[发明专利]短积分时间内实现大灰度数的红外景象生成方法及系统

说明书

(一)技术领域

本发明属于红外传感器技术领域，具体涉及一种用于室内条件下进行红外成像传感器功能和精度半实物仿真测试的短积分时间内实现大灰度数的红外景象生成方法及系统。

(二)背景技术

红外成像传感器广泛应用于天文学、空间科学、夜间观察、红外成像制导、搜索、跟踪、告警以及科学实验中。为了测试用于卫星、红外成像导引头、红外搜索与跟踪系统、红外告警系统的红外成像传感器的性能，需要在实验室内为其提供一定的与使用条件匹配的红外景象作为输入图像，使红外成像传感器产生一定的输出，进行半实物仿真测试。数字阵列器件(digital micromirror devices，DMD)可产生宽波段红外光学景象。美国光科公司最早将DMD用于中波红外和长波红外景象的产生(Proceedings of SPIE，Technologies for SyntheticEnvironments：Hardware-in-the-Loop Testing VI，2001，4366：96-102)。申请者也开发出基于DMD的红外景象模拟器(红外与激光工程，2008，37(5)：753)。现有的DMD红外景象模拟器由图形计算机(1)、黑体(6)、光源光学系统(7)、DMD(3)、DMD的驱动器(2)和红外成像光学系统(4)组成，其工作原理如图1所示。DMD的驱动器接收图形计算机输出的图像信号，驱动DMD工作。DMD通过调制黑体发出的经光源光学系统会聚的光将图形计算机输出的图像信号转变为红外辐射图像，再由红外成像光学系统成像在成像面，待测试的红外成像传感器的探测面位于成像面，供红外成像传感器系统仿真测试使用。

DMD通常采用脉冲宽度调制方法实现对图像灰度的控制。在一帧时间内，DMD根据驱动器输入的脉宽信号，通过控制DMD的微镜反射进入成像光学系统的光的时间长短来实现对像素灰度的数字控制。

随着红外成像传感器的发展，红外成像传感器的积分时间越来越短。这意味着，在一帧时间内，只有在红外成像传感器的积分时间内控制DMD的微镜反射进入成像光学系统的光的时间长短才是有效的。例如，对于积分时间只有500μs的红外成像传感器，需要在500μs内通过脉冲宽度调制完成对像素灰度的数字控制。但是，现有的DMD及其驱动器控制一个微镜处于开态的最短时间约为15μs，因此DMD的微镜反射进入成像光学系统的光的最短时间约为15μs。这样，在500μs积分时间内通过脉冲宽度调制只能实现33级灰度。另一方面，在进行500μs短积分时间的红外成像传感器功能和精度半实物仿真测试时，需要能提供更高灰度数的红外景象，例如256级灰度。现有的基于单个DMD的红外景象生成方法无法在短 积分时间内，通过脉冲宽度调制方法生成大灰度数的红外景象。

(三)发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足。

本发明的另外一个目的是提出一种短积分时间内实现大灰度数的红外景象生成方法及系统。

本发明的解决方案是：一种短积分时间内实现大灰度数的红外景象生成方法，采用两套DMD(3a，3b)和驱动DMD工作的驱动器(2a，2b)；

黑体光源(6)辐射的红外光经光源光学系统(7a)整形后均匀照射用于能量调整的DMD(3a)，DMD(3a)输出的红外光经光源光学系统(7b)整形后均匀照射用于景象显示的DMD(3b)；

通过对景象显示的DMD(3b)显示的灰度图像进行二进制光学编码，对能量调整的DMD(3a)显示的图像进行能量编码，在积分时间内实现大灰度数的红外景象生成。

景象显示的DMD(3b)在积分时间内显示的图像按照时序均分为n个子场显示(n为整数，1≤n≤99)，每个时序子场对应一个数据位。

能量调整的DMD(3a)的驱动器(2a)接收来自待测试红外成像传感器或图形计算机发出的同步信号(8)，景象显示的DMD(3b)的驱动器(2b)接收驱动器(2a)发出的同步信号，同步信号控制DMD(3a)和DMD(3b)同步工作。

能量调整的DMD(3a)受驱动器(2a)控制，在时序子场内输出的能量依次减半或加倍。