CN116471392A - 匹配光电积分时间的dmd高帧频显示系统及方法 - Google Patents

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CN116471392A CN202310497951.3A CN202310497951A CN116471392A CN 116471392 A CN116471392 A CN 116471392A CN 202310497951 A CN202310497951 A CN 202310497951A CN 116471392 A CN116471392 A CN 116471392A
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Abstract

本申请公开了一种匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统及方法。该系统包括探测器、上位机、主控板、DMD、光源驱动、照明系统和投影屏幕；DMD根据相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据计算显示图像的帧周期，基于二进制脉冲宽度调制法计算显示图像的最大帧频；当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间并计算出新的时间基数；根据新的时间基数修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频。本申请可以利用探测器的同步信号根据探测器的光电积分时间倒推显示时间基数，实现了探测器的光电积分时间与DMD显示帧频同步，不会出现假信号、闪烁及图像混淆现象，且能够实现最佳的成像效果。

Description

匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统及方法
技术领域
本申请涉及DMD高帧频显示技术领域，具体涉及一种匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统及方法。
背景技术
数字微镜器件即DMD，是一种基于微机械结构的反射式光空间调制技术。美国的德州仪器公司于1987年研制出数字微镜器件，每个DMD是由成千上百各微镜组成，每个微镜代表一个像素点，每个微镜有两种稳定的状态，顺时针偏转12°和逆时针偏转12°，通过控制微镜的偏转状态来控制图像的显示。由于数字微镜器件具有分辨率高、帧频高、灰度等级高、无死像元、均匀度高等优点，该技术最初被广泛应用于可见光投影系统，并且在可见光投影市场占有一席之地。与使用数字微镜器件进行可见光投影类似，通过更换数字微镜器件的投射窗口，可以实现红外图像投影显示，因此该技术在红外目标模拟器领域也受到极大的重视。美国的光科学公司(Optical Science Corporation，OSC)于20世纪90年代研制出基于数字微镜器件的红外目标模拟器：在2001年研制出基于数字微镜器件的中波红外目标模拟器，其分辨率为800×600，显示8位灰度图像帧频可达100Hz；在2005年使用数字微镜器件实现分辨率为1024×768，显示8位灰度图像帧频为226Hz的红外目标模拟器。2010年美国的OPTRA公司研制出基于数字微镜器件的红外双波段红外目标模拟器，该目标模拟器显示10bit灰度图像帧频可达40Hz。国内在基于DMD的红外目标模拟器研究虽然起步较晚，但是发展比较快，该技术在2003年由中国科学院的陈二柱、梁平治等人提出。2008年，哈尔滨工业大学的康为民等研制出分辨率为800×600，显示8bit灰度图像帧频可达60Hz的基于数字微镜器件的红外目标模拟器。2011年，西北工业大学的张凯等研制出分辨率为1024×768，显示8bit灰度图像帧频最高可达100Hz的基于数字微镜器件的红外目标模拟器。2013年，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的姚园等研制出灰度为14bit的基于数字微镜器件的红外目标模拟器。2016年，中国科学院上海技术物理研究所的张宁等研制出分辨率为1024×768，灰度为10-12bit，帧频为120Hz的基于数字微镜器件的红外仿真投影系统。西安电子科技大学研究采用“低位面相消”的方法通过加载取反位平面减小脉冲宽度调制的时间基数，理论上可以使时间基数无限趋向于0并使帧频达到2565.75Hz，然而该方法的问题在于显示频率趋向于帧频极限时显示亮度也趋向于0，因此该设计最终将基于DMD的1024×768分辨率8bit灰度图像的显示帧频提升至200Hz。
由于DMD采用的是调制反射光，通过控制每个微反射镜反射光的时间长短来实现亮度的调节，只能与凝视面阵红外探测器匹配使用，因此只有在其光电积分时间内才对外部光能进行探测，其他时间不响应。造成探测器的光电积分时间与DMD显示帧频不同步，会出现假信号、闪烁及图像混淆现象。
红外探测器在对运动目标成像时，会根据光强等因素自适应的改变光电积分时间以获得最佳的成像效果。并且，随着红外探测器距离目标越来越近，其探测器光电积分时间会越来越短。存在无法匹配光电积分时间来实现最佳的成像效果的缺陷。
发明内容
本申请实施例提供一种匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统及方法，可以解决目前DMD采用的是调制反射光时红外探测器只有在其光电积分时间内才对外部光能进行探测，其他时间不响应，造成探测器的光电积分时间与DMD显示帧频不同步，会出现假信号、闪烁及图像混淆现象，且无法匹配光电积分时间来实现最佳的成像效果。
本申请实施例提供一种匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统，包括探测器、上位机、主控板、DMD、光源驱动、照明系统和投影屏幕；
所述探测器用于产生同步信号和光电积分时间数据；
所述上位机用于生成图像数据；
所述主控板用于获取上位机生成的图像数据、相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据并缓存存储；当在显示图像时，将缓存存储的图像数据、相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据发送至DMD；
所述DMD根据相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据计算显示图像的帧周期，基于二进制脉冲宽度调制法计算显示图像的最大帧频；当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间并计算出新的时间基数；根据新的时间基数修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频；
所述主控板用于利用探测器的同步信号将探测器的光电积分时间与DMD产生的显示帧频进行同步，当在显示图像时控制所述光源驱动启动所述照明系统将所述DMD的输出图像显示在所述投影屏幕上。
进一步的，所述主控板包括主控芯片、接口板和驱动板；所述接口板连接至所述驱动板、所述主控芯片及所述上位机，所述驱动板连接至所述DMD及所述光源驱动。
进一步的，所述接口板设有PCIe高速接口、RS422接口、JTAG接口；所述PCIe高速接口连接至所述上位机，用于传输上位机生成的图像数据；所述RS422接口连接至探测器，用于传输探测器的光电积分时间数据；所述JTAG接口用于对所述主控芯片烧录程序。
进一步的，所述驱动板上设有主控芯片、第三代双倍速率同步动态随机存储器、第一非易失性存储器、第二非易失性存储器、DMD驱动芯片和DMD微镜翻转电压控制芯片；所述主控芯片连接至所述PCIe高速接口和RS422接口，所述主控芯片连接至所述第三代双倍速率同步动态随机存储器，所述主控芯片连接至所述DMD芯片组件；所述JTAG接口通过所述第一非易失性存储器连接至所述主控芯片，所述JTAG接口通过所述第二非易失性存储器连接至所述DMD驱动芯片，所述DMD驱动芯片连接至所述DMD微镜翻转电压控制芯片。
进一步的，所述DMD设有排线接口和DMD芯片，所述DMD驱动芯片和所述DMD微镜翻转电压控制芯片通过所述排线接口连接至所述DMD芯片。
进一步的，所述DMD驱动芯片的芯片型号为DDC4100；所述DMD微镜翻转电压控制芯片的芯片型号为DAD2000，用于产生使DMD微镜翻转的电压，用于产生DMD块重置或全局重置的电平信号；所述排线接口采用.7XGA型号DMD数据线，其线宽为32位；所述DMD芯片集成有1024×768个微镜，对应的图像分辨率为1024×768。
进一步的，所述DMD根据相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据计算显示图像的帧周期，基于二进制脉冲宽度调制法计算显示图像的最大帧频；当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间并计算出新的时间基数；根据新的时间基数修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频，具体包括：
获取DMD的数据加载时间tload，DMD的块重置时间treset，DMD的显示保持时间tbase；
计算显示n位灰度图像的帧周期t，t＝2tload+10treset+(2n-1)tbase；
计算显示n位灰度图像的最大帧频F，
当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间为T，带入最大帧频F的计算公式形成对应关系
按照公式计算出新的时间基数
′
根据新的时间基数tbase，通过修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频。
本申请还提供一种匹配光电积分时间的DMD高帧频显示方法，其包括：
在显示图像时，获取图像数据、相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据；
根据相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据计算显示图像的帧周期；
基于二进制脉冲宽度调制法计算显示图像的最大帧频；
当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间并计算出新的时间基数；
根据新的时间基数修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频；
利用探测器的同步信号将探测器的光电积分时间与DMD产生的显示帧频进行同步。
进一步的，所述方法具体包括：
获取DMD的数据加载时间tload，DMD的块重置时间treset，DMD的显示保持时间tbase；
计算显示n位灰度图像的帧周期t，t＝2tload+10treset+(2n-1)tbase；
计算显示n位灰度图像的最大帧频F，
当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间为T，带入最大帧频F的计算公式形成对应关系
按照公式计算出新的时间基数
′
根据新的时间基数tbase，通过修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频；
利用探测器的同步信号将探测器的光电积分时间与DMD产生的显示帧频进行同步，当在显示图像时将DMD的输出图像显示在投影屏幕上。
进一步的，所述显示n位灰度图像利用脉冲宽度调制法需要n个位平面达到调制效果，对应显示2n个灰度等级，其中n＝8。
本申请提供的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统及方法，基于传统脉冲宽度调制法，调整显示时间基数，可以改变显示周期，以匹配探测器光电积分时间。因此，可以利用探测器的同步信号根据探测器的光电积分时间倒推显示时间基数，以满足匹配光电积分时间的需求。实现了探测器的光电积分时间与DMD显示帧频同步，不会出现假信号、闪烁及图像混淆现象，且匹配光电积分时间能够实现最佳的成像效果。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统的结构示意图。
图2为申请实施例提供的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统中主控板的数据传输过程的原理图。
图3为申请实施例提供的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统中主控板与DMD结构的连接示意图。
图4为本申请实施例提供的DMD串行模式下块清除脉冲宽度调制时序图。
图5为本申请实施例提供的脉冲宽度调制原理图。
图6为本申请实施例提供的位平面脉冲宽度调制示意图。
图7为本申请实施例提供的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例1
如背景技术部分所述，由于DMD采用的是调制反射光，通过控制每个微反射镜反射光的时间长短来实现亮度的调节，只能与凝视面阵红外探测器匹配使用，因此只有在其光电积分时间内才对外部光能进行探测，其他时间不响应。为了得到理想的仿真场景，探测器的光电积分时间与DMD显示帧频要同步，否则就会出现假信号、闪烁及图像混淆现象。
红外探测器在对运动目标成像时，会根据光强等因素自适应的改变光电积分时间以获得最佳的成像效果。并且，随着红外探测器距离目标越来越近，其探测器光电积分时间会越来越短。因此，DMD显示系统需要匹配光电积分时间，以进行探测器全过程仿真。
本申请针对红外探测器光电积分时间动态变化的工作特点，设计一套能够匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统及方法，以进行探测器全过程仿真。
如图1所示，匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统包括探测器、上位机、主控板、DMD、光源驱动、照明系统和投影屏幕；其中探测器未在图中示出，探测器优选为红外探测器。
所述探测器用于产生同步信号和光电积分时间数据；
所述上位机用于生成图像数据；
所述主控板用于获取上位机生成的图像数据、相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据并缓存存储；当在显示图像时，将缓存存储的图像数据、相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据发送至DMD；
所述DMD根据相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据计算显示图像的帧周期，基于二进制脉冲宽度调制法计算显示图像的最大帧频；当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间并计算出新的时间基数；根据新的时间基数修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频；
所述主控板用于利用探测器的同步信号将探测器的光电积分时间与DMD产生的显示帧频进行同步，当在显示图像时控制所述光源驱动启动所述照明系统将所述DMD的输出图像显示在所述投影屏幕上。
请参阅图2、图3，所述主控板包括主控芯片、接口板和驱动板；所述接口板连接至所述驱动板、所述主控芯片及所述上位机，所述驱动板连接至所述DMD及所述光源驱动。
进一步的，所述接口板设有PCIe高速接口、RS422接口、JTAG接口；所述PCIe高速接口连接至所述上位机，用于传输上位机生成的图像数据；所述RS422接口连接至探测器，用于传输探测器的光电积分时间数据；所述JTAG接口用于对所述主控芯片烧录程序。
进一步的，所述驱动板上设有主控芯片、第三代双倍速率同步动态随机存储器(DDR3)、第一非易失性存储器、第二非易失性存储器、DMD驱动芯片和DMD微镜翻转电压控制芯片；所述主控芯片连接至所述PCIe高速接口和RS422接口，所述主控芯片连接至所述第三代双倍速率同步动态随机存储器，所述主控芯片连接至所述DMD芯片组件；所述JTAG接口通过所述第一非易失性存储器连接至所述主控芯片，所述JTAG接口通过所述第二非易失性存储器连接至所述DMD驱动芯片，所述DMD驱动芯片连接至所述DMD微镜翻转电压控制芯片。
进一步的，所述DMD设有排线接口和DMD芯片，所述DMD驱动芯片和所述DMD微镜翻转电压控制芯片通过所述排线接口连接至所述DMD芯片。
进一步的，所述DMD驱动芯片的芯片型号为DDC4100；所述DMD微镜翻转电压控制芯片的芯片型号为DAD2000，用于产生使DMD微镜翻转的电压，用于产生DMD块重置或全局重置的电平信号；所述排线接口采用.7XGA型号DMD数据线，其线宽为32位；所述DMD芯片集成有1024×768个微镜，对应的图像分辨率为1024×768。
对应图3所示的主控板与DMD结构的连接示意图，其中主控板的具体结构介绍如下。
PCIe高速接口：符合高速串行计算机扩展总线标准的数据接口，在系统中作为FPGA与上位机之间的接口，将图像数据并缓存到DDR中，在显示时传送到DDC4100。
RS422：符合RS422串行物理接口标准的数据接口，在系统中作为探测器与系统之间的接口，将探测器的光电积分时间发给FPGA。
DDR3：第三代双倍速率同步动态随机存储器。显示时所需的传输带宽过高，导致现有接口难以满足从上位机到DMD的直接数据传输，因此考虑使用DDR作为缓存。
FPGA：是一种以数字电路为主的集成芯片，属于可编程逻辑器件(ProgrammableLogic Device，PLD)的一种。拥有丰富的逻辑资源，可以完成比较复杂的算法。
PROM：非易失性存储器，用于对FPGA和DDC4100的驱动程序进行存储，使主控板上电后即可投影显示，无需从JTAG口将显示程序下载到主控FPGA上。
JTAG接口：(Joint Test Action Group，联合测试工作组)，是一种国际标准测试协议，用于给主控FPGA烧录程序。
DDC4100：是由德州仪器开发的DMD驱动芯片，用于简化DMD的开发接口逻辑，DDC4100的输入信号是来自主控FPGA的32位LVDS(低压差分信号)数据和控制信息，将LVDS图像数据发送给DMD，并产生对DMD以及DAD2000的控制信息。
DAD2000：DAD2000用于产生时DMD微镜翻转的电压，用于产生DMD块重置或全局重置的多种电平信号。DDC4100和DAD2000的控制信号通过排线连接到.7XGA规格DMD。
.7XGA DMD：DMD芯片，该DMD集成有1024×768个微镜，即图像分辨率为1024×768。
进一步的，所述DMD根据相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据计算显示图像的帧周期，基于二进制脉冲宽度调制法计算显示图像的最大帧频；当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间并计算出新的时间基数；根据新的时间基数修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频，具体包括：
获取DMD的数据加载时间tload，DMD的块重置时间treset，DMD的显示保持时间tbase；
计算显示n位灰度图像的帧周期t，t＝2tload+10treset+(2n-1)tbase；
计算显示n位灰度图像的最大帧频F，
当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间为T，带入最大帧频F的计算公式形成对应关系
按照公式计算出新的时间基数
′
根据新的时间基数tbase，通过修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频。
如图4所示，图4为DMD串行模式下块清除脉冲宽度调制时序图。
.7XGA型号DMD数据线宽为32位，以双倍数据速率(DDR)传输，即在上升沿和下降沿都写入一次数据。加载一行1024位的数据需要32个时钟沿即16个时钟周期。以.7XGA型号支持的最高速率400MHz时钟计算，加载一行数据所需时间为40ns，加载全部768行数据需要30.72us。即加载时间：1/400M*32/2*768/1000＝30.72us。
传统脉冲宽度调制方法帧频受限的原因在于显示时间基数tbase不小于数据加载时间30.72us，而在脉冲宽度调制编码方式中，位平面的显示时间与灰度等级呈指数关系，位平面0～7的显示时间之和为时间基数的255倍，而一帧图像数据加载的时间仅为时间基数的8倍，位平面的显示保持时间比位平面数据加载时间大一个数量级，在一帧图像显示的大部分时间内DMD都处于无操作的状态。因此减小时间基数是一种有效的提高帧频的方法。由于微镜在翻转后需要至少保持8us的时间保持不变，因此显示保持时间最短为8us。
在使用时，搭建DMD系统的硬件平台，该系统的硬件组成主要包含以下部分：用于生成仿真图像的上位机，用于接收信号的接口板，驱动DMD的主控板，以及光学系统。光学系统为光源驱动、照明系统和成像仪的投影屏幕。工作时图像数据被处理成显示需要的位平面数据。接口板具备高速数据传输接口，用于接收上位机生成的图像数据、相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据等，并将获得的数据及信号传输至主控板。显示时图像从缓存中读出并传输到DMD驱动进行显示。光学方面，红外热源经光学系统投射到DMD上，再投射至成像仪的投影屏幕上。
根据DMD微镜的翻转稳定需要一定时间的特性，基于二进制脉冲宽度调制法，计算显示图像的最大帧频。
如图5所示，图5为脉冲宽度调制原理图。如图6所示，图6为位平面脉冲宽度调制示意图。
脉冲宽度调制则将灰度值信息进行编码，相较于普通帧灰度调制显示255种灰度等级需要255个二进制数进行表示，脉冲宽度调制只需8位二进制数表示，通过对高位和低位灰度信息赋予不同的权重，高位表示的亮度为低位表示亮度的两倍，而不同位之间的亮度区别通过该位在帧周期内的不同占空比实现。将一帧时间进行分段，通过控制不同位平面的显示时间来达到灰度调制目的。若要想显示2n个灰度等级，只需要n个位平面即可达到调制效果。这里n＝8。
结合图4，若取8us为脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)调制的时间基数，可以计算得到帧周期t的表达式：
t＝2tload+10treset+(28-1)tbase＝(2*30.72+5*10+255*8)us＝2151.44us；
其中tload＝30.72us，treset＝5us，tbase＝8us。tload为DMD的数据加载时间(计算得出)，treset为DMD的块重置时间，tbase为DMD的显示保持时间(这里也作为PWM调制的时间基数)。
对应帧频：1/2151.44us＝464.8Hz。
系统帧频与tbase之间的关系为：
其中111.44＝2*30.72+10*5，即2tload+10treset。
当时间基数tbase为最小值8us时，显示帧频达到最大464.8Hz。当需要更小的显示帧频时，则根据公式倒推时间基数tbase，以满足实时变光电积分时间的需求。
基于探测器同步信号，设计变帧频调制方案，通过修改控制时序中寄存器的参数，实现显示帧频的调整，使得DMD系统能够匹配光电积分时间。
倒推时间基数tbase的具体步骤即：
得知某一时刻探测器的光电积分时间后，系统需要改变显示帧频来匹配探测器光电积分时间，假设此时光电积分时间为T。
带入上述公式计算出新的时间基数：即T＝111.44us+255t′base，即255t′base＝T-111.44us＝T-2tload-10treset。
也就是说，探测器光电积分时间变化后，通过串口发送给DMD主控，主控按照公式计算出新的时间基数t′base，用于改变DMD系统的帧周期以匹配探测器光电积分时间。
DMD系统的一帧灰度图像显示的周期共包含三部分，即数据加载时间，全局重置时间和显示保持时间。基于传统脉冲宽度调制法，调整显示时间基数，可以改变显示周期，以匹配探测器光电积分时间。因此，可以利用外部同步信号根据探测器的光电积分时间倒推显示时间基数，以满足匹配探测器实时变化的光电积分时间的需求。
实施例2
如图7所示，本申请还提供一种匹配光电积分时间的DMD高帧频显示方法，其包括以下步骤：
S1、在显示图像时，获取图像数据、相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据；
S2、根据相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据计算显示图像的帧周期；
S3、基于二进制脉冲宽度调制法计算显示图像的最大帧频；
S4、当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间并计算出新的时间基数；
S5、根据新的时间基数修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频；
S6、利用探测器的同步信号将探测器的光电积分时间与DMD产生的显示帧频进行同步。
进一步的，所述方法具体包括：
获取DMD的数据加载时间tload，DMD的块重置时间treset，DMD的显示保持时间tbase；
计算显示n位灰度图像的帧周期t，t＝2tload+10treset+(2n-1)tbase；
计算显示n位灰度图像的最大帧频F，
当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间为T，带入最大帧频F的计算公式形成对应关系
按照公式计算出新的时间基数
′
根据新的时间基数tbase，通过修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频；
利用探测器的同步信号将探测器的光电积分时间与DMD产生的显示帧频进行同步，当在显示图像时将DMD的输出图像显示在投影屏幕上。
进一步的，所述显示n位灰度图像利用脉冲宽度调制法需要n个位平面达到调制效果，对应显示2n个灰度等级，其中n＝8。
关于匹配光电积分时间的DMD高帧频显示方法的具体限定可以参见上文中对于匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统的限定，在此不再赘述。
本申请提供的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统及方法，基于传统脉冲宽度调制法，调整显示时间基数，可以改变显示周期，以匹配探测器光电积分时间。因此，可以利用探测器的同步信号根据探测器的光电积分时间倒推显示时间基数，以满足匹配光电积分时间的需求。实现了探测器的光电积分时间与DMD显示帧频同步，不会出现假信号、闪烁及图像混淆现象，且匹配探测器实时变化的光电积分时间能够实现最佳的成像效果。
匹配探测器实时变化的光电积分时间的DMD高帧频显示技术，可以在成像过程中即时调整光电积分时间，避免图像过曝光或过暗，从而得到更高质量的图像。这项技术在科学研究、医学图像学、工业生产等领域都有广泛应用。
具体来说，该技术能够提高成像的时间分辨率，使得快速动态过程的成像更加清晰；同时能够提高空间分辨率，可以得到更细节化的图像。同时，该技术能够实现红外探测器全过程仿真，提高红外探测器的可靠性，降低研究和开发红外探测器的成本。
总之，匹配探测器实时变化的光电积分时间的DMD高帧频显示技术具有广泛的应用价值和意义，在不同领域都有很大的发展前景。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本申请实施例所提供的一种匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统，其特征在于，包括探测器、上位机、主控板、DMD、光源驱动、照明系统和投影屏幕；
所述探测器用于产生同步信号和光电积分时间数据；
所述上位机用于生成图像数据；
所述主控板用于获取上位机生成的图像数据、相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据并缓存存储；当在显示图像时，将缓存存储的图像数据、相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据发送至DMD；
所述DMD根据相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据计算显示图像的帧周期，基于二进制脉冲宽度调制法计算显示图像的最大帧频；当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间并计算出新的时间基数；根据新的时间基数修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频；
所述主控板用于利用探测器的同步信号将探测器的光电积分时间与DMD产生的显示帧频进行同步，当在显示图像时控制所述光源驱动启动所述照明系统将所述DMD的输出图像显示在所述投影屏幕上。
2.如权利要求1所述的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统，其特征在于，所述主控板包括主控芯片、接口板和驱动板；所述接口板连接至所述驱动板、所述主控芯片及所述上位机，所述驱动板连接至所述DMD及所述光源驱动。
3.如权利要求2所述的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统，其特征在于，所述接口板设有PCIe高速接口、RS422接口、JTAG接口；所述PCIe高速接口连接至所述上位机，用于传输上位机生成的图像数据；所述RS422接口连接至探测器，用于传输探测器的光电积分时间数据；所述JTAG接口用于对所述主控芯片烧录程序。
4.如权利要求3所述的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统，其特征在于，所述驱动板上设有主控芯片、第三代双倍速率同步动态随机存储器、第一非易失性存储器、第二非易失性存储器、DMD驱动芯片和DMD微镜翻转电压控制芯片；所述主控芯片连接至所述PCIe高速接口和RS422接口，所述主控芯片连接至所述第三代双倍速率同步动态随机存储器，所述主控芯片连接至所述DMD芯片组件；所述JTAG接口通过所述第一非易失性存储器连接至所述主控芯片，所述JTAG接口通过所述第二非易失性存储器连接至所述DMD驱动芯片，所述DMD驱动芯片连接至所述DMD微镜翻转电压控制芯片。
5.如权利要求4所述的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统，其特征在于，所述DMD设有排线接口和DMD芯片，所述DMD驱动芯片和所述DMD微镜翻转电压控制芯片通过所述排线接口连接至所述DMD芯片。
6.如权利要求5所述的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统，其特征在于，所述DMD驱动芯片的芯片型号为DDC4100；所述DMD微镜翻转电压控制芯片的芯片型号为DAD2000，用于产生使DMD微镜翻转的电压，用于产生DMD块重置或全局重置的电平信号；所述排线接口采用.7XGA型号DMD数据线，其线宽为32位；所述DMD芯片集成有1024×768个微镜，对应的图像分辨率为1024×768。
7.如权利要求1所述的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统，其特征在于，所述DMD根据相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据计算显示图像的帧周期，基于二进制脉冲宽度调制法计算显示图像的最大帧频；当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间并计算出新的时间基数；根据新的时间基数修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频，具体包括：
获取DMD的数据加载时间tload，DMD的块重置时间treset，DMD的显示保持时间tbase；
计算显示n位灰度图像的帧周期t，t＝2tload+10treset+(2n-1)tbase；
计算显示n位灰度图像的最大帧频F，
当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间为T，带入最大帧频F的计算公式形成对应关系
按照公式计算出新的时间基数
根据新的时间基数t′ base，通过修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频。
8.一种匹配光电积分时间的DMD高帧频显示方法，其特征在于，包括：
在显示图像时，获取图像数据、相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据；
根据相位调制信息、探测器的同步信号和光电积分时间数据计算显示图像的帧周期；
基于二进制脉冲宽度调制法计算显示图像的最大帧频；
当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间并计算出新的时间基数；
根据新的时间基数修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频；
利用探测器的同步信号将探测器的光电积分时间与DMD产生的显示帧频进行同步。
9.如权利要求8所述的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示方法，其特征在于，所述方法具体包括：
获取DMD的数据加载时间tload，DMD的块重置时间treset，DMD的显示保持时间tbase；
计算显示n位灰度图像的帧周期t，t＝2tload+10treset+(2n-1)tbase；
计算显示n位灰度图像的最大帧频F，
当探测器的光电积分时间变化后，获取变化后的光电积分时间为T，带入最大帧频F的计算公式形成对应关系
按照公式计算出新的时间基数
根据新的时间基数t′ base，通过修改控制时序中寄存器的参数来调整图像的显示帧频；
利用探测器的同步信号将探测器的光电积分时间与DMD产生的显示帧频进行同步，当在显示图像时将DMD的输出图像显示在投影屏幕上。
10.如权利要求9所述的匹配光电积分时间的DMD高帧频显示方法，其特征在于，所述显示n位灰度图像利用脉冲宽度调制法需要n个位平面达到调制效果，对应显示2n个灰度等级，其中n＝8。
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