HDSLM DMD空间光调制器Smart系列的主要功能

在结构光照明显微成像、动态目标模拟等应用场景中，空间光调制器寻址数据需要根据调制结果变化。例如SIM显微成像课题，先导入一组200多张光栅图片到DMD SLM内存，然后扫描拍摄，根据拍摄结果重新生成新的一组200张光栅图片以便对重点区域扫描，再次加载新的光栅图片到DMD SLM内存中，扫描拍摄再计算，再生成光栅图片加载......如此完成一轮显微成像数据采集实验需要人工操作多次，上位机和DMD板卡之间需反复传送大量图片数据，效率低且容易出错。

目前广泛使用的海内外品牌DMD空间光调制器，皆采用该模式反复加载，大家很习以为常。可这真应该属于常态吗？难道科研人员不能从重复工作中解脱，将精力花在更有价值的地方？

深圳大学老师率先提出了质疑，为什么不重新设计一种交互模式呢？将光栅图存入DMD内存后，后面直接在内存里修改感兴趣区域和显示内容，不是更快捷吗？

UPOLabs征求了清华大学、东南大学等课题组的使用习惯，展开对DMD空间光调制器的“再设计”工作。“再设计”，RE-DESIGN，是日本设计师原研哉提出的一种新型设计理念，其思想是对于原来人们熟知的产品进行更新、改革，甚至进行彻底的改造。UPOLabs产品设计极力推崇这种设计理念，鼓励用户与产品经理的深度沟通，打破常规。于是，一种“智播”技术的新型交互模式首次被实现到了DMD空间光调制器中，这就是HDSLM DMD空间光调制器Smart系列。  

“智播”技术即采用用户意图+机器协同的交互模式来完成对空间光调制器的寻址数据更新控制，能显著提升操作效率。“智播”的核心思想是重新设计空间光调制器的交互模式和系统算力分布，利用FPGA强大的计算能力和逻辑控制能力来实现硬件加速计算，并将时序同步需求与寻址时钟关联，同步控制外部设备。这样设计的空间光调制器不再仅是个调制器件，而是整个实验系统算力与设备控制的核心部件。其优势在于大幅降低上位机和DMD控制器之间的数据传输量，只需一次加载即可重复计算寻址。

HDSLM DMD空间光调制器Smart系列的主要功能有：智能掩模算法、异形ROI（region of interest）区域定义、板载Pattern生成函数、外设指令穿透功能、时序控制函数等。同时，预留的算力冗余资源，容许课题组针对个性化需求进行二次开发或定制开发，以实现特定算法，将实验系统变得更高效和紧凑。

掩膜算法操作步骤

设计亮点1：随时设定感兴趣区域显示ROI。

一个指令即可设置ROI，从而解决区域显示能动态调整需求。此设计针对ROI区域形状、尺寸参数的交互控制进行了改进，允许在板载端直接处理寻址Pattern，从而点亮或关闭局部调制区域。ROI设定指令封装为标准API函数，便于用户二次开发。

例如，已经加载到SLM内存的数千张Pattern图像，可以通过指令设置ROI，即可局部显示内存图像，也可以针对新加载的直通图像直接局部显示。该功能优点：无需重复加载图像到内存，避免了长时间数据传输的资源消耗；也可以随时控制局部区域的位置、形状大小和显示时机。

设计亮点2：根据用户输入图像，生成异形区域掩模叠加。

实际场景中，需要根据扫描结果来决定下一步局部扫描区域，而且这种局部扫描区域形状是动态可变的，“智播”技术可直接根据扫描结果动态指定区域参数。如图所示，根据拍摄结果图像得到ROI，生成新的扫描Pattern，同时还可以对Pattern进行二次加工，叠加新的算法函数和时序控制逻辑，提升系统控制效率。

该技术赋予了SLM编程逻辑更高的灵活性和自适应性，有助于用户去打造更灵活的交互方式。例如，在原有光栅A上叠加新光栅B，并控制相机曝光时间为AB这2个光栅播放时间的和，这样曝光时间内就有AB双光栅的累积积分灰度。采用智播技术后，这种AB光栅控制逻辑可以不依赖外部设备，由空间光调制器独立完成播放时序与曝光时序的逻辑控制。

智播技术作为一种新的交互技术，一方面是HDSLM空间光调制器Design Different for U产品理念的体现，另一方面，也是中国科研人员与SLM厂商紧密合作追求原创设计价值的代表技术。作为创意设计，该技术的很多功能点还有待进一步挖掘，UPOLabs期待与更多课题组一起讨论，将该技术潜力发挥更大的作用，研发出更富有中国特色的成像系统装置，展现中国科研力量的原创价值！