[发明专利]紫外到红外动态场景模拟器

说明书

技术领域

本发明属于动态场景仿真技术领域，涉及一种动态场景模拟器，尤其涉及一种适用于室内模拟紫外到红外波段真实目标和背景的动态场景模拟器。

背景技术

随着光电测试设备的发展和应用，越来越多的光电设备需要进行测试评估，特别是工作在紫外和红外波段的像增强器、制导武器系统、红外热成像系统等，迫切需要一种在实验室环境下能够模拟真实环境中目标和背景的半实物仿真测试系统，通过模拟各种静态靶标和动态场景，对武器光电设备性能进行动态测试评估。因此要求场景模拟器能够提供高帧频、高分辨率、较宽输出波段的动态场景，并能够与测试光电设备同步完成测试，保证获得的图像稳定清晰，便于下一步分析处理。

紫外到红外动态场景模拟器是一种将动态场景视频转换成紫外到红外宽光谱范围场景的光电系统。《红外与激光工程》Vol.37No.5发表了一篇“数字微镜阵列红外动态景象模拟器的研制”的论文，文章中论述的动态红外图像生成系统采用黑体作为辐射源，工作在红外中波3～5μm，像元数为800×600，最高帧频为60Hz，具有同步功能。其他期刊中发表的类似论文论述的系统在工作波段上可扩展到8～12μm，像元数可达到1024×768，帧频可达到85Hz，其他指标无提高。在这些论文中，系统的工作波段均只在红外波段，最高像元分辨率只达到1024×768，没有明确论述空间调制器DMD的窗口透过波段和外同步控制的工作原理和实现途径，同步帧频不可调，不利于建立实际的动态场景投射系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术中的不足，为各类光电设备提供一种高分辨率、高帧频、具有同步功能、能够灵活模拟真实动态目标和背景的紫外到红外波段的动态场景模拟器。

为解决上述技术问题，本发明提供的动态场景模拟器包括数字微反射镜阵列、外同步控制器、视频转换驱动电路、复合式宽波段辐射源、积分球、平面反射镜和抛物面反射镜；所述复合式宽波段辐射源为圆形或方形且包括红外辐射源、多个可见光光源和多个紫外波段辐射源，红外辐射源位于中心，可见光辐射源和紫外辐射源相间均布在红外辐射源的周围；所述数字微反射镜阵列的光学窗口选用透红外宽波段的BaF₂光学玻璃制作，透射波段0.2～12μm，其中0.3～11μm波段光谱的透过率大于80％；所述外同步控制器含有微控制器、显示器和同步信号驱动电路，微控制器为内置有控制软件包和具备多个外源驱动端口的单片机，所述控制软件包按功能划分为菜单界面模块、计算模块、驱动模块和显示模块：菜单界面模块包括倍频数、延时时间、内部信号源和外部信号源选项，倍频数选项用于设置同步驱动信号的倍频数，延迟时间选项用于设置同步驱动信号相对于源驱动信号的延迟时间，内部信号源选项用于设置内部信号源的频率参数，一旦确认某一频率值则形成内源驱动信号并送给计算模块，外部信号源选项用于查询单片机的外源驱动端口是否有外源驱动信号，若为否，则在显示器上显示“无外部信号源”，若有信号则采集外源驱动信号送给计算模块；计算模块根据以下公式计算内源驱动信号或外源驱动信号的频率和占空比：

T1＝a×T(μs)，T2＝b×T(μs) (1)

F’＝1/(T1+T2)               (2)

Γ＝T1/T2                    (3)式中，T1为源驱动信号的高电平持续的时间长度，T2为源驱动信号的低电平持续的时间长度，T为单片机的时钟周期，a为第一计数器的计时长度，b为第二计数器的计时长度，F’为源驱动信号的频率，Γ为源驱动信号的占空比；同步驱动模块根据选择的倍频数、延迟时间以及源驱动信号的频率及占空比合成同步驱动信号，并将同步驱动信号送入同步信号驱动电路；显示模块的功能是将菜单界面模块选择的信号源和计算模块获得的源驱动信号频率显示在显示器上；所述同步信号驱动电路对微控制器输出的同步驱动信号进行功率放大，并将放大信号送入视频转换驱动电路的输入端；所述视频转换驱动电路接收来自仿真计算机的动态场景视频信号和来自外同步控制器的同步驱动信号，根据动态场景视频信号中的光谱信息和强度信息向数字微反射镜阵列提供驱动信号；所述复合式宽波段辐射源的辐射面与积分球的入口对接，积分球的出口面法线与数字微反射阵列的法线夹角是微反射镜偏转角的2倍；复合式宽波段辐射源4发出的宽波段辐射通过积分球后均匀照射到数字微反射镜阵列，由数字微反射镜阵列出射的宽波段场景图像依次经平面反射镜和抛物面反射镜反射后，以平行辐射的形式投射到被测光电设备的入瞳处。