【摘要】：前沿科學(xué)與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)短時(shí)間壽命、極弱光學(xué)信號(hào)的關(guān)鍵物質(zhì)產(chǎn)生、傳遞過(guò)程提出了越來(lái)越高的觀測(cè)需求。傳統(tǒng)的光譜技術(shù)和影像技術(shù)是人們認(rèn)識(shí)客觀世界的重要手段,但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足當(dāng)前科學(xué)家的需求。單光子時(shí)間分辨成像光譜儀成為當(dāng)前前沿科學(xué)研究領(lǐng)域急需的高端儀器裝備。它將壓縮感知理論與單光子探測(cè)技術(shù)相結(jié)合,創(chuàng)新性地解決了維度問(wèn)題和靈敏度問(wèn)題,是基于全新原理的新一代高性能光學(xué)儀器。隨著單光子時(shí)間分辨成像光譜儀研制計(jì)劃的提出,各個(gè)分系統(tǒng)和零部件的研制需求便應(yīng)運(yùn)而生。本文設(shè)計(jì)的光路控制系統(tǒng)是儀器的核心部件,用于實(shí)現(xiàn)儀器核心思想壓縮感知理論的測(cè)量過(guò)程。控制系統(tǒng)利用數(shù)字微鏡器件(Digital Micromirror Device, DMD)實(shí)現(xiàn)二值隨機(jī)測(cè)量矩陣,將光線調(diào)制匯聚到單光子探測(cè)器。該系統(tǒng)是連接光學(xué)和電子學(xué)的橋梁,在儀器中起到關(guān)鍵作用。首先,論文設(shè)計(jì)了基于FPGA的DMD控制系統(tǒng)總體架構(gòu)。系統(tǒng)由DDR2SDRAM應(yīng)用接口和DMD控制器組成。DDR2 SDRAM應(yīng)用接口為DMD顯示提供高速數(shù)據(jù)流,DMD控制器控制DMD實(shí)現(xiàn)二值顯示。然后,根據(jù)系統(tǒng)總體架構(gòu),設(shè)計(jì)了DMD專(zhuān)用的DDR2 SDRAM應(yīng)用接口。該接口極大地簡(jiǎn)化了用戶的操作,只需一根信號(hào)線便可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作,而不必了解復(fù)雜的操作命令。應(yīng)用接口會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與命令的同步。最后,設(shè)計(jì)了壓縮感知專(zhuān)用的DMD控制器�？刂破饕訢MD接口芯片DDC4100為基礎(chǔ),同樣將用戶操作降至最簡(jiǎn)。用戶只需向一根信號(hào)線發(fā)起命令,便可以實(shí)現(xiàn)顯示操作的所有流程。控制器會(huì)自動(dòng)從DDR2 SDRAM接口讀取數(shù)據(jù)并傳輸給DMD實(shí)現(xiàn)二值矩陣的顯示。結(jié)果證明,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)二值矩陣的顯示,完成了光譜儀中壓縮感知的測(cè)量過(guò)程,為理論算法提供了技術(shù)平臺(tái)。
[Abstract]:Frontier science and high technology industry demand more and more observation for the short life, the production of the key matter of the very weak optical signal and the transmission process. Traditional spectral technology and image technology are important means for people to understand the objective world, but they can not meet the needs of current scientists. Single-photon time-resolved imaging spectrometer has become a high-end instrument which is urgently needed in the field of frontier scientific research. It combines compression sensing theory with single photon detection technology and solves the dimension problem and sensitivity problem innovatively. It is a new generation of high performance optical instrument based on new principle. With the development plan of single photon time resolution imaging spectrometer, the development requirements of various subsystems and components have emerged. The optical path control system designed in this paper is the core component of the instrument, which is used to realize the measurement process of the core idea of the instrument. The control system uses the digital micromirror device (Digital Micromirror Device, DMD) to realize the binary random measurement matrix and converges the light modulation into the single photon detector. The system is a bridge between optics and electronics and plays a key role in the instrument. Firstly, the overall architecture of DMD control system based on FPGA is designed. The system is composed of DDR2SDRAM application interface and DMD controller. DDR2 SDRAM application interface provides high speed data stream for DMD display. DMD controller controls DMD to realize binary display. Then, according to the overall architecture of the system, a special DDR2 SDRAM application interface for DMD is designed. The interface greatly simplifies the operation of the user and can read and write the data with only one signal line without having to understand the complex operation commands. The application interface automatically synchronizes data with commands. Finally, a special DMD controller for compression sensing is designed. The controller is based on the DMD interface chip DDC4100, and also reduces the user operation to the simplest. Users can display all the processes by issuing commands to a single signal line. The controller automatically reads data from the DDR2 SDRAM interface and transmits it to DMD to display the binary matrix. The results show that the system can display the binary matrix, complete the measurement process of compression perception in the spectrometer, and provide a technical platform for the theoretical algorithm.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TH744.1

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本文編號(hào)：2187236