【中國數字視聽網訊】DLP技術催生了創新的光學解決方案，這些解決方案取代了現有的終端設備并開拓了新的市場。DLP芯片(或稱數字微鏡器件(DMD))是一種微鏡陣列，能夠用于實現高速、有效、可靠的空間光調制。使得其能超越傳統投影顯示技術而帶來很多創新。于是，找尋到的一些新方向，即通過DLP技術實現與光線的互動，應用于尖端3D印刷、工業檢測、3D掃描、光譜學、生物識別系統、化學分析、汽車解決方案等。DLP不僅是投影領域的領導者，也正在重新定義工業、醫療、電信、安全和許多其他應用領域。值此本文將對DLP成像理念特征作說明。與此同時，對基于DLP技術的DLP3D生物辨識和光譜分析系統的安全監控的典例其應用特征作重點分析。

一、DLP理念說明

DLP(DigitalLightProcessing)數字光處理器DLP(DigitalLightProcessing)數字光處理器這種技術要先把影像信號經過數字處理，然后再把光投影出來。說得具體點，就是DLP投影技術應用了數字微鏡器件或稱數字微鏡器件晶片(DMD-DigitalMicromirrorDevice)來作為主要關鍵元件以實現數字光學處理過程。它是基于數字微鏡元件(DMD)來完成可視數字信息顯示的技術，其原理是將燈光發射出的光源通過冷凝透鏡，將光均勻化，然后通過一個色輪(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，最后經過投影鏡頭投影成像。

每一個DLP芯片組的核心都有一個高反射鋁微鏡陣列，即數字微鏡器件(DMD)。DMD是一種電子輸入、光學輸出的微機電系統(MEMS)，開發人員可借助該系統執行高速、高效及可靠的空間光調制。為幫助用戶設計系統，在此介紹專用DLP芯片組。

二、DLP芯片組成

DLP芯片組包含什么：DLP芯片組提供了一個方便的接口，讓用戶能夠獲得相應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、電機或其他器件保持同步(見圖1左端框圖)。另外，開發人員也將學會在各種操作條件下可靠地驅動微鏡。

除了DMD本身，所有的DLP芯片組也含有DMD控制器(在圖1中間)，能夠為可靠、高速地控制微鏡提供便利的接口。每一個DMD控制器需要一個相應的配置PROM，該PROM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芯片組也含有一個或多個DMD微鏡驅動器，可提供模擬時鐘及復位信號，從而達到可能實現的最高圖形速率。在基于DLPPico?的小型芯片組中，此功能已集成到DMD控制器中。

三、成像的形成

光源通過色輪后折射在DMD芯片上，DMD芯片在接受到控制板的信號后將光線發射到投影屏幕上。DMD芯片外觀看起來只是一小片鏡子，被封裝在金屬與玻璃組成的密閉空間內，事實上，這面鏡子是由數十萬乃至上百萬個微鏡所組成的。以XGA解析度的DMD芯片為例，在寬1cm，長1.4cm的面積里有1024×768=786432個微鏡單元，每一個微鏡代表一個像素，圖像就由這些像素所構成。由于像素與芯片本身都相當微小，因此業界也稱這些采用微型顯示裝置的產品為微顯示器。

四、DLP的工作運行

DLP的工作運行DMD器件是DLP的基礎，一個DMD可被簡單描述成為一個半導體光開關，50~130萬個微鏡片聚集在CMOS硅基片上。一片微鏡片表示一個象素，變換速率為1000次/秒，或更快。每一鏡片的尺寸為14μm×14μm(或16μm×16μm)，為便于調節其方向與角度，在其下方均設有類似鉸鏈作用的轉動裝置。簡而言之，DMD的工作原理就是借助微鏡裝置反射需要的光，同時通過光吸收器吸收不需要的光來實現影像的投影，而其光照方向則是借助靜電作用，通過控制微鏡片角度來實現的。

在運行期間，DMD控制器為每個基本存儲單元加載一個"1"或一個"0"。接下來會施加鏡像復位脈沖，這會引起每個微鏡靜電偏離大約一個鉸鏈，從而達到相應的±12°狀態。由于會受到兩個彈簧頂針的阻力而物理停止，這兩個有效狀態的偏離角度是可重復的。在投影系統中，+12°狀態對應"開"像素，-12°狀態對應“關”像素。通過對每個鏡片的開/關占空比進行編程來創建灰度圖形，并且可以多路復用多個光源以創建RGB全彩圖像。在其他應用中，±12°狀態為兩個通用輸出端口提供一個圖形及其反向圖形。

五、DMD成像的優勢

DMD可以提供1670萬種顏色和256段灰度層次，從而確保DLP投影機可投影的活動影像畫面色彩艷麗的細膩、自然逼真。與傳統投影機相比，DLP投影機將更多的光線打到屏幕上，這也有賴于DLP本身的技術特點。它的生命期超過10萬個小時；更便利的可移動性，根據一般應用需求來看，一個單片DMD就可以實現大小、重量和亮度的統一。目前，大部分的家用或商用DLP投影機都采用了單片結構，而更高級的三片結構一般只應用在數字影院或高端領域。因此，用戶可以得到一個更小、更亮、更易于攜帶而且足以提供出色圖像質量的系統。DLP技術是全數字底層結構，具有最少的信號噪音。

六、DLP系統的分類與技術特點

單片DLP系統、雙片DLP系統、三片DLP系統另外一種方法是將白光通過棱鏡系統分成三原色。這種方法使用三個DMD，一個DMD對應于一種原色。應用三片DLP投影系統的主要原因是為了增加亮度。DLP顯示板的優點是它們有極快的響應時間�？梢栽陲@示一幀圖像時將獨立的像素開關很多次。它使利用一塊顯示板通過逐場過濾方式產生真彩圖像。DLP技術是一種獨創的、采用光學半導體產生數字式多光源顯示的解決方案。其DLP技術是全數字底層結構，具有最少的信號噪音。

DLP技術已被廣泛用于滿足各種追求視覺圖像優異質量的需求。到目前為止，DLP和LCoS(硅基液晶)技術是微型投影儀架構中較為先進的技術。作為一種成熟的技術，DLP能夠以中等的價位提供HVGA(480×320像素)的分辨率。但是這種技術的耗電量也是最大的，系統級功耗達3.5W。DLP針對每個像素使用獨立的微鏡，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備)。DLP技術還是市場上的多功能顯示技術，它是唯一能夠同時支持世界上最小的投影機(低于2-lbs)和最大的電影屏幕(高達75英尺)的顯示技術。這一技術能夠使圖像達到極高的保真度，給出清晰、明亮、色彩逼真的畫面。

七、DLP技術在安全領域上的應用

基于數字光處理器技術的成像技術，由此大大推動了DLP技術發展，并且正在不斷擴大其應用領域，在各種廣泛的安全應用中準確捕捉詳細的3D圖像尤為重要。由此開始向安全監控領域進軍。應用DLP的芯片做出了很多新穎的應用，如數字曝光，也就是數字印刷術、數字曝光技術;還有就是用DLP對光的控制做一些波長方面的選擇，也就是光譜波長的控制;還有3D掃描，用DLP的技術做一種光柵顯象印發生器來做3D掃描。另外，也看到智能照明，就是把顯示和攝像機、照相機同步起來，形成一個反饋的系統，來實現很多智能化的顯示功能。據此，DLP技術在安全與工業及醫療等領域獲得廣泛應用，同時由此從DLP技術可拓寬與深化出DLP3D生物辨識的與DLP光譜分析等新系統。

八、DLP3D用于生物辨識方案的構建

DLP技術通過應用DMD(數字微鏡器件)作為空間光線調節器，可簡化了3D測量。從而構建成DLP3D生物辨識系統，即可成為安全領域的監控系統。圖2所示為DLP3D用于生物辨識系統的框圖。

DLP3D生物辨識系統解析

在圖2中可看出，DMD實現了高質量、快速和靈活的主題現場順序成像形式的照明。通常LED照明中間示意)可用于對近紅外光譜(NIR)波長可見的范圍內提供單色或多色、高亮度照明，則需要同步攝像機充足的分辨率、敏感度和捕捉幀速率才能以完成3D測量循環。如今DMD控制器提供同步輸出以觸發攝像機快門，用于按順序捕捉每種圖像樣式。其攝像機鏡頭的分辨率應該與DMD分辨率相當，以實現x、y和z(深度)各尺寸最好的測量質量。投影樣式和攝像機成像區域都應密切匹配。

3D測量取決于幾何三角原理。這要求在圖像透鏡和攝像機透鏡之間具有一定數量的基線偏移，兩個透鏡都針對主題區域。應該提供透鏡和攝像機光學器件的安全定位，以建立和維護測量校準。選定的測量算法可決定使用圖像的類型和數量。類型可以是二進制或"灰度"。主要是粗到細的圖像分析。

測量算法與使用的樣式類型及數量會影響測量的速度與分辨率和準確度。測量算法的軟件實施是在PC或嵌入式處理器上執行。測量算法的輸出可有多個種類。示例之一是顏色變換深度(景深)下端手掌示意)。另一個由3D測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和有關色彩的a,b三個要素組成，L表示亮度，a表示從洋紅色至綠色的范圍，b表示從黃色至藍色的范圍。在測量期間，主題科目必須保持固定(靜態)以避免模糊、帶條紋和測量錯誤。于是在實時信息處理應用上，可用DSP軟件和開發工具套件快速啟動生物辨識的分析，即指紋識別和人臉檢測。如用TI公司產的TMS320C6748DSP開發(指紋識別和人臉檢測)實時分析應用。

又如新型的DLP?LightCrafterTM4500是一個具有高亮度和高分辨率及靈活又高度精確的光控制開發平臺，是一個全新的光控制解決方案。使用DLPLightCrafterTM4500可觸發CCD攝像頭，這是什么原因?DLP?LightCrafterTM4500采用模塊化設計，通過更光學引擎和LED驅動，可以滿足多樣化的設計需求。憑借該評估模塊(EVM)，可加快需要小尺寸架構和智能高速模式顯示的解決方案的開發周期。通過基于USB的應用程序編程接口(API)和主機圖形用戶界面(GUI)，開發人員可以輕松創建、存儲和放映高速序列。兩個輸入和兩個輸出的可編程的觸發器，允許更簡單的外部傳感器和攝像機同步。標準接口用于連接各種系統級設計外設�？梢灾С衷诎踩蚬I、醫療、電信等應用領域。這對DLP來講是一些新的領域。該平臺的還可針對3D測量，就是光譜分析及機器視覺方面的一些應用，還有智能照明。

九、基于DLP技術的光譜分析

光譜分析是用于識別和定義物理材料特性解決方案的一項強大技術。圖3為基于DLP技術的光譜分析構建框圖。

基于DLP技術的光譜分析構建的解析

光譜分析是一項利用物理材料樣本對各種波長光線存在不同吸收(或發射)的原理來識別和定義物理材料特性的強大技術。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范圍內，也可能處于電磁波譜的紅外線或紫外線區。光譜分析要求將光線擴散為彩虹波長，以便可以測量(通常也進行記錄)相對于波長的光線強度變化。

光譜分析利用色散光學元件，在空間上將光譜擴散為分離波長。有時使用棱鏡，但通常使用衍射光柵(見圖3中下所示彩條)，因為其具有較高的色散，能夠針對寬范圍光波長進行優化。光譜分析中使用幾個光學和物理排列。圖3中所示的光譜分析應用用于識別或描述某些材料的制備樣本(必須為均質透光)。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散的大致情況。寬帶光源(可能是白熾燈泡)產生光線，然后經收集并使之成為平行光，再通過一條狹縫。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波長，從而在DLP?數字微鏡器件(DMD)的鏡片陣列上擴散分散的光譜。

嵌入式處理器命令DMD控制器只打開精確的鏡片列，其由每個時刻所需的特定波長的光線照亮。在很短的時間內，連續掃描整個光譜，用來照亮樣本。單點傳感器(非陣列)檢測到光線通過樣品，嵌入式處理器對信號進行處理。完成的測量結果顯示在光線強度與波長圖形中。此曲線的獨特形狀構成了被檢查材料的光譜特征。通過將樣本的光譜特征與存儲的參考特征相對比，有可能查明樣本的物理和化學成份。傳感器的選擇同樣取決于要測量的波長范圍。有關傳感器的其他考慮事項包括所需的靈敏度、采集速度、噪聲、溫度范圍、接口要求、成本和其他因素。系統控制和信號處理由嵌入式處理器(如TIOMAP?)來實現，并由電源設備供電。圖3中未顯示光學布局和組件的詳情。該圖旨在盡可能簡單地表達基于DLP的光譜分析應用的完整功能。為實現完整功能，實際產品將需要額外的光學組件和光學設計。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)�？商峁┚哂胁煌珼MD尺寸、分辨率和其他規格的各種DLP?芯片組。根據光譜分析系統的規格來確定最佳DLP?芯片組，如要測量的波長范圍、所需的波長分辨率、頻譜測量的采集速度等。

十、3D成像和測量方案

應該說，DLP技術在安全領域上的應用除了DLP3D生物辨識與光譜分析系統外，還有，3D成像和測量的機器視覺解決方案的典例。那么，3D成像和測量方案有什么應用特征？

這種基于DLP的可靠的高速結構化光成像技術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場應用測量要求所需的獨特能力。圖4為3D成像和測量解決方案框圖。

該3D成像和測量解決方案由下列芯片構成：數字媒體片上系統(DM365)、超低功耗16位MCU(MSP430)、0.3WVGA數字控制器(DLPC300)及DLP?0.3WVGA數字微鏡器件。而方案主要特性為：便攜式、嵌入式或手持式設備的小型化;光學測量具有固有的無創性；可以針對需要可見光源和不可見光源的應用進行修改；易于使用的圖形用戶界面(GUI)和可編程圖形可以快速實現產品化。

該DLP技術的3D成像和測量方案使三維機器視覺功能通過提供單個或多個攝像機三維圖像捕捉、利用同樣的相機用于其他機器視覺功能。三維機器視覺是一種先進的自主和自治機器人系統的關鍵組件用于生產、安全、醫療、環境、和科學領域。三維機器視覺,結合先進的電機控制,機械系統,全面的軟件,可以精確、適應性和智能機器人系統是意識到自己的環境和/或目標。識別目標的能力配置和摘要3-space伊利的演習與分離流動(也許)提供了有價值的功能超越了傳統的機械系統。

（編輯：daisy）