一种基于dmd的红外探测器的仿真装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及红外搜索跟踪技术领域，具体涉及基于DMD (Digital-Mirror Device， 数字微镜器件）的红外探测器的仿真装置及方法。
【背景技术】
[0002] 红外动态场景仿真系统的目的是在实验室内红外成像系统的视场范围内创造一 个逼真的红外目标和背景环境，并且对目标的亮度、对比度、运动速度等给出定量的变化， 使得能在实验室内对红外成像系统的探测距离、捕捉目标的能力、和一些动态指标作精确 的测量分析。传统的DMD仿真方法一般采用投影仪架构的DMD系统，直接从电脑的VGA接 口输出图像，存在低帧频、积分时间不可更改、难实现同步（易闪烁）、控制不灵活等问题。
【发明内容】
[0003] 解决上述技术问题，本发明提供了一种基于DMD的红外探测器的仿真装置，能够 通过高速总线从主机端的红外图像数据库获取红外仿真图像为红外系统的前期研制提供 真实的仿真数据。板间通过高速光纤实现高速数据传输。
[0004] 本发明还提供了一种基于DMD的红外探测器的仿真方法，通过FPGA来控制数字微 镜器件DMD芯片及其复位芯片DAD，控制数字微镜器件DMD的开关时间，并且能在数字微镜 器件DMD显示一帧图像时给出精确的同步信号，可控的显示时间及同步信号可以与红外探 测器的积分时间严格匹配，能够解决红外动态仿真图像闪烁的问题。
[0005] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种基于DMD的红外探测器的 仿真装置，包括主机、数字发送板、数字仿真板，所述主机通过PCI总线与数字发送板连接， 所述数字发送板通过光纤与数字仿真板连接，
[0006]数字发送板通过PCI总线接收主机发送来的红外仿真图像，然后通过光纤将红外 仿真图像发送至数字仿真板，
[0007]数字仿真板包括FPGA模块、数字微镜器件DMD和复位芯片DAD，所述数字仿真板接 收到红外仿真图像后，经FPGA模块对红外仿真图像进行乒乓缓存，以实现数据的无缝缓冲 处理，并将红外仿真图像发送至数字微镜器件DMD，然后控制复位芯片DAD输出驱动电压， 驱动数字微镜器件DMD微镜翻转，进行投影。
[0008] 进一步的，所述数字发送板包括可编程门阵列FPGA和光纤发送模块，所述可编程 门阵列FPGA接收主机发送的红外仿真图像，进行电光转换后经光纤发送模块通过光纤发 送模块经光纤发送至数字仿真板。
[0009] 更进一步的，数字发送板用于完成以下步骤：
[0010] 1)数据搬移，当主机准备好一帧或者多帧红外仿真图像时，发出读取命令，FPGA 会读取主机内存中指定地址中指定长度的一块红外仿真图像，写到FPGA的FIFO缓存中 去；
[0011] 2)FPGA从缓冲FIFO中读出红外仿真图像，发给光纤模块；
[0012] 3)FPGA读完一帧红外仿真图像向主机提供中断，主机响应中断后准备好下一帧红 外仿真图像，放到指定的主机内存中，然后向FPGA发出读取命令。
[0013] 进一步的，所述数字仿真板包括光纤接收模块，所述光纤接收模块与光纤发送模 块、光纤配合，接收数字发送板发送过来的红外仿真图像。
[0014] 更进一步的，所述数字仿真板用于完成以下步骤：
[0015] 1)光纤接收模块接收到红外仿真图像，缓存在FIFO中，然后按乒乓方式写入两个 SRAM中，每个SRAM缓存一幅图像；
[0016] 2)初始化数字微镜器件DMD和DAD芯片，以实现其处在正常工作状态；
[0017] 3)通过FPGA将红外仿真图像写入数字微镜器件DMD，然后控制DAD芯片输出驱动 电压，驱动数字微镜器件DMD微镜翻转，进行投影。
[0018] 进一步的，所述主机还连接有红外图像数据库，所述红外图像数据库用于存储面 阵红外图像源，包括目标信息的红外图像源和不包含目标信息的红外背景图像源。
[0019] 一种基于DMD的红外探测器的仿真方法，适用于上述装置，包括以下步骤：
[0020] S1:主机从红外图像数据库获取面阵红外仿真图像，并将面阵红外仿真图像进行 灰度变换、插值和位面转换，生成红外仿真图像，
[0021] S2 :主机通过PCI总线将红外仿真图像发送至数字发送板，
[0022] S3:数字发送板将红外仿真图像转换成光信号，经光纤发送至数字仿真板，
[0023] S4 :数字仿真板接收红外仿真图像，并驱动数字微镜器件DMD和DAD芯片实现红外 仿真图像投影成像仿真。
[0024] 进一步的，S3中具体包括以下步骤：
[0025] 1)数据搬移，当主机准备好一帧或者多帧红外仿真图像的时候，发出读取命令， FPGA会读取主机内存中指定地址中指定长度的一块红外仿真图像，写到FPGA的FIFO缓存 中去；
[0026] 2)FPGA从缓冲FIFO中读出红外仿真图像发给光纤模块；
[0027] 3)FPGA读完一帧红外仿真图像向主机提供中断，主机响应中断后准备好一帧红外 仿真图像，放到指定的PC内存中，然后向FPGA发出读取命令。
[0028] 进一步的，S4中具体包括以下步骤：
[0029] 1)接收光纤接收模块接收到红外仿真图像，缓存在FIFO中，然后按乒乓方式写入 两个SRAM中，每个SRAM缓存一幅图像；
[0030] 2)初始化数字微镜器件DMD和DAD芯片，以实现其处在正常工作状态；
[0031] 3)通过FPGA将红外仿真图像写入数字微镜器件DMD，然后控制DAD芯片输出驱动 电压，驱动数字微镜器件DMD微镜翻转，进行投影。
[0032] 本发明通过采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下优点：
[0033] (1)能够通过高速总线从主机端的红外图像数据库获取红外仿真图像为红外系统 的前期研制提供真实的仿真数据。
[0034] (2)板间通过高速光纤实现高速数据传输。
[0035] (3)通过FPGA来控制数字微镜器件DMD芯片及其复位芯片DAD，控制数字微镜器 件DMD的开关时间，并且能在数字微镜器件DMD显示一帧图像时给出精确的同步信号，可控 的显示时间及同步信号可以与红外探测器的积分时间严格匹配，能够解决红外动态仿真图 像闪烁的问题。
【附图说明】
[0036] 图1是本发明的系统框图。
[0037] 图2是本发明装置实施例的结构示意图。
[0038] 图3是图1中数字发送板FPGA内部逻辑示意图。
[0039] 图4是图1中数字仿真板FPGA内部逻辑示意图。
[0040] 图5是本发明的方法实施例的控制流程图。
【具体实施方式】
[0041] 现结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0042] 作为一个具体的实施例，如图1至图4所示，一种基于DMD的红外探测器的仿真装 置，包括主机、数字发送板、数字仿真板，所述主机通过PCI总线与数字发送板连接，所述数 字发送板通过光纤与数字仿真板连接，
[0043] 数字发送板通过PCI总线接收主机发送来的和红外仿真图像，转换成光信号，通 过光纤发送至数字仿真板，
[0044] 数字仿真板包括FPGA模块、数字微镜器件（DMD)和复位芯片DAD，所述数字仿真板 接收到红外仿真图像后，经FPGA模块对红外仿真图像进行乒乓缓存，以实现数据的无缝缓 冲处理，并将红外仿真图像发送至数字微镜器件DMD，然后控制DAD芯片发出驱动电压，驱 动数字微镜器件DMD微镜翻转，进行投影。
[0045] 从图2中可以看到整个系统的实现：通过应用程序从外场试验红外图像数据库中 调用相应的红外仿真图像，进行格式变换（灰度变换、位面转换、插值等），主机驱动程序将 红外仿真图像写入主机内存，然后通知FPGA将PC机内存中的红外仿真图像通过PCI总线 读出，并且写入FPGA内部FIFO中，最后再由FPGA从FIFO中读出红外仿真图像并且按照规 定的协议发转换成光信号送给后级红外数字仿真板。红外数字仿真板将红外仿真图像缓存 在外接的乒乓SRAM中，最后读出送到数字微镜器件DMD投影。
[0046] 所述数字发送板包括可编程门阵列FPGA和光纤发送模块，所述可编程门阵列 FPGA接收主机发送的红外仿真图像，经光纤发送模块通过光纤发送至数字仿真板。
[0047] 数字发送板用于完成以下步骤：
[0048] 1)数据搬移，当主机准备好一帧或者多帧红外仿真图像的时候，发出读取命令， FPGA会读取主机内存中指定地址中指定长度的一块红外仿真图像，写到FPGA的FIFO缓存 中去；
[0049] 2)FPGA从缓冲FIFO中读出红外仿真图像，发给光纤模块；
[0050] 3)FPGA读完一帧红外仿真图像向主机提供中断，主机响应中断后准备好下一帧红 外仿真图像放到指定的主机内存中，然后向FPGA发出读取命令。
[0051] 图3显示本发明中的发送板FPGA内部逻辑示意图。FPGA和PCI总线的接口采用 了开放IP组织Opencores提供的PCIBridge Core。该核提供了 Wishbone片上系统总线和 PCI逻辑总线的接口。控制状态机和PCIBridge Core连接采用了 Wishbone协议。当主机 通过PCI总线向FPGA的状态机发送控制指令，或者初始化FPGA内部的寄存器的时候，FPGA 作为目标设备。而当主机设定完FPGA的工作模式后，由FPGA从主机内存获得红外仿真图 像的时候，FPGA要作为PCI总线交易的发起设备，这样可以尽量避免主机端由于操作系统 等其他比较复杂的原因打断PCI总线上一次交易的可能性。在使用该核的时候，还要注意 要设置相应的寄存器，让该核在读取主机内存的数据时候可以采用突发的方式，提高传输 效率。
[0052] 本发明的设计中PCI总线时钟频率为33MHz，32bit数据总线。PCI总线具有高速、 突发（Burst)的数据传输特征，在本设计的条件下，如果FPGA能够不断申请到总线，每次读 写操作的时候采用突发读写，并且一次读写操作数据周期能够达到64个时钟周期，那么理 论上PCI总线的带宽可以达到107MByte/s，达到了红外仿真图像高速传输的目的。但是，实 际上主机的PCI总线仲裁器是不会让FPGA独占PCI总线的，因此实测传输速率为40MByte/ s。所述数字仿真板包括光纤接收模块，所述光纤接收模块与光纤发送模块、光纤配合，接收 数字发送板发送过来