空间光调制器编程技巧

随着技术发展，8bit （0-255）灰阶的空间光调制器产品会逐步被10bit(0-1023)阶产品代替，而传统8bit产品将被逐步淘汰，沦为二线产品。虽然很多用户思维习惯依然停留在8bit年代，同时现存程序代码也面临数据不兼容问题，但基于10bit位深的优势已经被众多课题组证明。因此，掌握10bit甚至更高位深的SLM编程技巧尤为必要。

位深

位深是指控制相位/振幅的最大精度范围，也是寻址函数的寻址步长，映射到电路器件的基本参数就是DAC精度。传统产品DAC芯片为8bit或10bit，新产品采用12bit或16bit甚至更高精度的DAC芯片。电寻址SLM的控制电压值V是个基本量，DAC芯片位深越大，V被细分的精度就越高，即步长精度为V/灰阶。例如，同样1个波长的相位调制量，如果灰阶256，则电压细分为V/256，调制步长为1/256个波长相位周期，如果灰阶1024，则V/1024，步长精细度提升了4倍，为1/1024个波长相位周期，这在高精度控制场景下，可以极大提高分辨精度。

对用户交互而言，位深对应到算法计算中的归一化取值范围。由于理论计算中采用浮点数，计算机的浮点数通常为32位或64位，在归一化时取整时，就需要考虑实际位深。8bit的产品，取整范围是按0-255，10bit产品，取整范围按0-1023。这个差别将带来数据格式的差异。

HDMI数据格式

空间光调制器产品大部分采用视频接口，比如HDMI或DVI，因此，其数据格式为视频图像格式。常见的RGB图像为24bit，按RGB三个通道，每个通道8bit；这种数据格式兼容所有主流图像数据处理芯片。因此，空间光调制器数据传输接口沿用了24bit的数据编码格式。如下图：

针对8bit的空间光调制器，用户只需输入8bit的数据，利用HDMI中单个通道即可完成寻址交互。采用时序控制的空间光调制器，则RGB三通道时序变化，可以将24bit数据输入到空间光调制器，然后由驱动器按RGB时序控制LCoS芯片。

如果LCoS驱动电路采用10bit的工作模式，用户为了通过可视化图像的数据格式输出给驱动电路寻址数据，就必须在PC电脑和SLM控制器之间定义数据格式协议。由于硬件传输接口为HDMI，HDMI的数据格式中标准的RGB三通道数据流最为常见，且跟主流图像处理软件、算法等非常兼容，因此在10bit的LCoS驱动电路和用户数据之间需要基于HDMI协议约定一个数据格式。

比如上图的334，就是将10bit的数据，按R通道存放3位、G通道存放三位，B通道存放4位的格式，低位补零，实现上位机编程模型。这个在编程时通过移位操作，可非常简便实现。当然，SLM生产厂家也可以定义为442，235…. 该格式由厂家在Firmware中定义，本身只是一个数据协议约定，HDSLM80R Plus选择了334的模式。

HDSLM80R Plus的编程技巧

理解了上述基本概念和背景，我们下面针对应用场景详细描述编程思路。

1、必须兼容8bit的控制场景

因为特定历史原因，部分用户会死死抱住8bit算法不松手，坚持只使用8bit的数据算法。那么，此时该如何向下兼容？

方法一，通过串口配置，将10bit的HDSLM改为8bit工作模式，此时，电路处理数据时，直接按8bit数据模式进行寻址。此时，相位精度也变为了256灰阶。该方法将硬件降为8bit，以兼容用户数据。

方法二，利用Matlab算法增加数据转码函数，将原有8bit(0-255)映射到调制深度的控制关系，修改为0-1023的映射关系。软件参考图如下，算法编码（Matlab -- SLM80R_8Turn10bit.m）

数据对比：Tvortex -- 8bit转10bit ;vortex -- 直接算出的10bit数据

参考两组数据，Tvortex数据与vortex数据比较，Tvortex数据差为4，丢失部分细节。

2、直接操控10bit数据场景

针对没有历史包袱的用户，则可以直接开始10bit的算法模式。

保存10bit图片软件参考图如下（Matlab -- SLM80R_10bit.m）

以上希望帮助大家理解1024灰阶编程的差异点。

审核编辑：汤梓红