一種四套dmd疊加成像的高對比度紅外景象生產(chǎn)方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于紅外傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于室內(nèi)條件下進行紅外成像傳感器功能和精度半實物仿真測試的一種四套DMD疊加成像的高對比度紅外景象生產(chǎn)方法和系統(tǒng)，是一種基于四套DMD顯示圖像在物面疊加的紅外景象生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外成像傳感器廣泛應(yīng)用于天文學(xué)、空間科學(xué)、夜間觀察、紅外成像制導(dǎo)、搜索、跟蹤、告警以及科學(xué)實驗中。為了測試用于衛(wèi)星、紅外成像導(dǎo)引頭、紅外搜索與跟蹤系統(tǒng)、紅外告警系統(tǒng)的紅外成像傳感器的性能，需要在實驗室內(nèi)為器提供一定的與使用條件匹配的紅外景象作為輸入圖像，使紅外成像傳感器產(chǎn)生一定的輸出，進行半實物仿真測試。數(shù)字陣列器件(Digital Micromirror Devices, DMD)可產(chǎn)生寬波段紅外光學(xué)景象。美國光科公司最早將DMD用于中波紅外和長波紅外景象的產(chǎn)生(Proceedings of SPIE, Techonlogies forSynthetic Environments)。申請者也開發(fā)出基于DMD的紅外景象模擬器(紅外與激光工程，2008，37 (5):753)?，F(xiàn)在的基于DMD的紅外景象模擬器主要由圖形工作站1、紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器3和紅外成像光學(xué)系統(tǒng)4組成，其成像原理如說明書附圖1所示。紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器包含黑體6、紅外光源光學(xué)系統(tǒng)7、DMD8和紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動器9。紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動器接收圖形計算機輸出的數(shù)字圖像信號，驅(qū)動DMD工作。DMD通過調(diào)制光源發(fā)出的經(jīng)紅外光源光學(xué)系統(tǒng)匯聚的光將圖形工作站輸出的數(shù)字圖像信號轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外輻射圖像，在由紅外成像光學(xué)系統(tǒng)成像在成像面，待測試的紅外成像傳感器的探測面位于成像面，共光學(xué)成像傳感器系統(tǒng)仿真測試使用。
[0003]DMD通常采用脈寬調(diào)制實現(xiàn)對圖像灰度的控制。在一幀時間內(nèi)，DMD根據(jù)驅(qū)動器輸入的脈寬信號，通過控制DMD的微鏡反射照射其上的光進入成像光學(xué)系統(tǒng)的時間來實現(xiàn)對像素灰度的數(shù)字控制。
[0004]隨著紅外成像傳感器的發(fā)展，紅外成像傳感器的積分時間越來越短。這意味著，在一中貞時間內(nèi)，只有在紅外成像傳感器的積分時間內(nèi)控制DMD的微鏡反射照射其上的光進入成像光學(xué)系統(tǒng)的時間才是有效的。例如，對于積分時間只有500μ s的紅外成像傳感器，需要在500 μ s內(nèi)通過脈寬調(diào)制完成對像素灰度的數(shù)字控制。但是，現(xiàn)有的DMD及其驅(qū)動器控制I個微鏡處于開態(tài)(能夠反射照射其上的光進入成像光學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài))的最短時間通常為7.5 μ S，因此，DMD的微鏡反射光進入成像光學(xué)系統(tǒng)的最短時間通常為7.5 μ s，在加上每一位的成像加載時間30.72 μ s與復(fù)位時間12.5 μ S。根據(jù)以上參數(shù)計算可得出，在500 μ s積分時間內(nèi)通過脈寬調(diào)制方式最多只能實現(xiàn)32級灰度。圖像加載時間與復(fù)位時間最少占據(jù)整個有效圖像顯示時間的17.288%，導(dǎo)致原本積分時間就短，卻還要在DMD加載與復(fù)位上損失17.288%有效顯示時間。另一方面，在進行半實物仿真測試時，需要提供更高的對比度紅外景象，以提高半實物仿真測試的逼真度，保證探測器不飽和。因此，現(xiàn)有的基于單個DMD的紅外景象生成方法無法在幀頻范圍內(nèi)任意時間內(nèi)，通過脈寬調(diào)試方法生成高對比度的紅外景象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決單套DMD積分時間固定，對比度不強的問題，本發(fā)明提供了一種四套DMD疊加成像的高對比度紅外景象生產(chǎn)方法和系統(tǒng)，是一種基于四套DMD顯示圖像在物面疊加的紅外景象生成方法，可用于短積分時間內(nèi)高對比度的DMD紅外鏡像模擬器的研制。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
圖形工作站I在建模時，將灰度級為1296級的灰度圖像高3位建模到G (綠色)色彩通道的低3位上，將低8位建模到R (紅色)色彩通道8位上；
圖像處理單元2在接收到圖形工作站發(fā)送的建模信息后，將G色彩通道低3位與R色彩通道8為數(shù)據(jù)進行拼接產(chǎn)生一個新的11位灰度圖像數(shù)據(jù)。在將此11位圖像數(shù)據(jù)進行6乘6矩陣像素合并，合并結(jié)果對36取商，商數(shù)送入紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器3-1中對應(yīng)6乘6矩陣鏡片翻轉(zhuǎn)，余數(shù)送入紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器3-2中對應(yīng)6乘6矩陣鏡片翻轉(zhuǎn)。再將商數(shù)復(fù)制后送入紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器3-3中，將余數(shù)復(fù)制后送入紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器3-4中；
四套紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器3-1、3-2、3-3、3-4分別將所接收到的數(shù)字圖像信息經(jīng)過DMD —次翻轉(zhuǎn)通過紅外分束器轉(zhuǎn)換為一副1296級灰度的紅外輻射圖像；
四套紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器均包含紅外光源6、紅外光源光學(xué)系統(tǒng)7、位于紅外成像光學(xué)系統(tǒng)4物面上的DMD8和紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動器9 ；
DMD8采用單次翻轉(zhuǎn)，依靠圖像處理單元、紅外分束器以及紅外光源系統(tǒng)對能量的調(diào)節(jié)以及圖像像素合并方法實現(xiàn)對圖像灰度的控制；
四幅紅外輻射圖像在物面上疊加，對應(yīng)像素點重合；
四幅紅外輻射圖像經(jīng)過其后面的紅外分束器5-1、5-2、5-3合束，在經(jīng)過紅外成像光學(xué)系統(tǒng)4成像在成像面11上；
通過設(shè)計紅外分束器5-1，5-2，5-3的反射率和透射率以及選擇紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器的光源強度，使位于紅外分束器5-1與紅外成像光學(xué)系統(tǒng)4之間的任意一個與光軸垂直的面10上的光強滿足關(guān)系El/E2=36、E3/E4=36。El為第一套紅外DMD動態(tài)轉(zhuǎn)換器3_1的DMD8處于開態(tài)的一個像素經(jīng)過第二紅外分束器5-2反射和第一紅外分束器5-1透射后在面10上的光強，E2為第二套紅外DMD動態(tài)轉(zhuǎn)換器3-2的DMD8處于開態(tài)的一個像素經(jīng)過第一紅外分束器5-1、第二紅外分束器5-2透射后在面10上的光強，E3為第三套紅外DMD動態(tài)轉(zhuǎn)換器3-3的DMD8處于開態(tài)的一個像素經(jīng)過第一紅外分束器5-1、第三紅外分束器5_3反射后在面10上的光強，E4為第四套紅外DMD動態(tài)轉(zhuǎn)換器3-4的DMD8處于開態(tài)的一個像素經(jīng)過第三紅外分束器5-3透射和第一紅外分束器5-1反射后在面10上的光強。從而在該物面上實現(xiàn)1296級灰度對比度為兩套DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器件能量兩倍的顯示效果，生成具有高對比度(單DMD四倍)動態(tài)紅外圖像。
[0007]本發(fā)明涉及的一種四套DMD疊加成像的高對比度紅外景象生產(chǎn)方法和系統(tǒng)，只需要在圖像處理單元增加兩路商與余數(shù)的復(fù)制輸出，再增加兩套紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器和紅外分束器，使之滿足相同的空間位置關(guān)系和光強關(guān)系，既可將生成的動態(tài)紅外景象的對比度提高兩套DMD輻射能量的一倍。
[0008]本發(fā)明具有以下效果:本發(fā)明采用四套DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器，四套DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器在物面疊加生成具有單套DMD輻射能量4倍的高對比度動態(tài)紅外景象。每增加兩套紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器和紅外分束器，即可將生成的動態(tài)紅外景象的對比度增加。同時，在幀頻范圍內(nèi)任意積分時間的探測器都可以探測到一副完整灰度的紅外圖像。本發(fā)明解決了單套DMD積分時間固定，對比度不強的問題，可用于短積分時間內(nèi)高對比度的DMD紅外鏡像模擬器的研制。
【附圖說明】
[0009]圖1是現(xiàn)有的基于單套DMD的光學(xué)景象模擬器的工作原理圖。
[0010]圖2是本發(fā)明四套DMD顯示圖像在物面疊加的紅外景象生成方法示意圖。
[0011]其中序號I是圖形工作站，2是圖像處理單元，3是紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器3_1、3-2、3-3,3-4,4是紅外成像光學(xué)系統(tǒng)，5是紅外分束器5_1、5-2,5-3,6是紅外光源，7是紅外光源光學(xué)系統(tǒng)，8是DMD，9是紅外DMD動態(tài)圖像轉(zhuǎn)換器驅(qū)動器，10是位于紅外分束器5_1與紅外成像光學(xué)系統(tǒng)之間的任意一個與光軸垂直的面，11是待測試紅外成像光學(xué)系統(tǒng)的成像面。
[0012]圖3是本發(fā)明中圖像處理單元像素合成示意圖。
[0013]將DMD分成若干個6X6像素，每6X6個像素合成為一個大像素，通過打開鏡片個數(shù)來表示當前灰度。
[0014]圖4是本發(fā)明中圖像處理單元像素分配示