匹配光电积分时间的DMD高帧频显示系统及方法

本技术涉及dmd高帧频显示，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：

1、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。

2、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。

3、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。

技术实现思路

1、本技术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。

2、本技术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；

3、所述探测器用于产生同步信号和光电积分时间数据；

4、所述上位机用于生成图像数据；

5、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；

6、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；

7、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。

8、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。

9、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。

10、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。

11、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。

12、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。

13、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：

14、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；

15、计算显示n位灰度图像的帧周期t，t＝2tload+10treset+(2n-1)tbase；

16、计算显示n位灰度图像的最大帧频f，

17、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

18、按照公式计算出新的时间基数

19、′

20、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。

21、本技术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：

22、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；

23、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；

24、基于二进制脉冲宽度调制法计算显示图像的最大帧频；

25、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；

26、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；

27、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。

28、进一步的，所述方法具体包括：

29、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；

30、计算显示n位灰度图像的帧周期t，t＝2tload+10treset+(2n-1)tbase；

31、计算显示n位灰度图像的最大帧频f，

32、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

33、按照公式计算出新的时间基数

34、′

35、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；

36、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。

37、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。

38、本技术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。