数字微镜阵列驱动单元2各集成一块电路板,两块电路板之间透过下支撑板4-3通过板间接口连接到一起。
作为优选,所述图像采集处理单元1还包括通信模块,用于与上位机进行通信,用以接收上位机发送红外图像生成的控制指令;
所述图像采集处理单元1还包括外触发输入模块,用于接收外部输入的触发信号,用于控制数字微镜阵列驱动单元2驱动红外数字微镜阵列芯片3的图像刷新;
所述图像采集处理单元1还包括内部触发模块,用于输入内触发频率,控制数字微镜阵列驱动单元2驱动红外数字微镜阵列芯片3以所述内触发频率进行图像刷新;
所述图像采集处理单元1还包括内外触发切换模块,用于输入内外触发切换指令,该内外触发切换指令用于控制内部触发模块或外触发输入模块工作;
作为优选,所述图像采集处理单元1还包括图像刷新延时模块,用于输入延迟时间,用于控制数字微镜阵列驱动单元2驱动红外数字微镜阵列芯片3的图像延迟所述延迟时间刷新;
作为优选,所述图像采集处理单元1还包括成像时间设置模块,用于输入成像时间,用于控制数字微镜阵列驱动单元2驱动红外数字微镜阵列芯片3的成像时间。
作为优选,所述数字微镜阵列驱动单元2设置有N个驱动接口,所述装置还包括N个红外数字微镜阵列芯片3,所述图像采集处理单元1输出一路驱动控制信号发送至数字微镜阵列驱动单元2,数字微镜阵列驱动单元2的N个驱动接口输出驱动信号分别发送至N个红外数字微镜阵列芯片3。
本发明的有益效果:本发明采用集成化、小型化设计,将图像采集、图像生成、图像转换、数字微镜阵列驱动以及红外投影集成到机械支撑结构上,本发明解决了红外图像生成装置体积大、外围控制系统复杂、由分立器件组装的装置故障点多等问题。本发明可用于小型化红外动态目标模拟器以及其他红外探测器测试系统的研制。
附图说明
图1为现有技术中DMD驱动装置采用TI公司Discovery4100开发套件;
图2是本发明的微型动态红外图像生成装置的结构示意图;
图3为图2的仰视图;
图4为本发明的微型动态红外图像生成装置的电气原理示意图;
图5为微型动态红外图像生成装置扩展后的电气原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,但不作为本发明的限定。
本实施方式的一种微型动态红外图像生成装置,如图2和图3所示,包括图像采集处理单元1、数字微镜阵列驱动单元2、红外数字微镜阵列芯片3、机械支撑结构和散热风 扇5;
如图4所示,图像采集处理单元1的图像控制信号输出端与数字微镜阵列驱动单元2的图像控制信号输入端连接,数字微镜阵列驱动单元2的驱动信号输出端与红外数字微镜阵列芯片3的驱动信号输入端连接;
图像采集处理单元1集成到一块80cm×80cm的电路板上,可解码DVI与HDMI协议图像信息,图像采集处理单元1采用多芯片设计,可采集高分辨以及高帧频动态图像信息。采集到的动态图像信息通过专用视频解码芯片,解码出8bit红色(R)、8bit绿色(G)以及8bit蓝色(B)三色分量。RGB三色图像分量作为图像控制信号通过图像采集处理单元1与数字微镜阵列驱动单元2之间的板间连接器,送入数字微晶阵列驱动单元2;
数字微镜阵列驱动单元2接收到来自图像采集处理单元1的RGB三色图像分量信息,数字微镜阵列驱动单元2采用FPGA作为主控芯片,采用DAD2000作为电压驱动芯片,数字微镜阵列驱动单元2通过FPGA进行RGB数字信息采集,采集图像信息送入DDR2内进行暂时存储,在根据数字微镜阵列芯片3控制时间要求,从DDR2内将图像信息读取出来,配合数字微镜阵列芯片3控制指令,控制数字微镜阵列芯片3的反转,进行图像显示;FPGA编程软件采用ISE,应用VerilogHDL编程语言对FPGA芯片进行编程以及对数字微镜阵列进行驱动控制。电路板采用AltiumDesigner设计软件进行设计;
红外数字微镜阵列芯片3接收来自数字微镜阵列驱动单元2送入的图像信息以及控制指令信息,红外数字微镜阵列芯片3进行相应的反转,从而完成图像显示;红外数字微镜阵列芯片3采用可见光DMD芯片更换窗口方式实现;红外数字微镜阵列芯片母片采用TI公司可见光芯片,芯片工作在可见光波段。母片通过将原可见光镜窗口片切除,焊接上红外镜片窗口,可将数字微镜阵列芯片的图像投影出红外图像,实现红外数字微镜阵列芯片;
图像采集处理单元1、数字微镜阵列驱动单元2、红外数字微镜阵列芯片3和散热风扇5集成在机械支撑结构上,所述机械支撑结构上设有三层支撑板,上支撑板4-1的面积小于中支撑板4-2,红外数字微镜阵列芯片3固定在机械支撑结构的上支撑板4-1与中支撑板4-2之间,上支撑板4-1上设有窗口框,红外数字微镜阵列芯片3的红外镜片窗口设置在所述窗口框内,上支撑板4-1的形状不遮挡红外数字微镜阵列芯片3上的照明系统;
数字微镜阵列驱动单元2固定在机械支撑结构的中支撑板4-2与下支撑板4-3之间,图像采集处理单元1固定在下支撑板4-3的底面上,图像采集处理单元1和数字微镜阵列驱动单元2各集成一块电路板,两块电路板之间透过下支撑板4-3通过板间接口连接到一起。
本实施方式的机械支撑结构采用铝发黑处理,为三层支撑板为电路板提供支撑。上支撑板4-1采用五边形设计,切掉一角后,有利于DMD照明系统设计;散热风扇5为系统工作提供散热功能。
本实施方式的微型动态红外图像生成装置通过机械支撑结构固定,可作为红外动态图像成像机芯使用;
优选实施例中,本实施方式的图像采集处理单元1还包括通信模块,通信接口采用RS323,用于与上位机进行通信,用以接收上位机发送红外图像生成的控制指令;
优选实施例中,本实施方式的图像采集处理单元1还包括外触发输入模块,用于通过 通信接口接收外部输入的触发信号TTL信号,用于控制数字微镜阵列驱动单元2驱动红外数字微镜阵列芯片3的图像刷新;
所述图像采集处理单元1还包括内部触发模块,用于通过通信接口输入内触发频率,控制数字微镜阵列驱动单元2驱动红外数字微镜阵列芯片3以所述内触发频率进行图像刷新;
所述图像采集处理单元1还包括内外触发切换模块,用于通过通信接口输入内外触发切换指令,该内外触发切换指令用于控制内部触发模块或外触发输入模块工作;
优选实施例中,所述图像采集处理单元1还包括图像刷新延时模块,用于通过通信接口输入延迟时间,用于控制数字微镜阵列驱动单元2驱动红外数字微镜阵列芯片3的图像延迟所述延迟时间刷新;
优选实施例中,所述图像采集处理单元1还包括成像时间设置模块,用于通过通信接口输入成像时间,用于控制数字微镜阵列驱动单元2驱动红外数字微镜阵列芯片3的成像时间。
优选实施例中,如图5所示,所述数字微镜阵列驱动单元2设置有N个驱动接口,所述装置还包括N个红外数字微镜阵列芯片3,所述图像采集处理单元1输出一路驱动控制信号发送至数字微镜阵列驱动单元2,数字微镜阵列驱动单元2的N个驱动接口输出驱动信号分别发送至N个红外数字微镜阵列芯片3。
本实施方式可扩展性强,在增加数字微镜阵列驱动接口以及增加驱动芯片路数的情况下,可使本实施方式驱动多个数字微镜阵列芯片以及驱动其他分辨率数字微阵列芯片,完成多路动态红外图像输出。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明,但是应该理解的是,这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是,可以对示例性的实施例进行许多修改,并且可以设计出其他的布置,只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是,可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是,结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.一种微型动态红外图像生成装置,其特征在于,所述装置包括图像采集处理单元(1)、数字微镜阵列驱动单元(2)、红外数字微镜阵列芯片(3)、机械支撑结构和散热风扇(5);
图像采集处理单元(1)的图像控制信号输出端与数字微镜阵列驱动单元(2)的图像控制信号输入端连接,数字微镜阵列驱动单元(2)的驱动信号输出端与红外数字微镜阵列芯片(3)的驱动信号输入端连接;
图像采集处理单元(1)采集到的动态图像信息通过专用视频解码芯片,解码出8bit红色、8bit绿色以及8bit蓝色三色图像分量;三色图像分量作为图像控制信号通过图像采集处理单元(1)与数字微镜阵列驱动单元(2)之间的板间连接器,送入数字微镜阵列驱动单元(2);数字微镜阵列驱动单元(2)接收到来自图像采集处理单元(1)的三色图像分量,数字微镜阵列驱动单元(2)采用FPGA作为主控芯片,采用DAD2000作为电压驱动芯片,数字微镜阵列驱动单元(2)通过FPGA进行RGB数字信息采集,采集图像信息送入DDR2内进行暂时存储,在根据数字微镜阵列芯片(3)控制时间要求,从DDR2内将图像信息读取出来,配合数字微镜阵列芯片(3)控制指令,控制数字微镜阵列芯片(3)的反转,进行图像显示;
图像采集处理单元(1)、数字微镜阵列驱动单元(2)、红外数字微镜阵列芯片(3)和散热风扇(5)集成在机械支撑结构上,所述机械支撑结构上设有三层支撑板,上支撑板(4-1)的面积小于中支撑板(4-2),红外数字微镜阵列芯片(3)固定在机械支撑结构的上支撑板(4-1)与中支撑板(4-2)之间,上支撑板(4-1)上设有窗口框,红外数字微镜阵列芯片(3)的红外镜片窗口设置在所述窗口框内,上支撑板(4-1)的形状不遮挡红外数字微镜阵列芯片(3)上的照明系统;
数字微镜阵列驱动单元(2)固定在机械支撑结构的中支撑板(4-2)与下支撑板(4-3)之间,图像采集处理单元(1)固定在下支撑板(4-3)的底面上,图像采集处理单元(1)和数字微镜阵列驱动单元(2)各集成一块电路板,两块电路板之间透过下支撑板(4-3)通过板间接口连接到一起。
2.根据权利要求1所述的一种微型动态红外图像生成装置,其特征在于,所述图像采集处理单元(1)还包括通信模块,用于与上位机进行通信,用以接收上位机发送红外图像生成的控制指令;
所述图像采集处理单元(1)还包括外触发输入模块,用于接收外部输入的触发信号,用于控制数字微镜阵列驱动单元(2)驱动红外数字微镜阵列芯片(3)的图像刷新;
所述图像采集处理单元(1)还包括内部触发模块,用于输入内触发频率,控制数字微镜阵列驱动单元(2)驱动红外数字微镜阵列芯片(3)以所述内触发频率进行图像刷新;
所述图像采集处理单元(1)还包括内外触发切换模块,用于输入内外触发切换指令,该内外触发切换指令用于控制内部触发模块或外触发输入模块工作。
3.根据权利要求1所述的一种微型动态红外图像生成装置,其特征在于,所述图像采集处理单元(1)还包括图像刷新延时模块,用于输入延迟时间,用于控制数字微镜阵列驱动单元(2)驱动红外数字微镜阵列芯片(3)的图像延迟所述延迟时间刷新。
4.根据权利要求1所述的一种微型动态红外图像生成装置,其特征在于,所述图像采集处理单元(1)还包括成像时间设置模块,用于输入成像时间,用于控制数字微镜阵列驱动单元(2)驱动红外数字微镜阵列芯片(3)的成像时间。
5.根据权利要求1所述的一种微型动态红外图像生成装置,其特征在于,所述数字微镜阵列驱动单元(2)设置有N个驱动接口,所述装置还包括N个红外数字微镜阵列芯片(3),所述图像采集处理单元(1)输出一路驱动控制信号发送至数字微镜阵列驱动单元(2),数字微镜阵列驱动单元(2)的N个驱动接口输出驱动信号分别发送至N个红外数字微镜阵列芯片(3)。
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