Centrum digitální optiky Software pro ízení PMS a digitální rekonstrukci obrazu Interní i.. RC201301 Rok vydání: 2013 Interní identika ní íslo: RC201301 Autor: Mgr. Radek ƒelechovský, Ph.D. Vlastník: Univerzita Palackého v Olomouci, P írodov decká fakulta
Pro efektivní za len ní prostorového modulátoru sv tla (PMS) do systém e²ených v rámci projektu CDO byl vyvinut software pro jeho dynamické adresování z uºivatelky p ív tivého prost edí LabView. Sou asn s e²ením ízení PMS z LabView byly v daném prost edí testovány moduly pro práci s kamerou a oºiveno rozhraní ActiveX pro impelmentaci vypo etních algoritm z prost edí MatLab. 1 Funkcionalita programu Aktuální verze programu není vázána na ºádné konkrétní experimentální uspo ádání, demonstruje pouze ov ení schopnosti ízení prostorového modulátoru sv tla v sou inosti s kamerou v dymanickém reºimu z prost edí LabView a testování jejich parametr. Cílem programu je danou, p edem p ipravenou fázovou mapu na íst z disku, zobrazit ji na prostorový modulátor sv tla, následn sejmout obraz z kamery a uloºit ho na disk. Obrázek 1: Schematický diagram funkce programu. K dispozici jsou dva reºimy ízení PMS. V módu LIVE b ºí nekone ná smy ka, ve které se aktuáln vybraná fázová mapa posílá na prostorový modulátor a pr b ºn se zobrazuje obraz z kamery. Tento reºim je vhodný pro nastavení experimentu a umoº uje volbu parametr pro ízení PMS a kamery v reálném ase. Druhý reºim slouºí k automatickému sekven nímu zobrazení vybraných fázových map v ad za sebou, uloºení pat i ných obraz z kamery na disk a jejich následné zpracování. Funkci programu jednodu²e znázor uje schematický diagram na obrázku 1. Po spu²t ní programu se nejprve provede nastavení adresování prostorového modulátoru, na tou se a upraví korek ní data pro
fázové masky a inicializují se poºadované prom nné. Následn program vykoná hlavní sekven ní smy ku, ve které postupn na ítá vybrané fázové bitmapy z disku, provede jejich korekci na základ zvolených parametr, zobrazí je na prostorový modulátor sv tla, nastaví parametry kamery, sejme obraz z kamery a uloºí ho na disk. Celá sekvence se opakuje tak dlouho, dokud je program v reºimu LIVE. 2 Popis uºivatelského rozhraní Obrázek 2: Uºivatelské rozhraní. Uºivatelské rozhraní je vyobrazeno na obrázku 2. Vlevo jsou umíst na tla ítka pro volbu reºimu ízení programu. Tla ítko LIVE spou²tí a zastavuje nekone nou smy ku, tla ítko START SLIDESHOW jednorázov spou²tí sekvenci vybraných fázových masek, tla ítko TERMINATE ukon uje program. Nabídka Files zobrazuje soubory fázových masek v pracovním adresá i zadaném formulá em Directory with CGHs. Pracovní adresá lze nastavit ru n vypsáním cesty do polí ka formulá e nebo lze cestu k adresá i vybrat pomocí tla ítka umíst ného vedle formulá e. P i zm n pracovního adresá e se automaticky vypí²e obsah sloºky do nabídky Files. V této sloºce je moºné ozna it libovolný po et soubor. Po et vybraných soubor se zobrazuje v polí ku Selected items. Po spu²t ní sekvence tla ítkem START SLIDESHOW jsou ozna ené fázové masky postupn zobrazovány na prostorový modulátor sv tla, p i emº je v polí ku Actual znázorn no po adové íslo aktuální fázové masky, polí ko Path of actual CGH ukazuje cestu k aktuální map a ráme ek SLM bitmap (without corrections) zobrazuje prostorové rozloºení fáze dané masky. Po zobrazení dané masky na PMS je sejmut obraz z kamery a ten je zobrazen do pole CAMERA preview a uloºen na disk do sloºky \CAM v pracovním adresá i pod stejným názvem, jako má daná fázová maska. Vybrané parametry kamery lze b hem chodu programu nastavovat ²oupátky Binning, Gain a Exposure. Jezdec Max exposure slouºí pro nastavení v t²ího dynamického rozsahu expozice kamery. V reºimu LIVE celá sekvence b ºí neustále dokola. Ráme ek Loop time ukazuje dobu trvání jedné smy ky, tedy od vybrání poºadované fázové mapy aº po sejmují obrazu z kamery a jeho uloºení na disk. Pro úplnost zbývá popsat funkci tla ítka SLM Settings. To otev e okno s parametry pro nastavení prostorového modulátoru sv tla. Zejména umoº uje nastavit prodlevu mezi zobrazením jednotlivých fázových masek, nastavit cesty ke korek ním soubor m PMS a zvolit pracovní vlnovou délku sv tla.
3 Popis principu funkce programu St ºejní úkol pro ízení plánovaných experiment z prost edí LabViev bylo vytvo ení rozhraní pro adresování PMS a oºivení funkcí pro ízení kamery. Diagram celého programu je uveden v p íloze 4, jeho funkce je dob e patrná z komentá ve schematu a nepot ebuje detailn j²í komentá. Následující odstavec se bude v novat popisu funkcím vytvo ených pro ízení PMS a kamery a k p íprav korek ních dat. 3.1 ízení PMS Prostorový modulátor sv tla Hamamatsu X10468 je p ipojen k po íta i p es rozhraní DVI pomocí duální gracké karty. Programov lze na daný PMS pohlíºet jako na druhý monitor p ipojený k po íta i. Rozli²ení prostorového modulátoru je 800x600 pixel, bitová hloubka 8 bit. Pro ízení modulátoru z prost edí LabView musí být druhý monitor, ke kterému je p ipojený PMS, kongurovám v systému Windows jako roz²í ená pracovní plocha. Zobrazením bitové mapy do okna s nulovým ráme kem, jehoº poloha a velikost korespondují se sou adnicemi pracovní plochy odpovídající prostorovému modulátoru sv tla lze pak jednoduchým zp sobem modulátor adresovat. Schema programu pro nastavení adresování PMS je na obrázku 3. Z vlastností aplikace App/Disp.All.Monitor lze vy íst sou adnice v²ech kongurovaných pracovních ploch v systému. Z nabízených ploch je zvolena ta, která odpovídá PMS a její sou adnice je p i azena poloze a rozm r m okna pro zobrazení bitové mapy (funkce IMAQ). Pro správnou funkci je nutné vypnou ráme ek bitmapového okna pomocí a informace k obrázku pomocí IMAQ WindSetup. Rozm ry a poloha okna nastavuje funkce IMAQ WindZoom. Adresování PMS v pr b hu programu lze pak provést prostým zobrazením bitové mapy do p ipraveného okna (funkce IMAQ WindDraw). Obrázek 3: Funkce pro nastavení adresování prostorového modulátoru sv tla. 3.2 P íprava dat pro PMS Prostorový modulátor sv tla se adresuje bitovou mapou 800 x 600 pixel s bitovou hloubkou 8 bit. Maximální fázový vzdvih odpovídá hodnot pixelu 255, coº pro daný konkrétní typ modulátoru odpovídá fázovému zdvihu p ibliºn 1.12 2π pro vlnovou délku 700nm, p i emº závislost fázového zdvihu jednotlivých pixel PMS na hodnot adresujících byt není lineární. P epo et hodnot mezi poºadovanou fází a hodnotou zasílanou na PMS je realizovaný LUT tabulkou dodávanou výrobcem. P i p epo tu je nutné hodnoty zasílané na modulátor ²kálovat tak, aby vstupním hodnotám bitové mapy v rozsahu 0 aº 255 odpovídal skute ný fázový zdvih 0 2π pro danou pracovní vlnovou délku sv tla. P epo et hodnot fázového zdvihu na hodnoty pat i ných adresujících byt pomocí LUT tabulky je v programu realizován pomocí následujících funkcí: LUT_coef.vi - funkce na ítá ze souboru daného cestou Path_to_info_file moºné koecienty pro korekci hodnot pro PMS na pracovní vlnovou délku sv tla. Výstupem funkce je matice pracovních
délek s pat i nými koecienty pro zobrazení v nabídce a koecient pro danou zvolenou vlnovou délku. LUT.vi - slouºí k na tení LUT tabulky ze souboru daného cestou Path to LUT file a výsledek vrací v matici LUT table CGH_linear.vi - funkce na základ LUT tabulky a ²kálovacího koecientu p i azuje hodnotám poºadované modulace fáze hodnoty byt posílané na PMS flatness_corr.vi - funkce kompenzující zak ivení plochy PMS na základ korek ní bitové mapy dodávané výrobcem 3.3 ízení kamery Kamera Retiga 4000 je k po íta i p ipojená p es FireWire rozhraní. Z prost edí Labview se dá ke kame e p istupovat pomocí univerzální knihovny QCam.llb obsahující mnoºství funkcí. Princip na ítání obrázk a nastavení parametr kamery je z ejný z diagramu programu uvedeného v p íloze 4. Inicializace kamery
se provede pomocí funkce QCam open, nastavení kamery se provádí funkcemi QCam Setup, QCam SetParam a QCam GrabSetup v po adí udedeném v diagramu. Pomocí funkce QCam Grab Acquire se sejme obraz z kamery pro dané nastavení. Po ukon ení práce s kamerou je nutné ji zav ít funkcí QCam Close. Vý et parametr, kterými lze kameru nastavovat, se li²í v závislosti na r zných modelech kamery. Vzhledem k tomu, ºe je knihovna univerzální pro více kamer, je nutné pomocí funkce QCam GetParam zjistit, které parametry a s jakými hodnotami p ipojená kamera umoº uje. Seznam ídících parametr pro kameru Retiga 4000 je uveden v p íloze 5. 3.4 Záv r Vytvo ené funkce pro ízení PMS a kamery fungují bezvadn. Korigovaná data posílaná na prostorový modulátor byly srovnávána s daty generovanými originálním softwarem pro ízení PMS. Ob generované bitové mapy zasílané na PMS byly shodné pro r zné fázové mapy. Doba smy ky programu je dána p edev²ím odezvou kamery a závisí na nastavené expozici, zesílení kamery a binningu. Pro nejv t²í rozli²ení 2048 x 2048 a rozumné hodnoty expozice a binningu je doba smy ky programu cca 0.5 sekundy, p i rozli²ení 256x256 (binning 8x) je doba ádov 0.1 sekunda.
4 Diagram programu
5 Tabulka parametr pro ízení kamery Retiga 4000 parameter min max gain 0 4095 oset 0 4095 exposure 0 1073741823 binning 1 8 horizontal binning vertikal binning readout speed 0 1 trigger type 0 5 lcdlter 0 3 cooler 0 1 exposure red 10 1073741823 exposure blue 10 1073741823 image format 0 12 roi x 0 2047 roi y 0 2047 roi width 1 2048 roi height 1 2048 reserved1 shutter state reserved2 sync-b out 0 1 reserved3 intensier gain trigger delay camera mode normalized gain 493000 23500000 normalized intenzier dopostprocessing postprocessinggainred 10 100000 postprocessinggaingreen 10 100000 postprocessinggainblue 10 100000 postprocessbayeralgorithm 1 4 postprocessimageformat 0 12 fan blackoutmode high sensitivity Readout Port EM Gain open delay close delay clearing mode