專利名稱：一種基于雙套dmd的高對比度紅外景象生成方法和系統(tǒng)的制作方法
一種基于雙套DMD的高對比度紅外景象生成方法和系統(tǒng)技術領域
本發(fā)明屬于紅外傳感器技術領域，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基于雙套DMD的高對比度紅外景象生成方法和系統(tǒng)。
背景技術：
紅外成像傳感器廣泛應用于天文學、空間科學、夜間觀察、紅外成像制導、搜索、跟蹤、告警以及科學實驗中。為了測試用于衛(wèi)星、紅外成像導引頭、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)為其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, Technologies for Synthetic Environments: Hardware-in-the- Loop Testing VI , 2001,4366:96-102)。 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)。現(xiàn)有的基于DMD的紅外景象模擬器主要由圖形計算機1、紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2和紅外成像光學系統(tǒng)3組成，其工作原理如圖1所示。紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2包含黑體5、紅外光源光學系統(tǒng)6、數(shù)字微鏡陣列7和數(shù)字微鏡陣列驅動器8。數(shù)字微鏡陣列驅動器8接收圖形計算機1輸出的數(shù)字圖像信號，驅動數(shù)字微鏡陣列7工作。數(shù)字微鏡陣列7通過調(diào)制光源發(fā)出的經(jīng)紅外光源光學系統(tǒng)6會聚的光，將圖形計算機1輸出的數(shù)字圖像信號轉變?yōu)榧t外輻射圖像，再由紅外成像光學系統(tǒng)3成像在成像面4，待測試的紅外成像傳感器的探測面位于該成像面，供紅外成像傳感器系統(tǒng)仿真測試使用。
對比度是基于DMD的紅外景象模擬器的一個重要指標，定義為所有微鏡處于開態(tài)與所有微鏡處于關態(tài)的輸出能量之比。由于構成DMD的微鏡尺寸與中波紅外及長波紅外光波波長的大小在相同數(shù)量級，微鏡陣列的衍射和散射現(xiàn)象不可避免，因此基于單套DMD 的紅外景象模擬器的對比度通常不會太高，報道的中波紅外DMD紅外景象模擬器對比度為 250:1 (Proceedings of SPIE, Emerging Digital Micromirror Device Based Systems and Applications, 2009， 7210:721001)。
隨著紅外成像傳感器的發(fā)展，越來越多的紅外成像傳感器用來探測復雜的紅外場景。探測的復雜紅外場景中包含弱輻射的紅外背景和強輻射的紅外干擾，這要求在進行復雜場景的半實物仿真測試時，需要紅外場景模擬器提供對比度更高的紅外景象，例如 10000:1，來提高半實物仿真測試的逼真度。如前所述，由于微鏡陣列衍射和散射現(xiàn)象的存在，現(xiàn)有的基于單個DMD的紅外景象生成方法無法提供這樣高對比度的紅外場景。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足。
本發(fā)明的另外一個目的是提出一種基于雙套DMD的高對比度紅外景象生成方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的解決方案是一種基于雙套DMD的高對比度紅外景象生成方法和系統(tǒng)， 其特征在于圖形計算機1將一幅原始數(shù)字灰度圖像送給兩套紅外DMD動態(tài)轉換器2-1，2-2 的數(shù)字微鏡陣列驅動器8 ；第一套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-1將數(shù)字灰度圖像轉換為紅外輻射圖像，其輸出的紅外圖像經(jīng)紅外光學系統(tǒng)9成像在第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-2的數(shù)字微鏡陣列7 上，所述第一套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-1的數(shù)字微鏡陣列7的每一個像素與所述第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-2的數(shù)字微鏡陣列7的對應像素重合；所述第一套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器包含紅外光源5、紅外光源光學系統(tǒng)6、數(shù)字微鏡陣列7和數(shù)字微鏡陣列驅動器8 ；所述第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器包含數(shù)字微鏡陣列7和數(shù)字微鏡陣列驅動器8 ； 所述兩套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-1，2-2的數(shù)字微鏡陣列7同步工作，顯示相同圖像。
本發(fā)明具有以下效果本發(fā)明采用兩套DMD動態(tài)圖像轉換器，每套DMD動態(tài)圖像轉換器均顯示同一幅數(shù)字圖像，第一套DMD動態(tài)圖像轉換器的輸出圖像作為第二套DMD動態(tài)圖像轉換器的照明光源。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的單個DMD紅外景象模擬器不能獲得高對比的紅外圖像，可用于復雜場景DMD紅外景象模擬器的研制。


圖1是現(xiàn)有的基于DMD的光學景象模擬器的工作原理圖。
圖2是本發(fā)明基于雙套DMD的高對比度紅外景象生成方法的示意圖。
其中序號1是圖形計算機，2是紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-1，2-2，3是紅外成像光學系統(tǒng)，4是紅外成像光學系統(tǒng)3的成像面，5是黑體，6是紅外光源光學系統(tǒng)，7是數(shù)字微鏡陣列，8是數(shù)字微鏡陣列驅動器，9是紅外光學系統(tǒng)。
具體實施方式
結合圖2說明本實施方式，通過降低數(shù)字微鏡陣列的衍射和散射效應實現(xiàn) 10000:1對比度的2-5 Mm紅外景象生成。
圖形計算機1將一幅數(shù)字圖像送給IOMX768個微鏡的2_5 Mm紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-1和2-2的數(shù)字微鏡陣列驅動器8。
第一套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-1將數(shù)字灰度圖像轉換為紅外輻射圖像，其輸出的紅外圖像經(jīng)紅外光學系統(tǒng)9成像在第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-2的數(shù)字微鏡陣列7上，所述第一套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-1的數(shù)字微鏡陣列7的每一個像素與所述第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-2的數(shù)字微鏡陣列7的對應像素重合。
所述第一套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器包含紅外光源5、紅外光源光學系統(tǒng)6、數(shù)字微鏡陣列7和數(shù)字微鏡陣列驅動器8。
所述第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器包含數(shù)字微鏡陣列7和數(shù)字微鏡陣列驅動器 8。
所述兩套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-1，2-2的數(shù)字微鏡陣列7同步工作，顯示相同圖像。
設第一套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-1的數(shù)字微鏡陣列7中一個微鏡處于開態(tài)時輸出的紅外輻射到達第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-2的數(shù)字微鏡陣列7中相應微鏡的能量為E，第一套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-1的數(shù)字微鏡陣列7中該微鏡處于關態(tài)時輸出的紅外輻射到達第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-2的數(shù)字微鏡陣列7中相應微鏡的能量為E/100，對應第一套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-1的對比度為100:1。假設采用的第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-2的對比度也為100:1。這里只考慮數(shù)字微鏡陣列衍射和散射效應。由于兩套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-1和2-2的數(shù)字微鏡陣列7同步工作，當兩套數(shù)字微鏡陣列7的一個對應微鏡同時處于開態(tài)時，第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-2的數(shù)字微鏡陣列7對應微鏡的輸出能量為E ；當兩套數(shù)字微鏡陣列7的一個對應微鏡同時處于關態(tài)時，第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器2-2的數(shù)字微鏡陣列7對應微鏡的輸出能量為 E/10000，系統(tǒng)獲得了 10000:1的對比度。
權利要求
1.一種基于雙套DMD的高對比度紅外景象生成方法和系統(tǒng)，其特征在于圖形計算機 (1)將一幅原始數(shù)字灰度圖像送給兩套紅外DMD動態(tài)轉換器0-1，2-2)的數(shù)字微鏡陣列驅動器⑶；第一套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器將數(shù)字灰度圖像轉換為紅外輻射圖像，其輸出的紅外圖像經(jīng)紅外光學系統(tǒng)(9)成像在第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器(2-2)的數(shù)字微鏡陣列(7)上，所述第一套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器(2-1)的數(shù)字微鏡陣列(7)的每一個像素與所述第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器0-2)的數(shù)字微鏡陣列(7)的對應像素重合；所述第一套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器(2-1)包含紅外光源(5)、紅外光源光學系統(tǒng) (6)、數(shù)字微鏡陣列(7)和數(shù)字微鏡陣列驅動器(8)；所述第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器(2- 包含數(shù)字微鏡陣列(7)和數(shù)字微鏡陣列驅動器⑶；所述兩套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器0-1，2-2)的數(shù)字微鏡陣列(7)同步工作，顯示相同圖像。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于雙套DMD的高對比度紅外景象生成方法和系統(tǒng)，其特征在于圖形計算機(1)與兩套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器(2-1，2-2)連接，紅外光學系統(tǒng)(9)位于所述兩套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器(2-1,2- 之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙套DMD的高對比度紅外景象生成方法和系統(tǒng)。采用兩套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器，兩套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器同步顯示相同的數(shù)字灰度圖像，第一套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器輸出的紅外圖像成像在第二套紅外DMD動態(tài)圖像轉換器的數(shù)字微鏡陣列上，對應像素重合。本發(fā)明可用于基于DMD的高對比度紅外景象模擬器的研制。
文檔編號H04N5/33GK102497574SQ201110393698
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權日2011年12月2日
發(fā)明者康為民, 韓四寧 申請人:哈爾濱工業(yè)大學