第三章 同步曝光與多重紅外線打光器之製作
3.2 基於多重紅外線打光器週期之同步方法
多重亮度紅外線打光器主要是使用一顆微控制器(Microcontroller Unit, MCU)，依 程式設定於固定週期時間透過內部整合電路(Inter-Integrated Circuit, I2C)串列通訊介面 控制數位類比轉換器(Digital to Analog Converter, DAC)進行電壓改變的動作，再經由 運算放大器(Operational Amplifier, OP)與紅外線模組以達到多種紅外線光源變化組合 而產生不同光源強度照明的效果，如圖 3.3 所示，為基於多重亮度紅外線打光器為主 之同步系統。而內部整合電路通訊介面是使用串列資料線(Serial Data Line, SDA)與串 列時脈線(Serial Clock Line, SCL)兩信號線路進行控制與資料傳輸，其開始傳輸資料時 串列資料線信號線路會先將電壓準位更改為低電壓準位，隨即串列時脈線信號線路也 會先將電壓準位更改為低電壓準位，此動作為一個完整的開始(start)狀態的信號。當 完成所要傳輸的從(slave)裝置位址、讀寫位元(R/W bits)與資料後，也要進行將串列時 脈線信號線路會先將電壓準位更改為高電壓準位，隨即串列資料線信號線路也會先將 電壓準位更改為高電壓準位，此動作為一個完整的停止(stop)狀態信號的動作，如圖 3.4 所示。
Infrared module
OP
DAC
MCU SCL SDA
Digital Signal Precessing System
Optical Sensor System
Signal Output Interface SCL SDA
Synchronization signal system
Slave
Vsync
Trigger
Master
圖 3.3 基於多重亮度紅外線打光器系統週期之同步系統
圖 3.4 標準內部整合電路通訊介面控制與資料傳輸開始與停止狀態之波形變化
因為有此內部整合電路通訊標準匯流排規格，所以可由此信號線路得知每次多重 亮度紅外線打光器進行電壓改變的動作的時機點，進而利用此動作發生時產生一同步 信號觸發數位紅外線攝影系統進行產生畫面與曝光的動作。主要是利用一複雜型可程 式邏輯裝置(Complex Programmable Logic Device, CPLD)進行偵測串列資料線(淺藍色 波形)產生轉態由高電壓準位轉變為低電壓準位的瞬間，由波形上會產生下降緣(falling edge)且隨即串列時脈線(淺橘色波形)也產生轉態的情形由高電壓準位轉變為低電壓 準位也產生下降緣時，如圖 3.5 所示，左邊第一條黑色虛線為串列資料線產生轉態之 時間點，至左邊第二條黑色虛線為串列時脈線產生轉態之時間點。此期間的開始會觸 發此電路產生一個觸發信號(pulse)傳送給數位紅外線攝影系統的外部同步腳位，產生 驅動下一個畫面(綠色波形)與曝光(藍色波形)的動作，如圖 3.4 所示。而左邊第一條至 第二條紫紅色虛線之間為多重亮度紅外線打光器穩定產生光源的時間，同時曝光的時 間小於或等於多重亮度紅外線打光器的時間，可確保數位紅外線攝影系統每張畫面的 曝光皆可完整的獲得多重亮度紅外線打光器所產生穩定的光源，以達同步之目的。
SDA
SCL
start stop
Slave address, R/W bits and Data byte
圖 3.5 利用內部整合電路通訊介面產生觸發訊號同步曝光波形關係 SDA
SCL Illuminator
Exposure Frame (VSYNC)