本文關(guān)鍵詞：基于DMD的大動態(tài)范圍中波紅外仿真系統(tǒng)研究

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【摘要】：紅外仿真技術(shù)可以在實驗室產(chǎn)生紅外成像系統(tǒng)測試所需要的紅外模擬場景,能夠有效地測試紅外成像系統(tǒng)的性能,具有高效、方便、低耗、可重復(fù)性等優(yōu)點,目前已成為國內(nèi)外研究的熱點。本文分析比較了目前主流的幾種紅外仿真技術(shù),針對紅外成像系統(tǒng)高空間分辨率、高幀頻等應(yīng)用需求,開展了基于數(shù)字微鏡器件(DMD)的紅外場景仿真系統(tǒng)的研究。DMD是一種MEMS器件,主要用于調(diào)制入射光線,反射圖像信息,具有高分辨率、高幀頻、高穩(wěn)定性等特點,本文深入研究了DMD的工作原理和工作方式,分析了幾種常用的灰度調(diào)制方法,針對系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)中紅外仿真系統(tǒng)投影10~12bit灰度圖像時幀頻達(dá)到100Hz以上的關(guān)鍵要求,提出3種實現(xiàn)方案,改進(jìn)型PWM調(diào)制方案,積分同步PWM調(diào)制方案和DMD微鏡拼接調(diào)制方案。前兩種方案可以實現(xiàn)10~12bit灰度圖像下最大120Hz的顯示,后者根據(jù)圖像源的分辨率可以靈活設(shè)計拼接方式和調(diào)制方法,雖然犧牲了空間分辨率,但是可以將灰度圖像位數(shù)提高兩位。本文的系統(tǒng)主要包括光學(xué)系統(tǒng)、圖像處理軟件、DMD控制部分,其中DMD控制是系統(tǒng)設(shè)計的重點。DMD控制采用Discovery 4100開發(fā)平臺,分析了該平臺下DMD工作的數(shù)據(jù)寫入、數(shù)據(jù)清除、復(fù)位操作等控制時序,完成對DMD驅(qū)動電子學(xué)模塊的開發(fā)。最后搭建紅外仿真系統(tǒng)原理樣機,通過紅外熱像儀對其進(jìn)行觀測,可以采集到清晰穩(wěn)定的紅外灰度圖像。最后根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)分析測試結(jié)果,驗證系統(tǒng)設(shè)計的性能。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)字微鏡器件 紅外場景仿真系統(tǒng) PWM調(diào)制 大動態(tài)范圍
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN219
【目錄】：

• 致謝4-5
• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 紅外場景仿真技術(shù)概述9-14
• 1.1.1 直接紅外輻射型10-12
• 1.1.2 紅外輻射調(diào)制型12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 課題研究的目的和意義15
• 1.4 論文的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容15-17
• 2 DMD工作原理及紅外仿真系統(tǒng)設(shè)計要求17-29
• 2.1 DMD介紹17-20
• 2.1.1 DMD結(jié)構(gòu)介紹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數(shù)據(jù)加載方式20-22
• 2.2.2 DMD微鏡翻轉(zhuǎn)與保持22-24
• 2.2.3 DMD塊清除操作24-25
• 2.2.4 DMD的開窗工作和全局工作方式25-27
• 2.3 紅外仿真系統(tǒng)設(shè)計要求27-29
• 3 基于DMD的紅外仿真系統(tǒng)總體設(shè)計29-43
• 3.1 系統(tǒng)組成29-30
• 3.2 紅外投影光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計30-32
• 3.3 DMD紅外窗口材料更換32-34
• 3.4 基于積分時間同步的DMD圖像顯示方案34-43
• 3.4.1 DMD時間灰度調(diào)制方案35-37
• 3.4.2 常規(guī)的PWM調(diào)制分析37-38
• 3.4.3 改進(jìn)型位面顯示法38-39
• 3.4.4 積分同步改進(jìn)型PWM調(diào)制39-41
• 3.4.5 DMD微鏡拼接位面調(diào)制法41-43
• 4 紅外仿真系統(tǒng)電子學(xué)設(shè)計43-55
• 4.1 總體設(shè)計43
• 4.2 驅(qū)動平臺介紹43-46
• 4.3 上位機設(shè)計46-51
• 4.3.1 上位機軟件設(shè)計46-47
• 4.3.2 USB2.0 設(shè)計47-51
• 4.4 DMD控制設(shè)計51-55
• 4.4.1 數(shù)據(jù)加載模塊51-53
• 4.4.2 DMD復(fù)位控制53
• 4.4.3 串行化輸出53-55
• 5 實驗樣機研制及性能分析55-59
• 5.1 系統(tǒng)硬件搭建55-56
• 5.2 中波紅外圖像顯示結(jié)果56-57
• 5.3 實驗結(jié)果分析57-59
• 5.3.1 系統(tǒng)幀頻同步分析57
• 5.3.2 仿真系統(tǒng)最高幀頻測試57-58
• 5.3.3 溫度范圍和溫度分辨率分析58-59
• 6 總結(jié)與展望59-61
• 6.1 總結(jié)59-60
• 6.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-63
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果63

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