DLP技術(shù)催生了創(chuàng)新的光學(xué)解決方案，這些解決方案取代了現(xiàn)有的終端設(shè)備并開拓了新的市場(chǎng)。DLP芯片(或稱數(shù)字微鏡器件(DMD))是一種微鏡陣列，能夠用于實(shí)現(xiàn)高速、有效、可靠的空間光調(diào)制，使得其能超越傳統(tǒng)投影顯示技術(shù)而帶來(lái)很多創(chuàng)新。于是，找尋到的一些新方向，即通過(guò)DLP技術(shù)實(shí)現(xiàn)與光線的互動(dòng)，應(yīng)用于尖端3D印刷、工業(yè)檢測(cè)、3D掃描、光譜學(xué)、生物識(shí)別系統(tǒng)、化學(xué)分析、汽車解決方案等。DLP不僅是投影領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，也正在重新定義工業(yè)、醫(yī)療、電信、安全和許多其他應(yīng)用領(lǐng)域。值此本文將對(duì)DLP成像理念特征作說(shuō)明。與此同時(shí)，對(duì)基于DLP技術(shù)的DLP3D生物辨識(shí)和光譜分析系統(tǒng)的安全監(jiān)控的典例其應(yīng)用特征作重點(diǎn)分析。

　　DLP理念作說(shuō)明

　　DLP(DigitalLightProcessing)數(shù)字光處理器DLP(DigitalLightProcessing)數(shù)字光處理器這種技術(shù)要先把影像信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字處理，然后再把光投影出來(lái)。說(shuō)得具體點(diǎn)，就是DLP投影技術(shù)應(yīng)用了數(shù)字微鏡器件或稱數(shù)字微鏡器件晶片(DMD-DigitalMicromirrorDevice)來(lái)作為主要關(guān)鍵元件以實(shí)現(xiàn)數(shù)字光學(xué)處理過(guò)程。它是基于數(shù)字微鏡元件(DMD)來(lái)完成可視數(shù)字信息顯示的技術(shù)，其原理是將燈光發(fā)射出的光源通過(guò)冷凝透鏡，將光均勻化，然后通過(guò)一個(gè)色輪(ColorWheel)，將光分成RGB三色(或者更多色)，再將色彩由透鏡投射在DMD上，最后經(jīng)過(guò)投影鏡頭投影成像。

　　每一個(gè)DLP芯片組的核心都有一個(gè)高反射鋁微鏡陣列，即數(shù)字微鏡器件(DMD)。DMD是一種電子輸入、光學(xué)輸出的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，開發(fā)人員可借助該系統(tǒng)執(zhí)行高速、高效及可靠的空間光調(diào)制。為幫助用戶設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在此介紹專用DLP芯片組。

　　DLP芯片組成

　　DLP芯片組包含什么(圖1為簡(jiǎn)化的DLP芯片組示意圖)：DLP芯片組提供了一個(gè)方便的接口，讓用戶能夠獲得相應(yīng)DMD的最大圖形速率，還能使圖形顯示器與外部傳感器、攝像頭、電機(jī)或其他器件保持同步(見圖1左端框圖)。另外，開發(fā)人員也將學(xué)會(huì)在各種操作條件下可靠地驅(qū)動(dòng)微鏡。

　　除了DMD本身，所有的DLP芯片組也含有DMD控制器(在圖1中間)，能夠?yàn)榭煽俊⒏咚俚乜刂莆㈢R提供便利的接口。每一個(gè)DMD控制器需要一個(gè)相應(yīng)的配置PROM，該P(yáng)ROM可能作為已編程IC出售，也可能是提供的可下載固件，具體取決于特定的DLP芯片組。高性能DLP芯片組也含有一個(gè)或多個(gè)DMD微鏡驅(qū)動(dòng)器，可提供模擬時(shí)鐘及復(fù)位信號(hào)，從而達(dá)到可能實(shí)現(xiàn)的最高圖形速率。在基于DLPPico的小型芯片組中，此功能已集成到DMD控制器中。

　　成像的形成

　　光源通過(guò)色輪后折射在DMD芯片上，DMD芯片在接受到控制板的信號(hào)后將光線發(fā)射到投影屏幕上。DMD芯片外觀看起來(lái)只是一小片鏡子，被封裝在金屬與玻璃組成的密閉空間內(nèi)，事實(shí)上，這面鏡子是由數(shù)十萬(wàn)乃至上百萬(wàn)個(gè)微鏡所組成的。以XGA解析度的DMD芯片為例，在寬1cm，長(zhǎng)1.4cm的面積里有1024×768=786432個(gè)微鏡單元，每一個(gè)微鏡代表一個(gè)像素，圖像就由這些像素所構(gòu)成。由于像素與芯片本身都相當(dāng)微小，因此業(yè)界也稱這些采用微型顯示裝置的產(chǎn)品為微顯示器。

　　DLP的工作運(yùn)行

　　DLP的工作運(yùn)行DMD器件是DLP的基礎(chǔ)，一個(gè)DMD可被簡(jiǎn)單描述成為一個(gè)半導(dǎo)體光開關(guān)，50~130萬(wàn)個(gè)微鏡片聚集在CMOS硅基片上。一片微鏡片表示一個(gè)象素，變換速率為1000次/秒，或更快。每一鏡片的尺寸為14μm×14μm(或16μm×16μm)，為便于調(diào)節(jié)其方向與角度，在其下方均設(shè)有類似鉸鏈作用的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。簡(jiǎn)而言之，DMD的工作原理就是借助微鏡裝置反射需要的光，同時(shí)通過(guò)光吸收器吸收不需要的光來(lái)實(shí)現(xiàn)影像的投影，而其光照方向則是借助靜電作用，通過(guò)控制微鏡片角度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　在運(yùn)行期間，DMD控制器為每個(gè)基本存儲(chǔ)單元加載一個(gè)“1”或一個(gè)“0”。接下來(lái)會(huì)施加鏡像復(fù)位脈沖，這會(huì)引起每個(gè)微鏡靜電偏離大約一個(gè)鉸鏈，從而達(dá)到相應(yīng)的±12°狀態(tài)。由于會(huì)受到兩個(gè)彈簧頂針的阻力而物理停止，這兩個(gè)有效狀態(tài)的偏離角度是可重復(fù)的。在投影系統(tǒng)中，+12°狀態(tài)對(duì)應(yīng)“開”像素，-12°狀態(tài)對(duì)應(yīng)“關(guān)”像素。通過(guò)對(duì)每個(gè)鏡片的開/關(guān)占空比進(jìn)行編程來(lái)創(chuàng)建灰度圖形，并且可以多路復(fù)用多個(gè)光源以創(chuàng)建RGB全彩圖像。在其他應(yīng)用中，±12°狀態(tài)為兩個(gè)通用輸出端口提供一個(gè)圖形及其反向圖形。

　　DMD成像的優(yōu)勢(shì)

　　DMD可以提供1670萬(wàn)種顏色和256段灰度層次，從而確保DLP投影機(jī)可投影的活動(dòng)影像畫面色彩艷麗的細(xì)膩、自然逼真。與傳統(tǒng)投影機(jī)相比，DLP投影機(jī)將更多的光線打到屏幕上，這也有賴于DLP本身的技術(shù)特點(diǎn)。它的生命期超過(guò)10萬(wàn)個(gè)小時(shí)；更便利的可移動(dòng)性，根據(jù)一般應(yīng)用需求來(lái)看，一個(gè)單片DMD就可以實(shí)現(xiàn)大小、重量和亮度的統(tǒng)一。目前，大部分的家用或商用DLP投影機(jī)都采用了單片結(jié)構(gòu)，而更高級(jí)的三片結(jié)構(gòu)一般只應(yīng)用在數(shù)字影院或高端領(lǐng)域。因此，用戶可以得到一個(gè)更小、更亮、更易于攜帶而且足以提供出色圖像質(zhì)量的系統(tǒng)。DLP技術(shù)是全數(shù)字底層結(jié)構(gòu)，具有最少的信號(hào)噪音。

　　DLP系統(tǒng)的分類與技術(shù)特點(diǎn)

　　單片DLP系統(tǒng)；雙片DLP系統(tǒng)；三片DLP系統(tǒng)另外一種方法是將白光通過(guò)棱鏡系統(tǒng)分成三原色。這種方法使用三個(gè)DMD，一個(gè)DMD對(duì)應(yīng)于一種原色。應(yīng)用三片DLP投影系統(tǒng)的主要原因是為了增加亮度。DLP顯示板的優(yōu)點(diǎn)是它們有極快的響應(yīng)時(shí)間。可以在顯示一幀圖像時(shí)將獨(dú)立的像素開關(guān)很多次。它使利用一塊顯示板通過(guò)逐場(chǎng)過(guò)濾方式產(chǎn)生真彩圖像。DLP技術(shù)是一種獨(dú)創(chuàng)的、采用光學(xué)半導(dǎo)體產(chǎn)生數(shù)字式多光源顯示的解決方案。其DLP技術(shù)是全數(shù)字底層結(jié)構(gòu)，具有最少的信號(hào)噪音。

　　DLP技術(shù)已被廣泛用于滿足各種追求視覺(jué)圖像優(yōu)異質(zhì)量的需求。到目前為止，DLP和LCoS(硅基液晶)技術(shù)是微型投影儀架構(gòu)中較為先進(jìn)的技術(shù)。作為一種成熟的技術(shù)，DLP能夠以中等的價(jià)位提供HVGA(480×320像素)的分辨率。但是這種技術(shù)的耗電量也是最大的，系統(tǒng)級(jí)功耗達(dá)3.5W。DLP針對(duì)每個(gè)像素使用獨(dú)立的微鏡，因此更高的分辨率需要體積更大、耗電量更多的投影儀(即需要更大的微鏡設(shè)備)。DLP技術(shù)還是市場(chǎng)上的多功能顯示技術(shù)，它是唯一能夠同時(shí)支持世界上最小的投影機(jī)(低于2-lbs)和最大的電影屏幕(高達(dá)75英尺)的顯示技術(shù)。這一技術(shù)能夠使圖像達(dá)到極高的保真度，給出清晰、明亮、色彩逼真的畫面。

　　DLP技術(shù)在安全領(lǐng)域上的應(yīng)用

　　基于數(shù)字光處理器技術(shù)的成像技術(shù)，由此大大推動(dòng)了DLP技術(shù)發(fā)展，并且正在不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，在各種廣泛的安全應(yīng)用中準(zhǔn)確捕捉詳細(xì)的3D圖像尤為重要。由此開始向安全監(jiān)控領(lǐng)域進(jìn)軍。應(yīng)用DLP的芯片做出了很多新穎的應(yīng)用，如數(shù)字曝光，也就是數(shù)字印刷術(shù)、數(shù)字曝光技術(shù)；還有就是用DLP對(duì)光的控制做一些波長(zhǎng)方面的選擇，也就是光譜波長(zhǎng)的控制；還有3D掃描，用DLP的技術(shù)做一種光柵顯象印發(fā)生器來(lái)做3D掃描。另外，也看到智能照明，就是把顯示和攝像機(jī)、照相機(jī)同步起來(lái)，形成一個(gè)反饋的系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)很多智能化的顯示功能。據(jù)此，DLP技術(shù)在安全與工業(yè)及醫(yī)療等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，同時(shí)由此從DLP技術(shù)可拓寬與深化出DLP3D生物辨識(shí)的與DLP光譜分析等新系統(tǒng)。

　　DLP3D用于生物辨識(shí)方案的構(gòu)建

　　DLP？技術(shù)通過(guò)應(yīng)用DMD(數(shù)字微鏡器件)作為空間光線調(diào)節(jié)器，可簡(jiǎn)化了3D測(cè)量。從而構(gòu)建成DLP3D生物辨識(shí)系統(tǒng)，即可成為安全領(lǐng)域的監(jiān)控系統(tǒng)。圖2所示為DLP3D用于生物辨識(shí)系統(tǒng)的框圖。

　　DLP3D生物辨識(shí)系統(tǒng)解析

　　在圖2中可看出，DMD實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、快速和靈活的主題現(xiàn)場(chǎng)順序成像形式的照明。通常LED照明(見圖2中間示意)可用于對(duì)近紅外光譜(NIR)波長(zhǎng)可見的范圍內(nèi)提供單色或多色、高亮度照明，則需要同步攝像機(jī)充足的分辨率、敏感度和捕捉幀速率才能以完成3D測(cè)量循環(huán)。如今DMD控制器提供同步輸出以觸發(fā)攝像機(jī)快門，用于按順序捕捉每種圖像樣式。其攝像機(jī)鏡頭的分辨率應(yīng)該與DMD分辨率相當(dāng)，以實(shí)現(xiàn)x、y和z(深度)各尺寸最好的測(cè)量質(zhì)量(見圖2下端手掌示意)。投影樣式和攝像機(jī)成像區(qū)域都應(yīng)密切匹配。

　　3D測(cè)量取決于幾何三角原理。這要求在圖像透鏡和攝像機(jī)透鏡之間具有一定數(shù)量的基線偏移，兩個(gè)透鏡都針對(duì)主題區(qū)域。應(yīng)該提供透鏡和攝像機(jī)光學(xué)器件的安全定位，以建立和維護(hù)測(cè)量校準(zhǔn)。選定的測(cè)量算法可決定使用圖像的類型和數(shù)量。類型可以是二進(jìn)制或“灰度”。主要是粗到細(xì)的圖像分析。

　　測(cè)量算法與使用的樣式類型及數(shù)量會(huì)影響測(cè)量的速度與分辨率和準(zhǔn)確度。測(cè)量算法的軟件實(shí)施是在PC或嵌入式處理器上執(zhí)行。測(cè)量算法的輸出可有多個(gè)種類。示例之一是顏色變換深度(景深)(見圖2下端手掌示意)。另一個(gè)由3D測(cè)量作可視化程序處理，例如MeshLab，mesh指每英寸分成的等分大小，其含義是3D測(cè)量大小為每英寸分成的等分大小，而Lab色彩模型是由照度L和有關(guān)色彩的a，b三個(gè)要素組成，L表示亮度，a表示從洋紅色至綠色的范圍，b表示從黃色至藍(lán)色的范圍。在測(cè)量期間，主題科目必須保持固定(靜態(tài))以避免模糊、帶條紋和測(cè)量錯(cuò)誤。于是在實(shí)時(shí)信息處理應(yīng)用上，可用DSP軟件和開發(fā)工具套件快速啟動(dòng)生物辨識(shí)的分析，即指紋識(shí)別和人臉檢測(cè)。如用TI公司產(chǎn)的TMS320C6748DSP開發(fā)(指紋識(shí)別和人臉檢測(cè))實(shí)時(shí)分析應(yīng)用。

　　又如新型的DLP？LightCrafterTM4500是一個(gè)具有高亮度和高分辨率及靈活又高度精確的光控制開發(fā)平臺(tái)，是一個(gè)全新的光控制解決方案。使用DLPLightCrafterTM4500可觸發(fā)CCD攝像頭，這是什么原因？DLP LightCrafterTM4500采用模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)更光學(xué)引擎和LED驅(qū)動(dòng)，可以滿足多樣化的設(shè)計(jì)需求。憑借該評(píng)估模塊(EVM)，可加快需要小尺寸架構(gòu)和智能高速模式顯示的解決方案的開發(fā)周期。通過(guò)基于USB的應(yīng)用程序編程接口(API)和主機(jī)圖形用戶界面(GUI)，開發(fā)人員可以輕松創(chuàng)建、存儲(chǔ)和放映高速序列。兩個(gè)輸入和兩個(gè)輸出的可編程的觸發(fā)器，允許更簡(jiǎn)單的外部傳感器和攝像機(jī)同步。標(biāo)準(zhǔn)接口用于連接各種系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)外設(shè)?？梢灾С衷诎踩蚬I(yè)、醫(yī)療、電信等應(yīng)用領(lǐng)域。這對(duì)DLP來(lái)講是一些新的領(lǐng)域。該平臺(tái)的還可針對(duì)3D測(cè)量，就是光譜分析及機(jī)器視覺(jué)方面的一些應(yīng)用，還有智能照明。

　　基于DLP技術(shù)的光譜分析

　　光譜分析是用于識(shí)別和定義物理材料特性解決方案的一項(xiàng)強(qiáng)大技術(shù)。圖3為基于DLP技術(shù)的光譜分析構(gòu)建框圖。

　　基于DLP技術(shù)的光譜分析構(gòu)建的解析

　　光譜分析是一項(xiàng)利用物理材料樣本對(duì)各種波長(zhǎng)光線存在不同吸收(或發(fā)射)的原理來(lái)識(shí)別和定義物理材料特性的強(qiáng)大技術(shù)。樣本(見圖3右端菱形間隔所示彩條)可能是處于任何物理階段的材料：固體、液體、氣體或等離子，可能是發(fā)光或吸光材料。光譜分析中所用光線可能處于人眼可見波長(zhǎng)范圍內(nèi)，也可能處于電磁波譜的紅外線或紫外線區(qū)。光譜分析要求將光線擴(kuò)散為彩虹波長(zhǎng)，以便可以測(cè)量(通常也進(jìn)行記錄)相對(duì)于波長(zhǎng)的光線強(qiáng)度變化。

　　光譜分析利用色散光學(xué)元件，在空間上將光譜擴(kuò)散為分離波長(zhǎng)。有時(shí)使用棱鏡，但通常使用衍射光柵(見圖3中下所示彩條)，因?yàn)槠渚哂休^高的色散，能夠針對(duì)寬范圍光波長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化。光譜分析中使用幾個(gè)光學(xué)和物理排列。圖3中所示的光譜分析應(yīng)用用于識(shí)別或描述某些材料的制備樣本(必須為均質(zhì)透光)。樣本可以是固體、半固體(凝膠)、粉末或液體，這取決于夾持樣本的方式。圖3中示例為材料樣本在載玻片上擴(kuò)散的大致情況。寬帶光源(可能是白熾燈泡)產(chǎn)生光線，然后經(jīng)收集并使之成為平行光，再通過(guò)一條狹縫。狹縫形成明顯的幾何狀光源，照射在衍射光柵上。衍射光柵恰好在不同的角度反射光線的每個(gè)波長(zhǎng)，從而在DLP數(shù)字微鏡器件(DMD)的鏡片陣列上擴(kuò)散分散的光譜。

　　嵌入式處理器命令DMD控制器只打開精確的鏡片列，其由每個(gè)時(shí)刻所需的特定波長(zhǎng)的光線照亮。在很短的時(shí)間內(nèi)，連續(xù)掃描整個(gè)光譜，用來(lái)照亮樣本。單點(diǎn)傳感器(非陣列)檢測(cè)到光線通過(guò)樣品，嵌入式處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。完成的測(cè)量結(jié)果顯示在光線強(qiáng)度與波長(zhǎng)圖形中。此曲線的獨(dú)特形狀構(gòu)成了被檢查材料的光譜特征。通過(guò)將樣本的光譜特征與存儲(chǔ)的參考特征相對(duì)比，有可能查明樣本的物理和化學(xué)成份。傳感器的選擇同樣取決于要測(cè)量的波長(zhǎng)范圍。有關(guān)傳感器的其他考慮事項(xiàng)包括所需的靈敏度、采集速度、噪聲、溫度范圍、接口要求、成本和其他因素。系統(tǒng)控制和信號(hào)處理由嵌入式處理器(如TIOMAP)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并由電源設(shè)備供電。圖3中未顯示光學(xué)布局和組件的詳情。該圖旨在盡可能簡(jiǎn)單地表達(dá)基于DLP的光譜分析應(yīng)用的完整功能。為實(shí)現(xiàn)完整功能，實(shí)際產(chǎn)品將需要額外的光學(xué)組件和光學(xué)設(shè)計(jì)。

　　圖3示是DLP芯片組應(yīng)用典例，其中包括DMD、DMD控制器芯片以及DMD模擬控制芯片(取決于具體的DLP？芯片組)。可提供具有不同DMD尺寸、分辨率和其他規(guī)格的各種DLP芯片組。根據(jù)光譜分析系統(tǒng)的規(guī)格來(lái)確定最佳DLP？芯片組，如要測(cè)量的波長(zhǎng)范圍、所需的波長(zhǎng)分辨率、頻譜測(cè)量的采集速度等。

　　3D成像和測(cè)量方案

　　應(yīng)該說(shuō)，DLP技術(shù)在安全領(lǐng)域上的應(yīng)用除了DLP3D生物辨識(shí)與光譜分析系統(tǒng)外，還有，3D成像和測(cè)量的機(jī)器視覺(jué)解決方案的典例。那么，3D成像和測(cè)量方案有什么應(yīng)用特征？

　　這種基于DLP的可靠的高速結(jié)構(gòu)化光成像技術(shù)十分適合于快速捕捉物體的完整三維特征。這一解決方案的適用性和小型化使之具有廣泛符合各種現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)量要求所需的獨(dú)特能力。圖4為3D成像和測(cè)量解決方案框圖。

　　該3D成像和測(cè)量解決方案由下列芯片構(gòu)成：數(shù)字媒體片上系統(tǒng)(DM365)、超低功耗16位MCU(MSP430)、0.3WVGA數(shù)字控制器(DLPC300)及DLP0.3WVGA數(shù)字微鏡器件。而方案主要特性為：便攜式、嵌入式或手持式設(shè)備的小型化；光學(xué)測(cè)量具有固有的無(wú)創(chuàng)性；可以針對(duì)需要可見光源和不可見光源的應(yīng)用進(jìn)行修改；易于使用的圖形用戶界面(GUI)和可編程圖形可以快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。

　　該DLP技術(shù)的3D成像和測(cè)量方案使三維機(jī)器視覺(jué)功能通過(guò)提供單個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)三維圖像捕捉、利用同樣的相機(jī)用于其他機(jī)器視覺(jué)功能。三維機(jī)器視覺(jué)是一種先進(jìn)的自主和自治機(jī)器人系統(tǒng)的關(guān)鍵組件用于生產(chǎn)、安全、醫(yī)療、環(huán)境、和科學(xué)領(lǐng)域。三維機(jī)器視覺(jué)，結(jié)合先進(jìn)的電機(jī)控制，機(jī)械系統(tǒng)，全面的軟件，可以精確、適應(yīng)性和智能機(jī)器人系統(tǒng)是意識(shí)到自己的環(huán)境和/或目標(biāo)。識(shí)別目標(biāo)的能力配置和摘要3-space伊利的演習(xí)與分離流動(dòng)(也許)提供了有價(jià)值的功能超越了傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)。