DMD动态红外景像投影技术

动态红外景像投影技术是红外硬件闭环仿真(HWIL)和红外成像系统测试和评估的关键技术,随着数字微镜器件(DMD)的研制开发成功,应用DMD产生动态红外景像技术已受到各国研究人员的普遍关注。本文描述了动态红外景像投影技术在仿真和红外成像系统测试中的应用,具体介绍了DMD的工作原理和封装形式及动态红外景像投影系统的工作原理、关键技术和国内外研究现状。     

数字微镜阵列红外动态景象模拟器的研制

红外动态景象模拟器为红外半实物仿真系统提供动态目标和背景,是半实物仿真系统的核心技术之一.介绍了基于数字微镜阵列研制的红外动态景象模拟器的组成、工作原理和技术指标.描述了数字微镜阵列红外动态景象模拟器的4大关键技术,即红外图像转换技术,红外图像转换器的同步调制驱动技术,红外光学耦合技术和红外热像逼真度修正技术.分析了红外图像转换器同步与不同步驱动对图像采集的影响.给出了经研制的数字微镜阵列景象模拟器产生、红外热像仪获取的红外图像.实验结果表明:该模拟可广泛应用于红外成像探测系统的仿真、测试和标定.     

红外景象仿真器技术发展概况

描述了当前国际上红外景象仿真技术的发展动态,归纳了各种器件的发展过程,包括前期已应用的Bly电池、液晶光阀、热电阻阵列、DMD数字微镜阵列、变形镜器件、IRCRT、扫描激光器件等。当前正在发展的激光二极管阵列、红外等离子器件、和光子晶体等新型量子/光子红外景象投影器。介绍了目前已应用的红外景象仿真系统,及其存在的问题。指出了当代先进的红外景象仿真器期望的指标和发展方向,分辨率(>1024×1024)、动态范围(16-bit)、实现高帧频(>400Hz)、高温度(2500K),解决多光谱景象仿真技术。介绍了上海技术物理研究所正在开展的红外景象仿真研究工作,重点介绍包括DMD数字微镜阵列红外景象仿真、电阻阵列红外景象仿真和目标与背景红外动态图像建模等方面的研究进展。简要描述了上述技术的基本原理、研究过程和方法,并列出了已达到的性能指标和实验结果,同时给出了已开发成功的128×128元电阻阵列红外景象仿真器的实物照片。     

基于DMD的动态红外场景投影光学系统设计

为了能够在实验室内实物模拟红外成像,降低光电系统的研发成本和提供可重复的实验环境,需要红外场景仿真器.动态红外投影技术是红外成像测试与评估的关键技术,与传统仿真器相比,采用数字微镜器件(DMD)的红外仿真器可以在更大动态范围内进行高速模拟,这种模拟方法空间分辨率和温度分辨率较高,能满足较高的帧频要求,有较好的应用前景.回顾了动态红外场景投影技术及其分类,描述了基于DMD动态红外场景系统的原理.分析了红外光学系统的特点,给出了投影系统的设计参数,系统使用800×600的DMD,工作在长波波段.使用像差平衡理论设计了投影系统的基本结构,为了得到更好的分辨率和成像质量,利用CODEV软件进行了设计优化,并给出了设计结果及其像差曲线,结果表明:设计满足要求.     

红外景象投射技术研究

利用仿真系统可以在试验室对红外系统进行测试和评估,而仿真系统的关键器件是红外景象投射器。概述了几种主要的红外景象投射技术——光调制技术、电阻阵列、激光二极管阵列、基于DMD器件的数字微镜技术,以及各种技术的特点。给出了红外景投射技术的技术要求,展望了红外景象投射技术的发展方向。     

红外半实物仿真系统的关键技术

红外半实物仿真系统通过生成高逼真动态红外场景图像,为红外成像系统提供测试环境,在红外成像系统的开发、测试和评估中起着非常重要的作用。围绕红外半实物仿真系统中的关键技术,介绍了该系统中采用的动态红外图像生成技术和红外场景投影技术的原理及其优缺点和目前发展状况,以及红外场景仿真和投影器件的发展方向。     

宽波段DMD动态红外景象仿真器投影光学系统设计

宽波段红外景象仿真器可用于内场评价和验证中波/长波红外双波段成像仪。详细介绍了基于数字微镜器件(DMD)的动态红外景象仿真器的组成和工作原理。重点介绍了覆盖中波和长波红外的宽波段红外投影光学系统的指标要求、设计思想和设计结果。基于离轴三反射镜系统设计的系统,具有无色差、适用波段宽、相对孔径大、结构较紧凑、成像质量好等优点。根据待测设备要求,设计了一款口径100、相对孔径F/2.84、全面视场角4.4°、成像质量接近于衍射极限的宽波段投影光学系统。     

基于DMD红外场景仿真系统的研究及应用

系统地介绍了数字微镜器件(DMD)的工作原理、发展及应用。分析了DMD在红外场景仿真应用中所面临的主要技术问题,包括二进制脉宽调制(BPWM)可能产生的短暂假信号、动态范围受微镜衍射的限制、出射光瞳的均匀照射、DMD光学窗的光谱透射以及投影仪与被测导引头同步等。同时基于DMD开发了红外场景仿真原理样机,经测试可在受控的环境下逼真模拟比较复杂的战场环境,并能对红外制导系统的性能进行评估和系统参数优化。该系统可用于红外成像导引头与红外成像火控系统的半实物仿真、光电对抗以及红外成像武器系统的教学训练,并可根据用户的要求研制紫外和可见光场景的仿真系统。     

红外景像模拟器

介绍了红外成像制导半实物仿真系统中红外景像模拟器的组成和工作原理,对其关键技术动态红外景像生成技术进行了综述,并分析了几种应用较多和极具潜力的动态红外景像生成技术,如电阻阵列、液晶光阀、激光二极管阵列以及基于数字微镜器件的景像生成技术,指明了各种方法的优缺点和目前所达到的水平。最后指出了红外景像模拟器的一些性能参数,并阐述了对其性能进行评估研究的必要性。     

数字微镜器件在光电设备中的应用

鉴于数字微镜器件(DMD)良好的空间光调制性能,对其在光电设备中的应用及关键技术进行了深入研究。在分析DMD在数字投影系统中所能实现的最大帧频与系统结构形式、灰度级及DMD类型的关系基础上,给出了多DMD串联实现高灰度级的方案。探讨了利用DMD空间调制特性增强系统性能的具体实现方式,包括高动态范围成像、像素内目标特征检测、探测器像元几何超分辨、压缩感知及成像光谱仪等,并给出了应用过程中涉及的关键技术,如高动态范围成像中各像元曝光时间的确定、DMD微镜与探测器像元之间的几何配准、运动平台条件下探测器和目标之间相对运动以及DMD微镜填充率对系统性能的影响。各微镜角度可灵活控制、存储单元更新频率更高的DMD应用于可编程成像系统将是未来的发展方向。     

低温背景红外场景产生器研究进展

红外场景产生器是红外成像制导半实物仿真中不可缺少的硬件设备之一。随着红外成像探测系统在卫星、深空探测器、空间反卫星武器中的广泛应用,低温背景的红外场景模拟越来越受到重视,发展非常迅速。热电阻阵列红外场景产生器被运用到低温背景模拟中,为产生低温背景,场景产生器需工作在比背景温度更低的温度条件下,因此,通常将场景产生器放在低温真空室中。与该种原理不同,半导体屏式可见光到红外光转换的场景产生器在常温下可以实现低温背景红外场景的模拟。对两种低温背景模拟方法进行了对比,并阐述了低温背景红外场景产生器的研究进展及应用情况。     

基于DMD的红外场景仿真系统实验分析

基于数字微镜器件(DMD)的动态红外场景仿真系统由于其特性已成为研究热点并广泛应用。介绍了DMD的工作原理及其灰度调制技术。分析了探测器积分时间与DMD显示时间匹配对系统成像的影响,得出在静态场景仿真时两者满足一定关系即能消除图像混淆现象,而在动态场景仿真时只有外接同步信号的情况下才能得到清晰完整的图像,并进行了实验验证。     

用于长波红外目标模拟器的DMD衍射特性分析

基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段（8~12 m）时,DMD的衍射效应对系统的成像对比度造成较大影响。为使系统获得高对比度的红外图像,需要对DMD的衍射特性进行分析。首先根据DMD的结构和工作原理,将DMD等效为一特殊的二维闪耀光栅,并利用光栅衍射理论和傅里叶变换,推导出DMD二维光栅衍射模型;然后利用MATLAB对DMD在8~12 m波段的衍射模型进行仿真计算;最后对仿真结果进行了实验验证。通过仿真计算和实验分析得出结论:基于DMD的目标模拟器应用于长波红外波段时,照明光束需要选取合适的入射角;当入射空间方位角为0,入射天顶角为44~48时,目标模拟器生成的红外图像对比度达到最佳,系统成像质量最好。     

DMD的红外动态场景模拟器时间性能测试

DMD红外动态场景模拟器是红外半实物仿真系统的重要组成部分,其时间性能参数决定了模拟器能否将仿真图像正确投射到被测系统。介绍了DMD红外动态场景模拟器工作原理,深入分析了DMD驱动方式和工作时序。讨论了半实物仿真实验对DMD红外动态场景模拟器调制时间、同步和帧频等时间性能参数的需求。提出了DMD红外动态场景模拟器调制时间、同步和帧频测试方法,搭建了测试平台。对现有DMD红外动态场景模拟器调制时间、同步和帧频进行了测试,分析了测试中发现的模拟器相关问题,并提出了改进建议。为模拟器的研制、应用及性能评价提供一定的依据。     

基于双DMD的红外场景投影仪光学系统设计

为提高中波红外场景投影仪的帧速和灰度等级,提出了一种基于双数字微反射镜器件(DMD)的光学系统方案。该光学系统包括照明系统和准直投影光学系统,照明系统采用可提供均匀照明的柯勒照明系统,利用2个非球面透镜简化结构,采用3片式全内反(TIR)棱镜来实现光路的折转衔接以及2个DMD调制的叠加;准直投影光学系统采用二次成像结构,通过合理分配各透镜组光学参数,并采用非球面透镜进行优化设计,得到的光学系统F数为094,入瞳距为850mm,角分辨率为019mrad。投影仪的测试与仿真结果表明此光学系统完全满足红外场景投影仪的使用要求。     

红外导引头动态场景仿真技术(英文)

红外导引头硬件测试的重要性促进了目前大量红外动态场景仿真技术的发展,红外动态场景仿真技术包括动态红外仿真器技术与红外场景仿真技术.红外场景发生器主要有电阻阵列、液晶光阀(LCLVS)、激光显示器、激光半导体阵列、红外CRT和数字微镜(DMD)等.DMD对导引头的性能测试可提供较高的性能指标,而该类型的红外场景发生器正在不断发展之中.红外场景生成可分为数据生成与编程阶段.三维目标模型采用Multigen Creator完成,而场景生成采用Vega完成.Vega的SensorVision模块可以提供大气模型参数以及目标纹理材质.     

基于DMD的高帧频红外场景仿真系统设计

红外动态场景仿真技术在红外成像、跟踪和制导武器等系统的性能评估中起着重要的作用,基于数字微镜器件(Digital Micromirror Device, DMD)的红外场景产生方案是红外场景仿真技术中最具研究价值的一种方案。介绍了DMD的灰度调制原理和工作方式,在此技术基础上设计了基于TI公司的0.7XGA开发平台的DMD驱动程序。通过放大原图像,提高了仿真红外图像的对比度。最后根据探测器输出的积分时间信号和帧同步信号,提出了一种提高DMD投影频率的方案。该方案投影出的灰度图像的对比度有所提高,红外成像仪可以采集到清晰的灰度图像,且每一帧灰度图像的显示时间缩短至1.12 ms,相比于常规方式的7.87 ms有了很大的提高。     

基于谐衍射的红外中波/长波双波段视景仿真光学系统设计

针对红外中波/长波双波段制导系统性能测试与评估的需求,设计了一套基于数字微镜器件的红外双波段视景仿真光学系统,包括投影镜头和照明系统。讨论了大出瞳距、大后工作距情况下红外双波段投影系统的像差特性及设计方法,采用反摄远结构和谐衍射面结合的方案,解决了由双波段、大出瞳距离和大后工作距带来的系统彗差、像散、畸变以及色差难以平衡的问题。采用柯勒式直接照明的方案,解决了斜入射情况下均匀照明的问题,提高了光能利用率并有效地控制了杂光的影响。最终仿真系统全视场角为5,F#为2.4,出瞳距离190 mm,出瞳直径84 mm,系统畸变小于0.1%,中波时系统奈奎斯特频率36 lp/mm下各视场调制传递函数大于0.4,长波时中间频率20 lp/mm处传递函数均大于0.38;照明均匀性高于98.5%。满足红外中波/长波双波段高质量模拟仿真的需求。     

DMD动态红外景象仿真系统的电路设计与研究

概述了国外红外仿真技术的发展状况,分析了MAPS的构成,对核心器件DMD的工作原理及系统的电路进行了详细介绍,并得到了初步的实验结果。