本發(fā)明屬于仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種薄膜電阻陣紅外場景產(chǎn)生裝置及工作方法。

背景技術(shù)：

薄膜電阻陣是一種可以產(chǎn)生熱圖像的高精度、大規(guī)模集成的專用電子器件。它一般與光學(xué)系統(tǒng)、電子驅(qū)動系統(tǒng)、圖像計算機生成系統(tǒng)和機械系統(tǒng)等一同構(gòu)成一種紅外場景產(chǎn)生系統(tǒng)。該系統(tǒng)是硬件在回路仿真系統(tǒng)的一個重要組成子系統(tǒng)，主要應(yīng)用于紅外成像系統(tǒng)的測試和仿真中，如導(dǎo)彈位標(biāo)器、紅外成像告警器和紅外成像觀測器等。目前，國外對該器件的設(shè)計、生產(chǎn)和使用進(jìn)行了深入地研究，如美國的Honeywell和SBIR公司均有相關(guān)產(chǎn)品見諸于公開報道。美國軍方已經(jīng)成功的建設(shè)了數(shù)個以薄膜電阻陣為核心部件的紅外場景產(chǎn)生系統(tǒng)，并投入到多種類型的紅外成像制導(dǎo)武器系統(tǒng)的測試、仿真和評估。

薄膜電阻陣用途的特殊性，使得國外對我國在該領(lǐng)域內(nèi)的主要技術(shù)和基于它的紅外場景產(chǎn)生裝置進(jìn)行封鎖。目前我國已經(jīng)開發(fā)出第二代的薄膜電阻陣芯片制備技術(shù)，并且基于該自主的專有技術(shù)生產(chǎn)出了薄膜電阻陣芯片。使用薄膜電阻陣的紅外場景產(chǎn)生裝置與其它投影顯示裝置(如基于DMD的投影顯示系統(tǒng))有著本質(zhì)的區(qū)別，如薄膜電阻陣需要有專用的電子驅(qū)動裝置、嚴(yán)苛的環(huán)境控制裝置等。使用其它投影顯示裝置，幀頻低，溫度范圍窄。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種匹配性好、適用范圍廣的薄膜電阻陣紅外場景產(chǎn)生裝置及工作方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種薄膜電阻陣紅外場景產(chǎn)生裝置，包括依次相連接的圖像生成裝置、薄膜電阻陣驅(qū)動裝置、薄膜電阻陣和紅外光學(xué)裝置，還包括環(huán)境控制裝置，環(huán)境控制裝置與薄膜電阻陣相連接；紅外光學(xué)裝置用于與紅外成像探測裝置相連接；圖像生成裝置用于產(chǎn)生紅外場景圖像數(shù)據(jù)，并發(fā)送至薄膜電阻陣驅(qū)動裝置；薄膜電阻陣驅(qū)動裝置用于接收圖像生成裝置發(fā)出的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的非均勻性和非線性校正，完成圖像數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生驅(qū)動薄膜電阻陣工作所需的邏輯時序信號；將轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù)通過多路同步D/A陣列轉(zhuǎn)換為模擬電壓；環(huán)境控制裝置用于控制薄膜電阻陣所需的環(huán)境要求；薄膜電阻陣用于在薄膜電阻陣驅(qū)動裝置的控制下產(chǎn)生紅外輻射圖像；紅外光學(xué)裝置用于將薄膜電阻陣產(chǎn)生的紅外圖像準(zhǔn)直后投射到紅外成像探測裝置陣面上。

進(jìn)一步地，該環(huán)境控制裝置包括溫度控制裝置和真空控制裝置，溫度控制裝置用于控制薄膜電阻陣襯底溫度；真空控制裝置用于控制工作時的薄膜電阻陣真空腔內(nèi)的大氣壓。

進(jìn)一步地，該薄膜電阻陣為256*256元薄膜電阻陣。

進(jìn)一步地，該薄膜電阻陣驅(qū)動裝置包括依次信號連接的圖像數(shù)據(jù)處理及發(fā)送板、圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板和多路高速同步D/A陣列板，圖像數(shù)據(jù)處理及發(fā)送板與圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板和多路高速同步D/A陣列板分開放置，圖像數(shù)據(jù)處理及發(fā)送板用于與圖像計算機總線或者接口相連接；所述多路高速同步D/A陣列板和圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板均還用于與薄膜電阻陣相連接。

該圖像數(shù)據(jù)處理及發(fā)送板用于接收圖像計算機發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)并緩沖，將緩沖后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行非均勻和非線性校正，然后將校正后的圖像數(shù)據(jù)的進(jìn)行驅(qū)動格式轉(zhuǎn)換，并傳輸驅(qū)動格式轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù)。該圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板用于接收圖像數(shù)據(jù)處理及發(fā)送板發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)并緩沖，產(chǎn)生控制D/A陣列所需的驅(qū)動邏輯信號，并將該驅(qū)動邏輯信號與圖像數(shù)據(jù)同步傳輸給多路高速同步D/A陣列板；還用于：根據(jù)薄膜電阻陣的驅(qū)動邏輯時序要求，產(chǎn)生驅(qū)動薄膜電阻陣所需的時序邏輯信號；所述多路高速同步D/A陣列板用于接收圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板發(fā)送的驅(qū)動邏輯信號和圖像數(shù)據(jù)，驅(qū)動多路D/A陣列同步工作，將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動薄膜電阻陣顯示的電壓信號，并傳輸至薄膜電阻陣。

本發(fā)明還公開了上述的一種薄膜電阻陣紅外場景產(chǎn)生裝置的工作方法，該方法如下：

上述圖像生成裝置產(chǎn)生紅外場景圖像數(shù)據(jù)，并發(fā)送給薄膜電阻陣驅(qū)動裝置，薄膜電阻陣驅(qū)動裝置接收圖像生成裝置給出的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的非均勻性和非線性校正，完成圖像數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生驅(qū)動薄膜電阻陣工作所需的邏輯時序信號；薄膜電阻陣在薄膜電阻陣驅(qū)動裝置的控制下產(chǎn)生紅外輻射圖像，并傳輸至紅外光學(xué)裝置，紅外光學(xué)裝置將薄膜電阻陣產(chǎn)生的紅外圖像準(zhǔn)直后投射到紅外成像探測裝置陣面上；在上述傳輸工作過程中，環(huán)境控制裝置控制薄膜電阻陣所需的環(huán)境要求。

本發(fā)明一種薄膜電阻陣紅外場景產(chǎn)生裝置具有如下優(yōu)點：可以用于多種類型紅外成像探測、制導(dǎo)系統(tǒng)(如掃描型、凝視型)的測試和半實物仿真，且無論紅外探測器積分時間長短，它都可以進(jìn)行很好的匹配測試，該裝置產(chǎn)生的紅外圖像具有有效輻射波段寬(2μm～12μm)，輻射溫度范圍大(室溫～350℃)的特點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種薄膜電阻陣紅外場景產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中薄膜電阻陣驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3.是本發(fā)明中圖像數(shù)據(jù)處理及發(fā)送板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板以及與外部連接的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1.圖像生成裝置；2.薄膜電阻陣驅(qū)動裝置；2-1.圖像數(shù)據(jù)處理及發(fā)送板；2-2.圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板；2-3.多路高速同步D/A陣列板；2-11第一存儲器；2-12.非均勻性和非線性校正電路；2-13.格式轉(zhuǎn)換電路；2-14.高速通信發(fā)送接口；2-21.第二存儲器；2-22.邏輯產(chǎn)生及D/A控制邏輯電路；2-23.邏輯電平轉(zhuǎn)換電路；2-24.高速通信接收接口；3.環(huán)境控制裝置；3-1.溫度控制裝置；3-2.真空控制裝置；4.薄膜電阻陣；5.紅外光學(xué)裝置；6.紅外成像探測裝置。

具體實施方式

本發(fā)明一種薄膜電阻陣紅外場景產(chǎn)生裝置，如圖1所示，包括依次相連接的圖像生成裝置1、薄膜電阻陣驅(qū)動裝置2、薄膜電阻陣4和紅外光學(xué)裝置5，還包括環(huán)境控制裝置3，所述環(huán)境控制裝置3與薄膜電阻陣4相連接；所述紅外光學(xué)裝置5用于與紅外成像探測裝置6相連接。

上述圖像生成裝置1用于產(chǎn)生紅外場景圖像數(shù)據(jù)，并發(fā)送至薄膜電阻陣驅(qū)動裝置2；可選擇使用高性能圖形工作站，如Hp公司的Z800，按照指定要求生成輻射亮度分辨率為16bit的紅外圖像序列數(shù)據(jù)，并通過工作站上的DVI視頻接口將該圖像序列數(shù)據(jù)發(fā)送給薄膜電阻陣驅(qū)動裝置。也可以選用圖像生成計算機。

上述薄膜電阻陣驅(qū)動裝置2用于接收圖像生成裝置發(fā)出的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的非均勻性和非線性校正，完成圖像數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生驅(qū)動薄膜電阻陣工作所需的邏輯時序信號，包括行時鐘信號、行選通信號、行復(fù)位信號、列時鐘信號、列選通信號和列復(fù)位信號。將轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù)通過多路同步D/A陣列轉(zhuǎn)換為模擬電壓，驅(qū)動薄膜電阻陣4工作。該環(huán)境控制裝置5用于控制薄膜電阻陣所需的環(huán)境要求；薄膜電阻陣4用于在薄膜電阻陣驅(qū)動裝置2的控制下產(chǎn)生紅外輻射圖像；紅外光學(xué)裝置5用于將薄膜電阻陣4產(chǎn)生的紅外圖像準(zhǔn)直后投射到紅外成像探測裝置6陣面上。該紅外光學(xué)裝置的參數(shù)如下：長波波段為2μm～12μm。該裝置可以根據(jù)待測試紅外成像探測裝置的工作波段和光學(xué)參數(shù)進(jìn)行獨立選擇和設(shè)計。

該環(huán)境控制裝置3包括溫度控制裝置3-1和真空控制裝置3-2，溫度控制裝置3-1用于控制薄膜電阻陣襯底溫度；真空控制裝置3-2用于控制工作時的薄膜電阻陣真空腔內(nèi)的大氣壓。使用熱電偶檢測薄膜電阻陣密封腔體內(nèi)的溫度，使用半導(dǎo)體制冷器對薄膜電阻陣的襯底進(jìn)行溫度控制，將襯底溫度控制在0℃，控制精度應(yīng)達(dá)到±2℃。同時使用水冷循環(huán)機輔助半導(dǎo)體制冷器進(jìn)行溫度控制；使用無油真空分子泵對薄膜電阻陣密封腔體抽真空，使用規(guī)管檢測密封腔體內(nèi)的真空度，保證薄膜電阻陣被驅(qū)動時其密封腔內(nèi)的氣壓不大于15Pa。薄膜電阻陣4為256*256元薄膜電阻陣。

如圖2所示，薄膜電阻陣驅(qū)動裝置2包括依次信號連接的圖像數(shù)據(jù)處理及發(fā)送板2-1、圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板2-2和多路高速同步D/A陣列板2-3，圖像數(shù)據(jù)處理及發(fā)送板2-1與圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板2-2和多路高速同步D/A陣列板2-3分開放置，圖像數(shù)據(jù)處理及發(fā)送板2-1用于與圖像計算機總線或者接口相連接；多路高速同步D/A陣列板2-3和圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板2-2均還用于與薄膜電阻陣4相連接。

上述圖像數(shù)據(jù)處理及發(fā)送板2-1用于接收圖像計算機發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)并緩沖，將緩沖后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行非均勻和非線性校正，然后將校正后的圖像數(shù)據(jù)的進(jìn)行驅(qū)動格式轉(zhuǎn)換，并傳輸驅(qū)動格式轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù)；

上述圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板2-2用于接收圖像數(shù)據(jù)處理及發(fā)送板2-1發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)并緩沖，產(chǎn)生控制D/A陣列所需的驅(qū)動邏輯信號，并將該驅(qū)動邏輯信號與圖像數(shù)據(jù)同步傳輸給多路高速同步D/A陣列板；還用于：根據(jù)薄膜電阻陣4的驅(qū)動邏輯時序要求，產(chǎn)生驅(qū)動薄膜電阻陣4所需的時序邏輯信號。

上述多路高速同步D/A陣列板2-3用于接收圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板2-2發(fā)送的驅(qū)動邏輯信號和圖像數(shù)據(jù)，驅(qū)動多路D/A陣列同步工作，將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動薄膜電阻陣顯示的電壓信號，并傳輸至薄膜電阻陣4。

如圖3所示圖像數(shù)據(jù)處理及發(fā)送板2-1包括依次相連接的第一存儲器2-11、非均勻性和非線性校正電路2-12、格式轉(zhuǎn)換電路2-13和高速通信發(fā)送接口2-14；第一存儲器2-11用于與圖像生成裝置1相連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖；高速通信接口2-14用于與圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板2-2相連接。非均勻性和非線性校正電路2-12包括依次相連接的第一FPGA芯片、雙端口RAM和第二FPGA芯片；第一FPGA芯片用于完成圖像的非均勻性和非線性校正，并將校正后的數(shù)據(jù)交替寫入兩片雙端口RAM中，第二FPGA芯片從雙端口RAM讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過光纖高速通信接口發(fā)送給圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板2-2。

如圖4所示，圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板2-2包括依次相連接的高速通信接收接口2-24、第二存儲器2-21、邏輯產(chǎn)生及D/A控制邏輯電路2-22和邏輯電平轉(zhuǎn)換電路2-23；邏輯產(chǎn)生及D/A控制邏輯電路用于產(chǎn)生D/A陣列控制信號；邏輯電平轉(zhuǎn)換電路2-23用于產(chǎn)生薄膜電阻陣邏輯驅(qū)動控制信號；高速通信接收接口2-24與高速通信發(fā)送接口2-14相連接。邏輯產(chǎn)生及D/A控制邏輯電路2-22包括設(shè)置于圖像數(shù)據(jù)接收及驅(qū)動邏輯板2-2上的第三FPGA芯片，第三FPGA芯片用于從第二存儲器2-21中提取圖像數(shù)據(jù)，產(chǎn)生D/A陣列控制信號，并將該控制信號與圖像數(shù)據(jù)同步送給D/A陣列，同時產(chǎn)生薄膜電阻陣的邏輯驅(qū)動控制信號。

本發(fā)明公開了上述的一種薄膜電阻陣紅外場景產(chǎn)生裝置的工作方法，該方法如下：

所述圖像生成裝置1產(chǎn)生紅外場景圖像數(shù)據(jù)，并發(fā)送給薄膜電阻陣驅(qū)動裝置2，薄膜電阻陣驅(qū)動裝置2接收圖像生成裝置發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的非均勻性和非線性校正，完成圖像數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生驅(qū)動薄膜電阻陣4工作所需的邏輯時序信號；薄膜電阻陣4在薄膜電阻陣驅(qū)動裝置2的控制下產(chǎn)生紅外輻射圖像，并傳輸至紅外光學(xué)裝置5，紅外光學(xué)裝置5將薄膜電阻陣產(chǎn)生的紅外圖像準(zhǔn)直后投射到紅外成像探測裝置6陣面上；在上述傳輸工作過程中，所述環(huán)境控制裝置3控制薄膜電阻陣4所需的環(huán)境要求。