基于DMD的大动态范围中波红外仿真系统研究

发布时间：2017-07-25 20:25

  本文关键词：基于DMD的大动态范围中波红外仿真系统研究

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【摘要】：红外仿真技术可以在实验室产生红外成像系统测试所需要的红外模拟场景,能够有效地测试红外成像系统的性能,具有高效、方便、低耗、可重复性等优点,目前已成为国内外研究的热点。本文分析比较了目前主流的几种红外仿真技术,针对红外成像系统高空间分辨率、高帧频等应用需求,开展了基于数字微镜器件(DMD)的红外场景仿真系统的研究。DMD是一种MEMS器件,主要用于调制入射光线,反射图像信息,具有高分辨率、高帧频、高稳定性等特点,本文深入研究了DMD的工作原理和工作方式,分析了几种常用的灰度调制方法,针对系统设计指标中红外仿真系统投影10~12bit灰度图像时帧频达到100Hz以上的关键要求,提出3种实现方案,改进型PWM调制方案,积分同步PWM调制方案和DMD微镜拼接调制方案。前两种方案可以实现10~12bit灰度图像下最大120Hz的显示,后者根据图像源的分辨率可以灵活设计拼接方式和调制方法,虽然牺牲了空间分辨率,但是可以将灰度图像位数提高两位。本文的系统主要包括光学系统、图像处理软件、DMD控制部分,其中DMD控制是系统设计的重点。DMD控制采用Discovery 4100开发平台,分析了该平台下DMD工作的数据写入、数据清除、复位操作等控制时序,完成对DMD驱动电子学模块的开发。最后搭建红外仿真系统原理样机,通过红外热像仪对其进行观测,可以采集到清晰稳定的红外灰度图像。最后根据系统设计指标分析测试结果,验证系统设计的性能。
【关键词】：数字微镜器件 红外场景仿真系统 PWM调制 大动态范围
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN219
【目录】：

• 致谢4-5
• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 红外场景仿真技术概述9-14
• 1.1.1 直接红外辐射型10-12
• 1.1.2 红外辐射调制型12-14
• 1.2 国内外研究现状14-15
• 1.3 课题研究的目的和意义15
• 1.4 论文的结构与内容15-17
• 2 DMD工作原理及红外仿真系统设计要求17-29
• 2.1 DMD介绍17-20
• 2.1.1 DMD结构介绍17-19
• 2.1.2 DMD工作原理19-20
• 2.2 DMD的工作方式20-27
• 2.2.1 DMD数据加载方式20-22
• 2.2.2 DMD微镜翻转与保持22-24
• 2.2.3 DMD块清除操作24-25
• 2.2.4 DMD的开窗工作和全局工作方式25-27
• 2.3 红外仿真系统设计要求27-29
• 3 基于DMD的红外仿真系统总体设计29-43
• 3.1 系统组成29-30
• 3.2 红外投影光学系统设计30-32
• 3.3 DMD红外窗口材料更换32-34
• 3.4 基于积分时间同步的DMD图像显示方案34-43
• 3.4.1 DMD时间灰度调制方案35-37
• 3.4.2 常规的PWM调制分析37-38
• 3.4.3 改进型位面显示法38-39
• 3.4.4 积分同步改进型PWM调制39-41
• 3.4.5 DMD微镜拼接位面调制法41-43
• 4 红外仿真系统电子学设计43-55
• 4.1 总体设计43
• 4.2 驱动平台介绍43-46
• 4.3 上位机设计46-51
• 4.3.1 上位机软件设计46-47
• 4.3.2 USB2.0 设计47-51
• 4.4 DMD控制设计51-55
• 4.4.1 数据加载模块51-53
• 4.4.2 DMD复位控制53
• 4.4.3 串行化输出53-55
• 5 实验样机研制及性能分析55-59
• 5.1 系统硬件搭建55-56
• 5.2 中波红外图像显示结果56-57
• 5.3 实验结果分析57-59
• 5.3.1 系统帧频同步分析57
• 5.3.2 仿真系统最高帧频测试57-58
• 5.3.3 温度范围和温度分辨率分析58-59
• 6 总结与展望59-61
• 6.1 总结59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-63
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果63

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