dmd在高動(dòng)態(tài)成像探測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

dmd在高動(dòng)態(tài)成像探測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1圖像傳感器的發(fā)展在高動(dòng)態(tài)輻射場(chǎng)景的成像中，有必要同時(shí)測(cè)量明亮和黑暗的目標(biāo)。然而，如果在視覺(jué)上有明亮的物體，圖像傳感器很容易生成局部飽和，該區(qū)域的信息丟失，電視設(shè)備無(wú)法正常工作。如光電經(jīng)緯儀在工作過(guò)程中,高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下需要捕獲的亮目標(biāo)與暗目標(biāo)之間的光照強(qiáng)度之比一般在一百萬(wàn)以上,通常要求成像設(shè)備具有很大的動(dòng)態(tài)范圍;在深空星體觀測(cè)中,如果在視場(chǎng)內(nèi)存在兩顆星,星等相差達(dá)到10等以上,普通成像系統(tǒng)就不能同時(shí)準(zhǔn)確觀測(cè)到兩顆星體;在航天偵查、觀測(cè)等領(lǐng)域,當(dāng)星載光電成像設(shè)備的指向與太陽(yáng)夾角比較小時(shí),會(huì)造成圖像傳感器的大面積飽和,形成日暈、blooming等現(xiàn)象,使光電成像設(shè)備失靈。目前,提高高動(dòng)態(tài)輻射場(chǎng)景成像探測(cè)能力的主要手段有:(1)增大圖像傳感器的像元尺寸;(2)采用雙圖像傳感器成像方法,其中一個(gè)積分時(shí)間長(zhǎng),另一個(gè)積分時(shí)間短;(3)改變CMOS圖像傳感器的讀出結(jié)構(gòu),將圖像傳感器的信號(hào)輸出幅度與接收的光電子數(shù)由線性關(guān)系變?yōu)閷?duì)數(shù)關(guān)系;(4)采用設(shè)定多幀不同積分時(shí)間的高幀頻的圖像傳感器進(jìn)行連續(xù)快速成像,再通過(guò)多幀不同感光程度合成圖像。但上述方法的成像動(dòng)態(tài)范圍較小(60~80dB),而且某些圖像為非同一時(shí)刻獲得的圖像,需要進(jìn)行圖像增強(qiáng)后處理。因此,這些技術(shù)手段無(wú)法滿足實(shí)時(shí)成像觀察測(cè)量多個(gè)高亮度目標(biāo)的要求。數(shù)字微透鏡(DigitalMicromirrorDevice,DMD)為T(mén)I公司生產(chǎn)的一種空間光調(diào)制器,主要用于投影或仿真系統(tǒng)。DMD結(jié)合圖像傳感器能夠解決高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中同時(shí)探測(cè)強(qiáng)弱目標(biāo)的問(wèn)題,該方法中視場(chǎng)光線通過(guò)一個(gè)由圖像傳感器的像素值控制的DMD空間光調(diào)制器,使得圖像傳感器上每個(gè)像素的曝光時(shí)間由此像素探測(cè)到的場(chǎng)景光強(qiáng)控制。本文針對(duì)高動(dòng)態(tài)輻射場(chǎng)景的成像探測(cè),設(shè)計(jì)了能使探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)增66dB的DMD驅(qū)動(dòng)控制,并對(duì)主要設(shè)計(jì)模塊以及參數(shù)進(jìn)行了分析,最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此控制設(shè)計(jì)的正確性。2dmd光強(qiáng)調(diào)制DMD是一種被集成在尋址集成芯片上的快速數(shù)字光開(kāi)關(guān)反射陣列,由許多小型鋁制反射鏡面構(gòu)成(見(jiàn)圖1(a)),鏡片的數(shù)量由顯示分辨率決定,一個(gè)小鏡片對(duì)應(yīng)一個(gè)像素。數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的微鏡面用鉸鏈結(jié)構(gòu)建造在由硅片襯托的CMOS存儲(chǔ)器上,每個(gè)微小鏡面單元下的一對(duì)尋址電極與其下方SRAM單元CMOS電路的電壓互補(bǔ)端通過(guò)導(dǎo)電通道連接。系統(tǒng)依靠SRAM單元對(duì)每個(gè)微鏡尋址,通過(guò)改變每個(gè)微鏡面在CMOS下的地址電壓,可以產(chǎn)生靜電力驅(qū)動(dòng)DMD的每個(gè)微鏡的旋轉(zhuǎn),微鏡的旋轉(zhuǎn)角度有兩種穩(wěn)定的鏡片狀態(tài)(+12°和-12°)。如圖1(b)所示,當(dāng)DMD受到光源照射時(shí),微鏡面的正負(fù)兩態(tài)將入射光分別以不同角度反射,調(diào)整入射光線角度,將這兩態(tài)的微鏡面對(duì)應(yīng)成系統(tǒng)的亮暗兩種像素,從而使投射到DMD上的光線有選擇地反射而形成黑白點(diǎn)像素。在高動(dòng)態(tài)輻射場(chǎng)景成像探測(cè)系統(tǒng)中(如圖2所示),目標(biāo)光線通過(guò)DMD光調(diào)制器后,反射到圖像探測(cè)器上。根據(jù)探測(cè)器獲得的圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生掩模數(shù)據(jù),用此數(shù)據(jù)去調(diào)整DMD上相應(yīng)位置的微反射鏡的開(kāi)關(guān)狀態(tài)以及開(kāi)關(guān)時(shí)間,以達(dá)到調(diào)整像面局部區(qū)域光強(qiáng)的目的。掩模數(shù)據(jù)(一幀母掩模由n幀二進(jìn)制子掩模組成,每個(gè)子掩模的作用時(shí)間不同)即為圖2中的二進(jìn)制數(shù)據(jù),其對(duì)應(yīng)的調(diào)光權(quán)值如表1所示。通過(guò)調(diào)節(jié)光強(qiáng)控制權(quán)值ri可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像傳感器上對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)不同層次的光強(qiáng)控制,從而提高光電成像設(shè)備的可探測(cè)動(dòng)態(tài)范圍。作為光強(qiáng)調(diào)制器件,DMD的優(yōu)點(diǎn)為:(1)DMD光強(qiáng)調(diào)制器件采用反射式結(jié)構(gòu),光能利用率高,可達(dá)68%以上;(2)DMD所有微鏡的控制可以同步完成,保證光能可同一時(shí)刻到達(dá)圖像傳感器;(3)利用微鏡擺動(dòng)次數(shù)實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)調(diào)制,線性度高,有利于原始圖像數(shù)據(jù)的恢復(fù);(4)其光強(qiáng)調(diào)制的動(dòng)態(tài)范圍依賴(lài)于刷新頻率,當(dāng)刷新頻率較低時(shí)(10c),其動(dòng)態(tài)范圍可以很高,達(dá)到66+dB。幀頻更低時(shí)可以得到更高的動(dòng)態(tài)范圍;(5)DMD的像元尺寸與CCD相機(jī)像素相匹配,能夠?qū)ο衩孢M(jìn)行像素級(jí)的空間調(diào)制;(6)響應(yīng)速度快,最高可達(dá)2萬(wàn)多幀,48dB光強(qiáng)調(diào)制幀頻可達(dá)80frame/s,66dB光強(qiáng)調(diào)制幀頻可達(dá)10frame/s。3高度動(dòng)態(tài)成像場(chǎng)景檢測(cè)系統(tǒng)的dz3.1dmd數(shù)據(jù)加載為使高動(dòng)態(tài)成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)增66dB,將DMD的主要參數(shù)指標(biāo)設(shè)為:(1)分辨率1024×768VGA;(2)幀周期10frame/s;(3)最小光強(qiáng)調(diào)制權(quán)值1/2048。成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍可以看作是可探測(cè)到的最大光強(qiáng)與最小光強(qiáng)之比。如圖2所示,若調(diào)光系統(tǒng)中的圖像探測(cè)器為CCD,CCD的動(dòng)態(tài)范圍定義為它的滿勢(shì)阱電荷Imax和最小噪聲電荷Imin之比,DMD的動(dòng)態(tài)范圍由最大與最小光強(qiáng)控制權(quán)值rmax,rmin的比值決定,有:DMD結(jié)合CCD的成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍為:其中:rmax為最大調(diào)光權(quán)值1;若,則有:與傳統(tǒng)成像系統(tǒng)相比,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍得到了明顯的提高。若系統(tǒng)采用11位高靈敏、動(dòng)態(tài)范圍為66+dB的科學(xué)級(jí)圖像傳感器,則整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)130dB。DMD數(shù)據(jù)加載以行為單位,16個(gè)時(shí)鐘周期(32個(gè)時(shí)鐘邊沿)加載一行1024位數(shù)據(jù)。1024×768規(guī)格DMD的二進(jìn)制子掩模加載時(shí)間的計(jì)算公式為:子幀加載時(shí)間=時(shí)鐘周期×每行時(shí)鐘數(shù)×行數(shù).在400MHz的DMD時(shí)鐘條件下,采用雙沿采樣,可得單子幀加載的時(shí)間為:0.0025μs×16×768=30.72μs.DMD復(fù)位模式為全局復(fù)位的情況下,二進(jìn)制子掩模的最短作用時(shí)間為:子幀加載時(shí)間+復(fù)位信號(hào)保持+微鏡狀態(tài)穩(wěn)定等待時(shí)間=30.72+4.5+8=43.22μs,即一幀二進(jìn)制子掩模的最短時(shí)間為43.22μs。支持的最大11階灰度顯示幀頻為:因此DMD可以實(shí)現(xiàn)10frame/s、11階灰度的灰度調(diào)制,即達(dá)到最小光強(qiáng)調(diào)制權(quán)值1/2048,使成像探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)動(dòng)態(tài)范圍增大了66dB。在時(shí)鐘頻率為400MHz、DMD模式為全局復(fù)位的情況下,DDC4100向DMD傳輸數(shù)據(jù)的峰值帶寬為:子幀數(shù)據(jù)量/最小時(shí)間幀=1024×768×1bit/48.83μs≈16.1Gbit/s≈2.01GB/s.幀緩存器采用三星DDR2SODIMMsMT8HTF12864HY-667內(nèi)存芯片,其容量為1GB,位寬64bit,DDR2時(shí)鐘頻率設(shè)計(jì)為200MHz,雙沿采樣,則緩存器的最大帶寬為:圖3為DMD的翻轉(zhuǎn)過(guò)程,在DMD母掩模幀周期為10frame/s的情況下,最小子幀的作用時(shí)間為48.83μs,由于翻轉(zhuǎn)耗時(shí)4μs以及翻轉(zhuǎn)后的6μs阻尼振蕩時(shí)間會(huì)干擾調(diào)光精度,因此需要最大程度地減小微鏡翻轉(zhuǎn)帶來(lái)的影響。由于像素調(diào)光只需要將某飽和像素值調(diào)節(jié)到圖像傳感器自身較敏感的響應(yīng)區(qū)段內(nèi)(一般為圖像傳感器的臨界飽和值與1/2臨界飽和值之間),因此調(diào)光權(quán)值的步進(jìn)較大,而且可以設(shè)為固定的幾個(gè)調(diào)光權(quán)值。本設(shè)計(jì)采用二倍關(guān)系,見(jiàn)表1中的ri。調(diào)光權(quán)值由母掩模中各個(gè)子掩模的作用時(shí)間決定,ti的取值方式只需要讓小于等于i的子幀的對(duì)應(yīng)像素為‘1’,大于i的子幀對(duì)應(yīng)的像素為‘0’即可得到對(duì)應(yīng)調(diào)光權(quán)值ri,從而使一幀母掩模內(nèi)的某個(gè)像素最多只在某一幀子掩模上發(fā)生像素值的改變,達(dá)到讓DMD陣列某個(gè)微鏡在一幀母掩模內(nèi)最多發(fā)生一次翻轉(zhuǎn),從而減小微鏡擺動(dòng)次數(shù),使其擺動(dòng)所帶來(lái)的影響降到最低。3.2ddd驅(qū)動(dòng)控制板高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景成像探測(cè)系統(tǒng)如圖4所示。圖像探測(cè)器CCD獲取場(chǎng)景圖像數(shù)據(jù),再通過(guò)數(shù)據(jù)處理板生成對(duì)應(yīng)的DMD調(diào)光控制的母掩模數(shù)據(jù),并由EXP接口導(dǎo)入DMD驅(qū)動(dòng)控制板。母掩模數(shù)據(jù)控制DMD每個(gè)微鏡的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)及穩(wěn)定時(shí)間,達(dá)到調(diào)節(jié)光強(qiáng)的目的。DMD驅(qū)動(dòng)控制板主要由現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)、DDC4100數(shù)字控制器和DAD2000DMD電源復(fù)位驅(qū)動(dòng)器組成。FPGA用于DMD驅(qū)動(dòng)邏輯控制;DDC4100提供高速2×LVDS數(shù)據(jù)和控制接口,為DAD2000提供鏡片復(fù)位和時(shí)序信息,支持隨機(jī)行尋址;DAD2000生成16組DMD鏡片的復(fù)位控制。CCD與DMD組成的光學(xué)系統(tǒng)如圖5所示。當(dāng)DMD上的微反射鏡處于開(kāi)的狀態(tài)時(shí),微透鏡將成像物鏡上的光反射到CCD成像探測(cè)器上,形成對(duì)應(yīng)像素的亮態(tài);當(dāng)DMD上的微反射鏡處于關(guān)的狀態(tài)時(shí),入射到DMD上的光線被反射到非成像反射吸光裝置內(nèi),光線不能到達(dá)圖像傳感器,從而形成對(duì)應(yīng)像素的暗態(tài)。3.3ddr存儲(chǔ)讀取數(shù)據(jù)根據(jù)DMD在高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景成像探測(cè)系統(tǒng)中的工作特性以及指標(biāo)要求,設(shè)計(jì)的DMD驅(qū)動(dòng)控制總體模塊結(jié)構(gòu)如圖6所示。數(shù)據(jù)接收模塊接收由EXP傳入的位寬為128bit數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)緩存流入數(shù)據(jù)包分發(fā)模塊。此模塊分析來(lái)自EXP接口的數(shù)據(jù)包,如果是DDR內(nèi)存寫(xiě)入數(shù)據(jù)包,則從數(shù)據(jù)包中提取寫(xiě)入地址和數(shù)據(jù),并分別寫(xiě)入DDR2數(shù)據(jù)寫(xiě)入緩存模塊。當(dāng)檢測(cè)到有數(shù)據(jù)等待寫(xiě)入時(shí),DDR2讀寫(xiě)控制模塊將數(shù)據(jù)寫(xiě)入DDR2內(nèi)存。在DMD控制模塊內(nèi)部插入子幀計(jì)數(shù)器,當(dāng)計(jì)數(shù)器完成當(dāng)前子幀數(shù)據(jù)周期計(jì)數(shù)時(shí),會(huì)觸發(fā)一個(gè)信號(hào)通知DDR2讀寫(xiě)控制模塊停止當(dāng)前的數(shù)據(jù)寫(xiě)入操作,轉(zhuǎn)而執(zhí)行DDR數(shù)據(jù)讀取操作,讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)FIFO數(shù)據(jù)緩存。DMD控制模塊在對(duì)DMD控制器進(jìn)行配置后,將數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊,最終寫(xiě)入DMD4100以及DMD。數(shù)據(jù)包分發(fā)模塊解析來(lái)自EXP接口的控制命令包,并將包內(nèi)的數(shù)據(jù)及寄存器號(hào)送至FIFO緩存,最后DMD控制模塊根據(jù)FIFO中的內(nèi)容對(duì)控制寄存器進(jìn)行配置。DMD寄存器的控制命令用于控制DMD幀頻、DMD數(shù)據(jù)加載方式及信息查詢(xún)等。3.4中央系統(tǒng)模塊3.4.1接收數(shù)據(jù)模塊EXP接口的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送采用16通道、DDR源同步差分低壓信號(hào)。發(fā)送模塊(TX)使用16對(duì)低壓差分信號(hào)傳送數(shù)據(jù),一對(duì)低壓差分信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘。發(fā)送端的16個(gè)數(shù)據(jù)通道工作于8∶1的并串變換。接收模塊(RX)使用16對(duì)低壓差分信號(hào)接收數(shù)據(jù),一對(duì)低壓差分信號(hào)源同步時(shí)鐘輸入。接收端的16個(gè)數(shù)據(jù)通道工作于1∶8的串并變換。數(shù)據(jù)接收模塊接收的數(shù)據(jù)最終采用128位數(shù)據(jù)總線,數(shù)據(jù)的組織方式如圖7所示。二進(jìn)制子掩模按行相鄰的128位二進(jìn)制數(shù)據(jù)從左至右分別對(duì)應(yīng)于128位數(shù)據(jù)總線的高低位,以此組織方式寫(xiě)入DDR緩存,最后在數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊再次進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,最終將數(shù)據(jù)寫(xiě)入DMD的SDRAM內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)加載。3.4.2dmd傳輸協(xié)議的業(yè)務(wù)模塊建立控制DMD的通信協(xié)議,其設(shè)計(jì)思想是外部輸入數(shù)據(jù)與DMD之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸,中途的介質(zhì)不需要了解傳輸協(xié)議。從外部接口傳輸?shù)紻MD的數(shù)據(jù)分為2種,一種是掩模數(shù)據(jù),一種是對(duì)DMD寄存器的操作,分別把掩模數(shù)據(jù)和對(duì)DMD的操作看成是數(shù)據(jù)和指令。這2部分都是由EXP端口輸入,并傳輸?shù)紻MD的緩存中,分別存在不同的位置。數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)塊為單位存儲(chǔ),不同的數(shù)據(jù)塊是變長(zhǎng)的,指令是定長(zhǎng)的。包定義如表2所示。3.4.3ddr2幀母反應(yīng)順序存儲(chǔ)DDR2內(nèi)存為圖像數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)緩沖,相當(dāng)于計(jì)算機(jī)顯卡內(nèi)存。該內(nèi)存采用讀優(yōu)先,讀寫(xiě)共享策略為ring_buffer,讀寫(xiě)端數(shù)據(jù)分別為來(lái)自EXP圖像及寫(xiě)入DMD的圖像。將DDR2分8個(gè)區(qū),每個(gè)區(qū)域存一幀母掩模,共可存8幀母掩模,母掩模中的各個(gè)子掩模依順序按地址増存于同一個(gè)區(qū)。讀取數(shù)據(jù)時(shí),依次讀出,當(dāng)讀完一幀母掩模后,DDR地址跳到下一幀母掩模存儲(chǔ)區(qū)。3.4.4dand微鏡的旋轉(zhuǎn)和質(zhì)量控制3.4.4.新數(shù)據(jù)的加載(1)加載(Load):Load就是將要顯示的二進(jìn)制圖像數(shù)據(jù)裝載到DMD各微鏡下對(duì)應(yīng)的CMOS存儲(chǔ)單元里。對(duì)DMD各微鏡所對(duì)應(yīng)的CMOS存儲(chǔ)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)加載不會(huì)改變微鏡的機(jī)械狀態(tài);但是新數(shù)據(jù)的加載會(huì)導(dǎo)致微鏡發(fā)生很小角度的偏移,大概會(huì)使微鏡偏轉(zhuǎn)角度減小0.15°,這個(gè)微小的角度在正常偏轉(zhuǎn)(|12|±1°)所允許的偏差范圍內(nèi)。(2)復(fù)位(Reset):為了使存儲(chǔ)器裝載后改變微鏡的機(jī)械位置,必須給出復(fù)位信號(hào)。復(fù)位信號(hào)給出后,塊區(qū)域中那些被改變了數(shù)據(jù)的像元所對(duì)應(yīng)的微鏡將反方向偏轉(zhuǎn),否則將保持不動(dòng)。(3)MirrorSettlingTime:在全局復(fù)位模式下,當(dāng)DMD正在復(fù)位時(shí),不能立即進(jìn)行數(shù)據(jù)裝載。復(fù)位到可以進(jìn)行數(shù)據(jù)裝載的這段等待時(shí)間稱(chēng)作MirrorSettlingTime。3.4.4.全局復(fù)位模式本高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景成像探測(cè)系統(tǒng)采用0.7XGADMD,其1024×768像素單元被劃分為16塊(16Blocks),每塊為1024×48。在塊操作中,DMD微鏡和其所對(duì)應(yīng)的SRAM被劃分為不同塊,這些Block被編址使其能夠在Block控制信號(hào)下進(jìn)行復(fù)位和清零操作。各個(gè)Block的復(fù)位和清零由RST2BLKZ、dmd_blk_md(1∶0)和dmd_blk_ad(3∶0)控制。RST2BLKZ不適用于全局復(fù)位。此設(shè)計(jì)采用全局復(fù)位模式,所對(duì)應(yīng)的dmd_blk_md(1:0)與dmd_blk_ad(3∶0)分別為“11”、“1000”。全局復(fù)位模式下所有的塊被綁定為一個(gè)組,然后一起復(fù)位,即所有的DMD存儲(chǔ)器被裝載后給出一個(gè)全局復(fù)位信號(hào)使微鏡偏向所需要的狀態(tài)。微鏡復(fù)位操作的執(zhí)行開(kāi)始于對(duì)dmd_blk_md(1∶0)和dmd_blk_ad(3∶0)進(jìn)行賦值,在很短的時(shí)間過(guò)后,DDC4100將通過(guò)反饋給FPGA的信號(hào)RST_ACTIVE變高并持續(xù)4.5μs來(lái)標(biāo)示DMD的復(fù)位過(guò)程。微鏡按照復(fù)位信號(hào)進(jìn)行翻轉(zhuǎn),在復(fù)位信號(hào)過(guò)后的8μs內(nèi)屬于微鏡的不穩(wěn)定時(shí)間,即MirrorSettlingTime。在這段時(shí)間內(nèi),被復(fù)位的DMD所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)不能改變,但其它塊內(nèi)的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行加載。此外,全局復(fù)位后必須加入DMDNO-OPROWCYCLE來(lái)激活RST_ACTIVE信號(hào)。3.4.4.數(shù)據(jù)讀取和行地址計(jì)數(shù)的同步當(dāng)初始化完成,用戶可以自由地寫(xiě)數(shù)據(jù)信息到DDC4100。當(dāng)DVALID=1,DDC開(kāi)始對(duì)LVDS數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣,同時(shí)把行地址信息傳遞給DMD;當(dāng)DVALID=0,DDC停止加載數(shù)據(jù)和控制信息直到DVALID=1。對(duì)于0.7XGADMD,每個(gè)時(shí)鐘沿寫(xiě)入32bit數(shù)據(jù),共需32個(gè)時(shí)鐘延寫(xiě)入一行數(shù)據(jù)1024bit。dmd_row_md(1∶0)決定行寫(xiě)入數(shù)據(jù)的行地址計(jì)數(shù)的工作模式,dmd_row_ad(10∶0)為寫(xiě)入的行地址信號(hào),dmd_row_md(1∶0)和dmd_row_ad(10∶0)必須和DVALID同步。DMD的數(shù)據(jù)加載是以行為單位,行地址的操作同時(shí)依賴(lài)于North/SouthFlipFlag(NS_FLIP)。TI的相關(guān)資料列出了dmd_row_md(1∶0)、dmd_row_ad(10∶0)以及North/SouthFlipFlag的關(guān)系表,本設(shè)計(jì)采用N/SFlipFlag=0、dmd_row_md(1∶0)=10的模式。3.4.4.二進(jìn)制子掩模數(shù)據(jù)加載控制圖8為DMD二進(jìn)制子掩模數(shù)據(jù)加載和復(fù)位狀態(tài)機(jī)。狀態(tài)wait_bmp_frame觸發(fā)DDR進(jìn)入讀取數(shù)據(jù)模式,dmd_row_write每次向DMD寫(xiě)一行數(shù)據(jù)(1024bit);然后進(jìn)入dmd_load,檢測(cè)數(shù)據(jù)緩存FIFO是否存滿一行數(shù)據(jù)(1024bit),若是則再次進(jìn)入dmd_row_write向DMD寫(xiě)一行數(shù)據(jù)(1024bit),如此循環(huán)。每寫(xiě)一行數(shù)據(jù)則DMD行地址dmd_row_ad(10∶0)加1,當(dāng)dmd_row_ad(10∶0)大于768時(shí),表示加載完一個(gè)子幀數(shù)據(jù),進(jìn)入load_error_detect。bin_frame_timer為子幀作用時(shí)間計(jì)數(shù)器,當(dāng)子幀作用時(shí)間大于最小子幀作用時(shí)間43.22μs時(shí),直接進(jìn)入dmd_grst進(jìn)行全局復(fù)位;相反,則進(jìn)入set_pwm_timer,采用clear快速清屏方式來(lái)達(dá)到快速顯示的目的。全局復(fù)位過(guò)后,不能立即加載數(shù)據(jù),需要進(jìn)入復(fù)位延時(shí)dmd_grst_delay進(jìn)行12.5μs的延時(shí)等待。圖9為一幀二進(jìn)制子掩模數(shù)據(jù)的復(fù)位和行寫(xiě)入放大時(shí)序圖。4圖像傳感器對(duì)圖像數(shù)據(jù)esesor相對(duì)誤差的影響根據(jù)圖像傳感器采集的圖像數(shù)據(jù)Esensor(x,y)和與其對(duì)應(yīng)時(shí)刻的DMD調(diào)光權(quán)值r(x,y),可以恢復(fù)原始場(chǎng)景的圖像數(shù)據(jù)?；謴?fù)的圖像數(shù)據(jù)為:其中:K為校正系數(shù),C為常量。設(shè)DMD具有精確的光強(qiáng)控制等級(jí),即可不考慮光強(qiáng)控制權(quán)值r(x,y)的誤差,因此可視為通過(guò)圖像傳感器采集的圖像數(shù)據(jù)Esensor(x,y)來(lái)恢復(fù)原始場(chǎng)景圖像數(shù)據(jù),則相對(duì)誤差為:當(dāng)C=0時(shí),即此時(shí)的相對(duì)誤差由圖像傳感器的相對(duì)誤差決定。圖像傳感器采集的圖像數(shù)據(jù)Esensor越大,誤差越小。因此,光強(qiáng)控制應(yīng)盡量使圖像傳感器探測(cè)值靠近圖像傳感器的飽和閾值。絕對(duì)誤差為:隨著調(diào)光權(quán)值的減小,絕對(duì)誤差增大。因此在光強(qiáng)一定的情況下,盡量選取較大的調(diào)光權(quán)值,以減小恢復(fù)圖像數(shù)據(jù)的絕對(duì)誤差。5圖像數(shù)據(jù)恢復(fù)高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景成像探測(cè)系統(tǒng)中,DMD選取0.7XGA,其最小調(diào)光權(quán)值設(shè)為1/2048,其它參數(shù)設(shè)置如表1所示,ISE仿真波形如圖10所示。圖中bin_frame_idex(3∶0)為子幀序列計(jì)數(shù),bin_frame_timer_over為子幀作用時(shí)間計(jì)數(shù)器的觸發(fā)信號(hào),c_state為狀態(tài)機(jī),dmd_blk_md、dmd_blk_ad、dmd_row_md、dmd_row_ad為復(fù)位和行寫(xiě)入操作控制信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的圖像探測(cè)器采用8位CCD。實(shí)驗(yàn)中,CCD工作幀頻與DMD母掩模幀頻同步,采用強(qiáng)光源照射視場(chǎng)局部區(qū)域,以模擬出視場(chǎng)中同時(shí)存在亮暗目標(biāo)的場(chǎng)景。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。圖11(a)為DMD微鏡陣列處于全ON狀態(tài)下CCD采集到的圖像及其灰度直方圖,即此時(shí)DMD未對(duì)入射光線進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制。由于強(qiáng)光源