红外动态图像仿真系统中DMD芯片的灰度调制技术研究

论文摘要

仿真技术在各个领域中的应用已为越来越多的国家所关注,与红外相关的红外仿真技术可用于各种红外系统（如红外导引头、FLIR,Forward Looking Infra-Red系统）的优化设计、性能评估以及搜索跟踪算法的测试评估等多个方面。本文首先介绍了红外动态图像仿真系统的原理及方案,经过比较几种产生红外图像的方法,DMD（Digital Micromirror Device）芯片作为红外辐射调制器件研制动态红外景象仿真更为可行。在基于DMD芯片进行红外仿真的系统中,有关DMD的灰度调制技术是系统的核心技术之一。本文介绍了现有的几种灰度调制方案,如幅值控制法,空间灰度调制法,时间灰度调制法等,在比较了这几种方案的特点之后,针对DMD芯片,选用了脉宽调制（PWM,Pulse Width Modulation）的方法来调制图像的灰度信号。其次,实现脉宽调制的方案有两种,脉宽计数法和脉冲选通法。脉宽计数法是将保存在锁存器中的二进制图像的灰度信号,与计数器中的数值通过比较器比较,由计数器和比较器来控制脉冲的占空比,从而达到调制灰度信号的作用。本文根据这个方案提出了利用可逆计数器和加法计数器两种方法,其中利用可逆计数器来对灰度进行调制的方法,已经被用于场致发射显示等显示技术中,而本文将这种方法用于DMD芯片的灰度调制,并在此基础上提出了利用加法计数器的方法,而且经过仿真证明了方法的可行性。脉冲选通是在一个脉冲周期中,将时间分为若干二进制位时间。在进行灰度调制的时候,二进制图像灰度数值的每一位,对应着不同的二进制时间。每个时间段是否会被选通则要看二进制灰度信号的每一位数值。本文针对这个方案,提出了利用序列信号发生器、移位寄存器和数据选择器三种新的方法,并且每种方法通过仿真证明了确实可行。然后本文分别通过四比特和八比特两种灰度级,对每种方法分别进行电路设计,说明了每种方案在灰度级需要扩展时应该做怎样的改进,并且对这五种方法进行了优缺点的分析和比较。最后,本文采用了调制灰度信号的改进算法,将PWM与FRC（Frame Rate Control）方式相结合,完善了整个灰度调制的方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 红外仿真系统
• 1.3 灰度调制技术
• 1.3.1 空间灰度调制
• 1.3.2 时间灰度调制
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 DMD 芯片
• 2.1 DMD 的机械结构和制造
• 2.2 DMD 的工作原理
• 2.3 DMD 光开关原理
• 2.4 DMD 芯片的主要参数及分类
• 第三章 基于脉宽计数法的DMD 灰度调制方案
• 3.1 脉宽计数法的基本原理
• 3.2 采用可逆计数器的方式
• 3.2.1 可逆计数器
• 3.2.2 PWM 信号的获得
• 3.3 采用加法计数器的方式
• 3.3.1 模15 加法计数器
• 3.3.2 PWM 信号的获得
• 3.4 灰度级的扩展
• 3.4.1 基于可逆计数器的灰度级的扩展
• 3.4.2 基于加法计数器的灰度级的扩展
• 3.5 DMD 灰度调制原理框图
• 第四章 基于脉冲选通法的DMD 灰度调制方案
• 4.1 脉冲选通法的基本原理
• 4.2 采用序列信号发生器的方式
• 4.3 采用移位寄存器的方式
• 4.4 采用数据选择器的方式
• 4.5 灰度级的扩展
• 4.5.1 基于序列信号发生器的灰度级扩展
• 4.5.2 基于移位寄存器的灰度级扩展
• 4.5.3 基于数据选择器的灰度级扩展
• 4.6 DMD 灰度调制原理框图
• 第五章 灰度调制方案的总结分析和改进
• 5.1 灰度调制方案的总结
• 5.2 灰度调制方案改进
• 5.2.1 概述
• 5.2.2 算法
• 5.2.2.1 6PWM+2FRC 调制
• 5.2.2.2 7PWM+1FRC 调制
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果