一种薄膜电阻阵红外场景产生装置及工作方法与流程

本发明属于仿真技术领域，具体涉及一种薄膜电阻阵红外场景产生装置及工作方法。

背景技术：

薄膜电阻阵是一种可以产生热图像的高精度、大规模集成的专用电子器件。它一般与光学系统、电子驱动系统、图像计算机生成系统和机械系统等一同构成一种红外场景产生系统。该系统是硬件在回路仿真系统的一个重要组成子系统，主要应用于红外成像系统的测试和仿真中，如导弹位标器、红外成像告警器和红外成像观测器等。目前，国外对该器件的设计、生产和使用进行了深入地研究，如美国的Honeywell和SBIR公司均有相关产品见诸于公开报道。美国军方已经成功的建设了数个以薄膜电阻阵为核心部件的红外场景产生系统，并投入到多种类型的红外成像制导武器系统的测试、仿真和评估。

薄膜电阻阵用途的特殊性，使得国外对我国在该领域内的主要技术和基于它的红外场景产生装置进行封锁。目前我国已经开发出第二代的薄膜电阻阵芯片制备技术，并且基于该自主的专有技术生产出了薄膜电阻阵芯片。使用薄膜电阻阵的红外场景产生装置与其它投影显示装置(如基于DMD的投影显示系统)有着本质的区别，如薄膜电阻阵需要有专用的电子驱动装置、严苛的环境控制装置等。使用其它投影显示装置，帧频低，温度范围窄。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种匹配性好、适用范围广的薄膜电阻阵红外场景产生装置及工作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种薄膜电阻阵红外场景产生装置，包括依次相连接的图像生成装置、薄膜电阻阵驱动装置、薄膜电阻阵和红外光学装置，还包括环境控制装置，环境控制装置与薄膜电阻阵相连接；红外光学装置用于与红外成像探测装置相连接；图像生成装置用于产生红外场景图像数据，并发送至薄膜电阻阵驱动装置；薄膜电阻阵驱动装置用于接收图像生成装置发出的图像数据，进行图像数据的非均匀性和非线性校正，完成图像数据格式转换，产生驱动薄膜电阻阵工作所需的逻辑时序信号；将转换后的图像数据通过多路同步D/A阵列转换为模拟电压；环境控制装置用于控制薄膜电阻阵所需的环境要求；薄膜电阻阵用于在薄膜电阻阵驱动装置的控制下产生红外辐射图像；红外光学装置用于将薄膜电阻阵产生的红外图像准直后投射到红外成像探测装置阵面上。

进一步地，该环境控制装置包括温度控制装置和真空控制装置，温度控制装置用于控制薄膜电阻阵衬底温度；真空控制装置用于控制工作时的薄膜电阻阵真空腔内的大气压。

进一步地，该薄膜电阻阵为256*256元薄膜电阻阵。

进一步地，该薄膜电阻阵驱动装置包括依次信号连接的图像数据处理及发送板、图像数据接收及驱动逻辑板和多路高速同步D/A阵列板，图像数据处理及发送板与图像数据接收及驱动逻辑板和多路高速同步D/A阵列板分开放置，图像数据处理及发送板用于与图像计算机总线或者接口相连接；所述多路高速同步D/A阵列板和图像数据接收及驱动逻辑板均还用于与薄膜电阻阵相连接。

该图像数据处理及发送板用于接收图像计算机发送的图像数据并缓冲，将缓冲后的图像数据进行非均匀和非线性校正，然后将校正后的图像数据的进行驱动格式转换，并传输驱动格式转换后的图像数据。该图像数据接收及驱动逻辑板用于接收图像数据处理及发送板发送的图像数据并缓冲，产生控制D/A阵列所需的驱动逻辑信号，并将该驱动逻辑信号与图像数据同步传输给多路高速同步D/A阵列板；还用于：根据薄膜电阻阵的驱动逻辑时序要求，产生驱动薄膜电阻阵所需的时序逻辑信号；所述多路高速同步D/A阵列板用于接收图像数据接收及驱动逻辑板发送的驱动逻辑信号和图像数据，驱动多路D/A阵列同步工作，将图像数据转换为驱动薄膜电阻阵显示的电压信号，并传输至薄膜电阻阵。

本发明还公开了上述的一种薄膜电阻阵红外场景产生装置的工作方法，该方法如下：

上述图像生成装置产生红外场景图像数据，并发送给薄膜电阻阵驱动装置，薄膜电阻阵驱动装置接收图像生成装置给出的图像数据，进行图像数据的非均匀性和非线性校正，完成图像数据格式转换，产生驱动薄膜电阻阵工作所需的逻辑时序信号；薄膜电阻阵在薄膜电阻阵驱动装置的控制下产生红外辐射图像，并传输至红外光学装置，红外光学装置将薄膜电阻阵产生的红外图像准直后投射到红外成像探测装置阵面上；在上述传输工作过程中，环境控制装置控制薄膜电阻阵所需的环境要求。

本发明一种薄膜电阻阵红外场景产生装置具有如下优点：可以用于多种类型红外成像探测、制导系统(如扫描型、凝视型)的测试和半实物仿真，且无论红外探测器积分时间长短，它都可以进行很好的匹配测试，该装置产生的红外图像具有有效辐射波段宽(2μm～12μm)，辐射温度范围大(室温～350℃)的特点。

附图说明

图1是本发明一种薄膜电阻阵红外场景产生装置的结构示意图；

图2是本发明中薄膜电阻阵驱动装置的结构示意图；

图3.是本发明中图像数据处理及发送板的结构示意图；

图4是本发明中图像数据接收及驱动逻辑板以及与外部连接的结构示意图；

其中：1.图像生成装置；2.薄膜电阻阵驱动装置；2-1.图像数据处理及发送板；2-2.图像数据接收及驱动逻辑板；2-3.多路高速同步D/A阵列板；2-11第一存储器；2-12.非均匀性和非线性校正电路；2-13.格式转换电路；2-14.高速通信发送接口；2-21.第二存储器；2-22.逻辑产生及D/A控制逻辑电路；2-23.逻辑电平转换电路；2-24.高速通信接收接口；3.环境控制装置；3-1.温度控制装置；3-2.真空控制装置；4.薄膜电阻阵；5.红外光学装置；6.红外成像探测装置。

具体实施方式

本发明一种薄膜电阻阵红外场景产生装置，如图1所示，包括依次相连接的图像生成装置1、薄膜电阻阵驱动装置2、薄膜电阻阵4和红外光学装置5，还包括环境控制装置3，所述环境控制装置3与薄膜电阻阵4相连接；所述红外光学装置5用于与红外成像探测装置6相连接。

上述图像生成装置1用于产生红外场景图像数据，并发送至薄膜电阻阵驱动装置2；可选择使用高性能图形工作站，如Hp公司的Z800，按照指定要求生成辐射亮度分辨率为16bit的红外图像序列数据，并通过工作站上的DVI视频接口将该图像序列数据发送给薄膜电阻阵驱动装置。也可以选用图像生成计算机。

上述薄膜电阻阵驱动装置2用于接收图像生成装置发出的图像数据，进行图像数据的非均匀性和非线性校正，完成图像数据的格式转换，产生驱动薄膜电阻阵工作所需的逻辑时序信号，包括行时钟信号、行选通信号、行复位信号、列时钟信号、列选通信号和列复位信号。将转换后的图像数据通过多路同步D/A阵列转换为模拟电压，驱动薄膜电阻阵4工作。该环境控制装置5用于控制薄膜电阻阵所需的环境要求；薄膜电阻阵4用于在薄膜电阻阵驱动装置2的控制下产生红外辐射图像；红外光学装置5用于将薄膜电阻阵4产生的红外图像准直后投射到红外成像探测装置6阵面上。该红外光学装置的参数如下：长波波段为2μm～12μm。该装置可以根据待测试红外成像探测装置的工作波段和光学参数进行独立选择和设计。

该环境控制装置3包括温度控制装置3-1和真空控制装置3-2，温度控制装置3-1用于控制薄膜电阻阵衬底温度；真空控制装置3-2用于控制工作时的薄膜电阻阵真空腔内的大气压。使用热电偶检测薄膜电阻阵密封腔体内的温度，使用半导体制冷器对薄膜电阻阵的衬底进行温度控制，将衬底温度控制在0℃，控制精度应达到±2℃。同时使用水冷循环机辅助半导体制冷器进行温度控制；使用无油真空分子泵对薄膜电阻阵密封腔体抽真空，使用规管检测密封腔体内的真空度，保证薄膜电阻阵被驱动时其密封腔内的气压不大于15Pa。薄膜电阻阵4为256*256元薄膜电阻阵。

如图2所示，薄膜电阻阵驱动装置2包括依次信号连接的图像数据处理及发送板2-1、图像数据接收及驱动逻辑板2-2和多路高速同步D/A阵列板2-3，图像数据处理及发送板2-1与图像数据接收及驱动逻辑板2-2和多路高速同步D/A阵列板2-3分开放置，图像数据处理及发送板2-1用于与图像计算机总线或者接口相连接；多路高速同步D/A阵列板2-3和图像数据接收及驱动逻辑板2-2均还用于与薄膜电阻阵4相连接。

上述图像数据处理及发送板2-1用于接收图像计算机发送的图像数据并缓冲，将缓冲后的图像数据进行非均匀和非线性校正，然后将校正后的图像数据的进行驱动格式转换，并传输驱动格式转换后的图像数据；

上述图像数据接收及驱动逻辑板2-2用于接收图像数据处理及发送板2-1发送的图像数据并缓冲，产生控制D/A阵列所需的驱动逻辑信号，并将该驱动逻辑信号与图像数据同步传输给多路高速同步D/A阵列板；还用于：根据薄膜电阻阵4的驱动逻辑时序要求，产生驱动薄膜电阻阵4所需的时序逻辑信号。

上述多路高速同步D/A阵列板2-3用于接收图像数据接收及驱动逻辑板2-2发送的驱动逻辑信号和图像数据，驱动多路D/A阵列同步工作，将图像数据转换为驱动薄膜电阻阵显示的电压信号，并传输至薄膜电阻阵4。

如图3所示图像数据处理及发送板2-1包括依次相连接的第一存储器2-11、非均匀性和非线性校正电路2-12、格式转换电路2-13和高速通信发送接口2-14；第一存储器2-11用于与图像生成装置1相连接，进行数据缓冲；高速通信接口2-14用于与图像数据接收及驱动逻辑板2-2相连接。非均匀性和非线性校正电路2-12包括依次相连接的第一FPGA芯片、双端口RAM和第二FPGA芯片；第一FPGA芯片用于完成图像的非均匀性和非线性校正，并将校正后的数据交替写入两片双端口RAM中，第二FPGA芯片从双端口RAM读取数据并进行格式转换，然后将转换后的数据通过光纤高速通信接口发送给图像数据接收及驱动逻辑板2-2。

如图4所示，图像数据接收及驱动逻辑板2-2包括依次相连接的高速通信接收接口2-24、第二存储器2-21、逻辑产生及D/A控制逻辑电路2-22和逻辑电平转换电路2-23；逻辑产生及D/A控制逻辑电路用于产生D/A阵列控制信号；逻辑电平转换电路2-23用于产生薄膜电阻阵逻辑驱动控制信号；高速通信接收接口2-24与高速通信发送接口2-14相连接。逻辑产生及D/A控制逻辑电路2-22包括设置于图像数据接收及驱动逻辑板2-2上的第三FPGA芯片，第三FPGA芯片用于从第二存储器2-21中提取图像数据，产生D/A阵列控制信号，并将该控制信号与图像数据同步送给D/A阵列，同时产生薄膜电阻阵的逻辑驱动控制信号。

本发明公开了上述的一种薄膜电阻阵红外场景产生装置的工作方法，该方法如下：

所述图像生成装置1产生红外场景图像数据，并发送给薄膜电阻阵驱动装置2，薄膜电阻阵驱动装置2接收图像生成装置发送的图像数据，进行图像数据的非均匀性和非线性校正，完成图像数据格式转换，产生驱动薄膜电阻阵4工作所需的逻辑时序信号；薄膜电阻阵4在薄膜电阻阵驱动装置2的控制下产生红外辐射图像，并传输至红外光学装置5，红外光学装置5将薄膜电阻阵产生的红外图像准直后投射到红外成像探测装置6阵面上；在上述传输工作过程中，所述环境控制装置3控制薄膜电阻阵4所需的环境要求。