李變俠　曹劍中 楊小軍 田 雁 唐運(yùn)剛
摘　要：提出一種新型的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案， 并在AsKania數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的改造中加以運(yùn)用。主要闡述AsKania數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的改造中，點(diǎn)陣控制模塊、點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)模塊的硬件實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn)，以及方案實(shí)現(xiàn)過程中解決的問題。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，證明了該方案的可行性、可靠性，提高了點(diǎn)陣的均勻性。
關(guān)鍵詞：攝影機(jī) 點(diǎn)陣 均勻性 防串光
高速攝影機(jī)是用于靶場火箭彈道和姿態(tài)測量的光測設(shè)備。高速攝影機(jī)的電控系統(tǒng)主要由同步控制、數(shù)據(jù)記錄、自動(dòng)調(diào)光等系統(tǒng)組成，在攝影時(shí)統(tǒng)及攝影頻率控制下，實(shí)時(shí)、清晰地將目標(biāo)及相關(guān)信息記錄在膠片上，為事后處理提供原始數(shù)據(jù)信息。
數(shù)據(jù)信息是以點(diǎn)陣的形式記錄在膠片上，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)是在攝影時(shí)統(tǒng)控制下，同步地對(duì)方位角、俯仰角、時(shí)間、攝影頻率、同步信號(hào)、攝影編碼、站址、彈序等信息進(jìn)行采集、處理并按要求的格式進(jìn)行排列；最后，在攝影頻率控制下以分時(shí)掃描的方式逐行或逐列點(diǎn)亮點(diǎn)陣，將信息記錄在膠片上。如果因點(diǎn)陣亮度不夠或者其它原因而使膠片上某些點(diǎn)曝光不足，事后用判讀儀判讀時(shí)，可能造成錯(cuò)判或誤判，最終導(dǎo)致錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。用傳統(tǒng)的方法提高曝光不足點(diǎn)的亮度，同時(shí)會(huì)使該點(diǎn)同一行或同一列的其它點(diǎn)更亮，造成點(diǎn)與點(diǎn)之間邊緣不清晰，同樣會(huì)影響判讀。即便如此，有時(shí)某些曝光不足點(diǎn)的亮度仍不能滿足判讀要求。
基于上述問題，筆者提出了一種新的設(shè)計(jì)方案，對(duì)點(diǎn)陣每一個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)亮?xí)r間單獨(dú)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣曝光時(shí)間的單點(diǎn)控制。此方案在AsKania KTH532電影經(jīng)緯儀改造中得以實(shí)現(xiàn)。
AsKania KTH532高速攝影機(jī)是20世紀(jì)70年代由法國設(shè)計(jì)制造的。其點(diǎn)陣數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的點(diǎn)陣是5×22的LED陣列，以LED作為光源，由光纖傳輸投影到膠片上完成數(shù)據(jù)記錄。如果采用傳統(tǒng)的控制方法，用這套點(diǎn)陣及投影系統(tǒng)所打點(diǎn)陣均勻性極差，判讀儀無法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其主要原因是：
(1)用LED作為光源，由于自身參數(shù)有差異，導(dǎo)致亮度不均勻；
(2)原先的光學(xué)投影系統(tǒng)中光纖有老化及斷絲現(xiàn)象，在傳輸過程中，光學(xué)投影系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)陣上每一個(gè)點(diǎn)的光能量的衰減不同，即使每個(gè)點(diǎn)的光照相同，仍不能保證每個(gè)點(diǎn)投影在膠片上的強(qiáng)度相同，所以不可能在膠片上產(chǎn)生相同的曝光量，即點(diǎn)的黑度不同，而且差異很大，點(diǎn)陣整體不均勻。
由于結(jié)構(gòu)方面的原因，對(duì)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)改造時(shí)必須延用這種方式不變，保留原先的光學(xué)投影系統(tǒng)。采用傳統(tǒng)的控制方法不能解決由于上述原因所帶來的點(diǎn)陣黑度不夠和不均勻的問題。所以在點(diǎn)陣數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的改造中，運(yùn)用了點(diǎn)陣曝光時(shí)間的單點(diǎn)控制方案，使點(diǎn)陣每一個(gè)點(diǎn)的曝光時(shí)間可以通過編程設(shè)定，大大提高了點(diǎn)陣的均勻性。
1 數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的原理與組成
數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的原理與組成如圖1所示。

數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)主要由上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊、點(diǎn)陣控制模塊、點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)模塊、點(diǎn)陣模塊、光學(xué)投影模塊組成。
數(shù)據(jù)采集模塊：數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣信息的采集。主要是以8031單片機(jī)為核心的下位機(jī)，在攝影時(shí)統(tǒng)的控制下，實(shí)時(shí)地對(duì)時(shí)間、方位角、俯仰角、同步信息、頻率編碼等信息逐個(gè)采集，然后存放在雙口RAM中，供上位機(jī)通過總線讀取。
上位機(jī)：通過總線對(duì)雙口RAM中的數(shù)據(jù)信息，按照要求的點(diǎn)陣排列格式進(jìn)行排列，并對(duì)每個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)亮?xí)r間進(jìn)行編程設(shè)定，最后由點(diǎn)陣控制模塊逐行輸出。
點(diǎn)陣控制模塊：在上位機(jī)的控制下，按上位機(jī)對(duì)每個(gè)點(diǎn)曝光時(shí)間的設(shè)定，以及點(diǎn)的亮與滅，逐行輸出點(diǎn)陣控制信號(hào)到點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)模塊。
點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)模塊：點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)模塊輸出的控制信號(hào)不能直接驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣的LED，經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮點(diǎn)陣的LED。
光學(xué)投影系統(tǒng)：將點(diǎn)陣LED的光能量傳輸?shù)侥z片，使膠片產(chǎn)生曝光，記錄數(shù)據(jù)。
點(diǎn)陣單點(diǎn)控制方案與傳統(tǒng)控制方案的主要區(qū)別在于點(diǎn)陣控制模塊不同。下面主要介紹點(diǎn)陣單點(diǎn)控制方案中，控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
2 控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
傳統(tǒng)的點(diǎn)陣控制與驅(qū)動(dòng)模式有：
(1)一次點(diǎn)亮。即每一個(gè)LED的陰極和陽極分別有一個(gè)控制信號(hào)，一幅點(diǎn)陣一次點(diǎn)完。這種方式所用時(shí)間最短，但控制電路和驅(qū)動(dòng)電路都非常復(fù)雜，一般不采用。
(2)逐列掃描。逐列掃描即每次點(diǎn)亮其中的一列，一幅點(diǎn)陣分22次點(diǎn)完。這種方式比一次點(diǎn)亮的電路簡單，但所用時(shí)間比一次點(diǎn)亮?xí)r間長。
(3)逐行掃描。逐行掃描即每次點(diǎn)亮其中的一行，一幅點(diǎn)陣分5次點(diǎn)完。這種方式控制電路和驅(qū)動(dòng)電路都最簡單，而且所占用時(shí)間界于前面兩者之間，一般多采用這種方式。
采用逐行掃描模式。為了確保點(diǎn)陣在膠片上的黑度和均勻性，若采用傳統(tǒng)的黑度調(diào)整方案存在以下問題：①減小串聯(lián)在LED中的限流電阻值，使通過LED的驅(qū)動(dòng)電流增加，從而提高其亮度，提高膠片上淡點(diǎn)的黑度。但一方面AsKania KTH532點(diǎn)陣系統(tǒng)中，光學(xué)投影系統(tǒng)斷絲較多，點(diǎn)陣投影到膠片的過程中，對(duì)光能量損耗較大，一味地提高亮度會(huì)影