HDSLM DMD空間光調(diào)制器Smart系列的主要功能

在結(jié)構(gòu)光照明顯微成像、動(dòng)態(tài)目標(biāo)模擬等應(yīng)用場(chǎng)景中，空間光調(diào)制器尋址數(shù)據(jù)需要根據(jù)調(diào)制結(jié)果變化。例如SIM顯微成像課題，先導(dǎo)入一組200多張光柵圖片到DMD SLM內(nèi)存，然后掃描拍攝，根據(jù)拍攝結(jié)果重新生成新的一組200張光柵圖片以便對(duì)重點(diǎn)區(qū)域掃描，再次加載新的光柵圖片到DMD SLM內(nèi)存中，掃描拍攝再計(jì)算，再生成光柵圖片加載......如此完成一輪顯微成像數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)需要人工操作多次，上位機(jī)和DMD板卡之間需反復(fù)傳送大量圖片數(shù)據(jù)，效率低且容易出錯(cuò)。

目前廣泛使用的海內(nèi)外品牌DMD空間光調(diào)制器，皆采用該模式反復(fù)加載，大家很習(xí)以為常。可這真應(yīng)該屬于常態(tài)嗎？難道科研人員不能從重復(fù)工作中解脫，將精力花在更有價(jià)值的地方？

深圳大學(xué)老師率先提出了質(zhì)疑，為什么不重新設(shè)計(jì)一種交互模式呢？將光柵圖存入DMD內(nèi)存后，后面直接在內(nèi)存里修改感興趣區(qū)域和顯示內(nèi)容，不是更快捷嗎？

UPOLabs征求了清華大學(xué)、東南大學(xué)等課題組的使用習(xí)慣，展開對(duì)DMD空間光調(diào)制器的“再設(shè)計(jì)”工作?！霸僭O(shè)計(jì)”，RE-DESIGN，是日本設(shè)計(jì)師原研哉提出的一種新型設(shè)計(jì)理念，其思想是對(duì)于原來(lái)人們熟知的產(chǎn)品進(jìn)行更新、改革，甚至進(jìn)行徹底的改造。UPOLabs產(chǎn)品設(shè)計(jì)極力推崇這種設(shè)計(jì)理念，鼓勵(lì)用戶與產(chǎn)品經(jīng)理的深度溝通，打破常規(guī)。于是，一種“智播”技術(shù)的新型交互模式首次被實(shí)現(xiàn)到了DMD空間光調(diào)制器中，這就是HDSLM DMD空間光調(diào)制器Smart系列。

“智播”技術(shù)即采用用戶意圖+機(jī)器協(xié)同的交互模式來(lái)完成對(duì)空間光調(diào)制器的尋址數(shù)據(jù)更新控制，能顯著提升操作效率?！爸遣ァ钡暮诵乃枷胧侵匦略O(shè)計(jì)空間光調(diào)制器的交互模式和系統(tǒng)算力分布，利用FPGA強(qiáng)大的計(jì)算能力和邏輯控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件加速計(jì)算，并將時(shí)序同步需求與尋址時(shí)鐘關(guān)聯(lián)，同步控制外部設(shè)備。這樣設(shè)計(jì)的空間光調(diào)制器不再僅是個(gè)調(diào)制器件，而是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)算力與設(shè)備控制的核心部件。其優(yōu)勢(shì)在于大幅降低上位機(jī)和DMD控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸量，只需一次加載即可重復(fù)計(jì)算尋址。

HDSLM DMD空間光調(diào)制器Smart系列的主要功能有：智能掩模算法、異形ROI（region of interest）區(qū)域定義、板載Pattern生成函數(shù)、外設(shè)指令穿透功能、時(shí)序控制函數(shù)等。同時(shí)，預(yù)留的算力冗余資源，容許課題組針對(duì)個(gè)性化需求進(jìn)行二次開發(fā)或定制開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)特定算法，將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)變得更高效和緊湊。

掩膜算法操作步驟

設(shè)計(jì)亮點(diǎn)1：隨時(shí)設(shè)定感興趣區(qū)域顯示ROI。

一個(gè)指令即可設(shè)置ROI，從而解決區(qū)域顯示能動(dòng)態(tài)調(diào)整需求。此設(shè)計(jì)針對(duì)ROI區(qū)域形狀、尺寸參數(shù)的交互控制進(jìn)行了改進(jìn)，允許在板載端直接處理尋址Pattern，從而點(diǎn)亮或關(guān)閉局部調(diào)制區(qū)域。ROI設(shè)定指令封裝為標(biāo)準(zhǔn)API函數(shù)，便于用戶二次開發(fā)。

例如，已經(jīng)加載到SLM內(nèi)存的數(shù)千張Pattern圖像，可以通過指令設(shè)置ROI，即可局部顯示內(nèi)存圖像，也可以針對(duì)新加載的直通圖像直接局部顯示。該功能優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需重復(fù)加載圖像到內(nèi)存，避免了長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁Y源消耗；也可以隨時(shí)控制局部區(qū)域的位置、形狀大小和顯示時(shí)機(jī)。

設(shè)計(jì)亮點(diǎn)2：根據(jù)用戶輸入圖像，生成異形區(qū)域掩模疊加。

實(shí)際場(chǎng)景中，需要根據(jù)掃描結(jié)果來(lái)決定下一步局部掃描區(qū)域，而且這種局部掃描區(qū)域形狀是動(dòng)態(tài)可變的，“智播”技術(shù)可直接根據(jù)掃描結(jié)果動(dòng)態(tài)指定區(qū)域參數(shù)。如圖所示，根據(jù)拍攝結(jié)果圖像得到ROI，生成新的掃描Pattern，同時(shí)還可以對(duì)Pattern進(jìn)行二次加工，疊加新的算法函數(shù)和時(shí)序控制邏輯，提升系統(tǒng)控制效率。

該技術(shù)賦予了SLM編程邏輯更高的靈活性和自適應(yīng)性，有助于用戶去打造更靈活的交互方式。例如，在原有光柵A上疊加新光柵B，并控制相機(jī)曝光時(shí)間為AB這2個(gè)光柵播放時(shí)間的和，這樣曝光時(shí)間內(nèi)就有AB雙光柵的累積積分灰度。采用智播技術(shù)后，這種AB光柵控制邏輯可以不依賴外部設(shè)備，由空間光調(diào)制器獨(dú)立完成播放時(shí)序與曝光時(shí)序的邏輯控制。

智播技術(shù)作為一種新的交互技術(shù)，一方面是HDSLM空間光調(diào)制器Design Different for U產(chǎn)品理念的體現(xiàn)，另一方面，也是中國(guó)科研人員與SLM廠商緊密合作追求原創(chuàng)設(shè)計(jì)價(jià)值的代表技術(shù)。作為創(chuàng)意設(shè)計(jì)，該技術(shù)的很多功能點(diǎn)還有待進(jìn)一步挖掘，UPOLabs期待與更多課題組一起討論，將該技術(shù)潛力發(fā)揮更大的作用，研發(fā)出更富有中國(guó)特色的成像系統(tǒng)裝置，展現(xiàn)中國(guó)科研力量的原創(chuàng)價(jià)值！