CCD

CCD（精选12篇）

CCD 篇1

说到CCD的尺寸，其实是说感光器件的面积大小，这里就包括了CCD和CMOS，感光器件的面积大小，CCD/CMOS面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低，

CCD/CMOS是数码相机用来感光成像的部件，相当于光学传统相机中的胶卷。CCD上感光组件的表面具有储存电荷的能力，并以矩阵的方式排列。当其表面感受到光线时，会将电荷反应在组件上，整个CCD上的所有感光组件所产生的信号，就构成了一个完整的画面。如果分解CCD，你会发现CCD的结构为三层，第一层是“微型镜头”，第二层是“分色滤色片”以及第三层“感光层”。

CCD 篇2

该系列机具具有以下特点: (1) CCD光学传感器, 2048像素, 识别微小异色区域达0.01 m2, 适用于各种大米的色选分级; (2) 先进的光学分选室, 特制的高速微型喷阀, 以及高速视频识别控制算法和高可靠的网络通讯协议, 色选指标大大提高; (3) 采用先进的U型槽下料技术和高速数字处理器, 系统集成度高, 色选效果和稳定性更好; (4) 多重自动校正、整定算法, 系统智能化程度高; (5) 嵌入式操作系统, 用户界面更加友好, 使用方便、灵活; (6) 针对物料中的病斑, 采用了高灵敏度的传感器及专用的软件算法, 色选效果好。

超级CCD后继新机 篇3

FinePix4900zoom除了外表颜色与材料承袭了富士数码相机一贯的风格外，设计与其以往的产品相比跨度很大，好像突然之间“酷”了很多。

“酷”点之一：六倍光学变焦的Super EBC富士龙镜头。

FinePix4900zoom使用的镜头变焦范围为35-210mm（相当于35mm相机），且有两个变焦控制钮，左手右手均可控制。聚焦也有手动和自动两种选择。

“酷”点之二：“不共戴天”的EVF与LCD

FinePix4900zoom的LCD（液晶显示屏）与一般数码相机的差不多，但开着显示屏再利用“取景器”观察时却黑咕隆咚什么都看不到了，按一下旁边的“EVF/LCD”按钮，你会发现“取景器”内显示的内容和LCD上显示的完全相同，同样显示有各项数据，同时LCD却关掉了。原来FinePix4900zoom不再使用取景器而是采用了与摄像机相同的电子寻像器（EVF）。除了使用“EVF/LCD”按钮切换EVF和LCD外，在回放和拍摄模式之间切换时也可带动EVF和LCD的切换。即若拍摄时选择EVF，而回放时选择LCD，则在回放和拍摄模式之间切换时，EVF和LCD也会相应切换，当然也可以始终使用EVF或LCD。EVF和LCD同时只可开启一个，二者可谓“不共戴天”。由于LCD面积比EVF大，所以开启LCD时较开启EVF时耗电。

“酷”点之三：类似飞机舱门的数据传送埠

此前富士数码相机的数据传送埠都是裸露在外，而FinePix 4900zoom的数据传送埠却加了一个弧形盖，打开时颇似飞机的舱门，设计非常漂亮。FinePix4900zoom的数据传输采用USB接口，支持热插拔。与计算机接通后相机内的存储卡作为可移动磁盘，成了计算机的一个驱动器，操作与普通驱动器一样。

“酷”点之四：颇为独特的“特色按钮”

FinePix 4900zoom浑身上下大大小小的按钮十几个，但有几个很独特，在其余的富士数码相机上都看不到。“EVF/LCD”按钮算是一个，除此之外还有相机背部左面的“SHIFT”按钮，此按钮在回放模式时，与“DISP”按钮配合可调节LCD或EVF的亮度；在拍摄模式时不仅可调节LCD或EVF的亮度，还可以与“闪灯”按钮配合快速设置图像的分辨率而无需把转盘旋至“SET”位置。在相机背部、电源按钮偏下的位置有两个按钮——“AE-L”和“焦点确定”按钮。“AE-L”按钮用于锁定曝光量（手动模式时无效），从而可自由选择曝光参照物，使照片曝光更易控制。按下“焦点确定”按钮，会使焦点附近位置的图像放大，从而可粗略检测对焦是否准确，这一功能在手动模式时颇为实用。

“酷”点之外:影像质量

影像质量方面，由于FinePix 4900zoom与FinePix4700zoom使用相同面积和分辨率的CCD且镜头的最大孔径相同，所以影像质量与FinePix4700zoom几乎没有差别。不同的是FinePix4700zoom的图像最高分辨率存储格式为JPEG格式，而FinePix 4900zoom为TIFF格式。采用此模式拍摄时，FinePix 4900zoom所得照片数据量约为12.7MB，分辨率为300dpi时的输出尺寸为20×15cm。

FinePix 40i的外形和FinePix 4700zoom有些相像，但镜头焦距固定为36mm（相当于35mm相机）。基本摄影功能没什么特色，可以说是FinePix4700zoom的简化版，影像质量也与FinePix 4700zoom差不多。但FinePix 40i除了摄影以及数码相机常见的摄像功能外，还有另外一个“很特殊”的身份——Mp3随身听。

对于Mp3，玩摄影的朋友们可能有些陌生，不过这并不重要，你只要知道这是一种音质与CD一样，但数据量仅有CD十分之一的音乐格式就可以了。Mp3的获取资源很丰富，可以从网上下载，也可以利用相关软件把CD或VCD片断压缩而获得，一分钟音乐的数据量大约是1MB。

FinePix40i的照片和动画片断数据传输和FinePix 4900zoom相同，即存储卡可作为电脑的可移动磁盘，但下载Mp3文件就必须使用随机附送的程序，而且要求所使用的SmartMedia闪存卡具有ID号。Mp3文件传输到相机内后，文件格式不再是mp3而变为svq格式，但数据量没有变化。

播放Mp3音乐时，线控耳机和普通随身听的线控耳机功能一样，可控制播放、暂停、音量和低音（Bass）等,但在拍摄照片时线控耳机却成了快门线，耳机上的小液晶屏显示的也不再是音乐数据而是拍摄数据。

传统相机时代，我们并没有看到那种照相机机背上带个磁带播放机或收音机之类的东西，尽管那时作出这种东西很容易。

而现在数码相机和Mp3音乐随身听合而为一，FinePix40i给了我们一个全新的更广泛的相机概念，不仅是技术上的，更是意识上的。◆

规格说明富士FinePix4900zoom富士FinePix40i

镜头(相当35mm相机)：35-210mm/F2.8-1136mm/F2.8

影像感应器：1/1.7英寸240万像素Super CCD

最大图像分辨率：2400×1800

感光度(ISO值）：125/200/400/800200

曝光控制：手动/程序自动快门优先/光圈优先自动

记录介质：SmartMedia卡

数据传输接口：USB/视频输出

电源：1节NP-80型锂离子电池2节AA电池

最大尺寸(mm)：107×77×9285×71×28

重量(不含电池)：410克155克

参考价格（10月北京）：7800元人民币5900元人民币

35-210mm/F2.8-11

使用FinePix4900zoom（编号：0301581）拍摄，

右图为局部（蓝框区域），300dpi时原大。

富士FinePix40i数码相机的外观。

使用FinePix40i（编号：REG0011）拍摄，分辨率为2400×1800。

右图为局部（蓝框区域），300dpi时原大。

CCD太阳敏感器误差分析与补偿 篇4

CCD太阳敏感器误差分析与补偿

介绍了星载CCD太阳敏感器的工作原理,用空间几何模型阐述了线阵CCD太阳敏感器测量两轴姿态信息的方法,进行了误差分析,建立了系统的.误差补偿模型.通过标定试验,确定了模型参数,进行了物理补偿,同时针对系统的残差,提出了数学补偿的方法.测试结果表明敏感器实现了较高的测量精度,验证了误差补偿方法的有效性.

作 者：余成武 贾锦忠 吕政欣 卢欣 Yu Chengwu Jia Jinzhong Lv Zhengxin Lu Xin 作者单位：北京控制工程研究所,北京,100080刊 名：航天控制 ISTIC PKU英文刊名：AEROSPACE CONTROL年，卷(期)：24(4)分类号：V4关键词：CCD太阳敏感器 误差分析 误差补偿 标定试验

CCD 篇5

现行的.拉伸法测金属杨氏模量实验存在调节困难、稳定性差、误差较大、技术含量低等缺点.采用线阵CCD采集激光信号,通过A/D数据采集转换为数字信号,在计算机上利用连续采集储存数据,构建数学模型分析并获得结果,克服了以上缺点,提高了实验精度,扩展了学生的知识面,对提高学生动手能力和创新能力有较好的作用.

作 者：杨涛 YANG Tao  作者单位：林电子科技大学,信息材料科学与工程系,广西,桂林,541004 刊 名：大学物理  PKU英文刊名：COLLEGE PHYSICS 年，卷(期)： 27(12) 分类号：O4-34 关键词：杨氏模量   线阵CCD   数学模型   仪器改进  

CCD 篇6

为了提高经纬仪的测量和跟踪精度,采用了一种CCD激光自准直系统对光电经纬仪车载平台变形进行实时测量;对测量系统的精度进行了分析,其精度很大程度上取决于CCD图像传感器输出信号的精度;研究了影响CCD精度的各种因素,并对CCD图像进行消噪处理,结果表明CCD图像的`质量明显提高,从而提高了CCD激光自准直系统的测量精度.

作 者：张东梅 尚春民 乔彦峰 ZHANG Dong-mei SHANG Chun-min QIAO Yan-feng 作者单位：张东梅,ZHANG Dong-mei(长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院研究生院,北京,100039;长春理工大学,吉林,长春,130022)

尚春民,SHANG Chun-min(长春理工大学,吉林,长春,130022)

乔彦峰,QIAO Yan-feng(长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033)

CCD图像传感器原理 篇7

1 CCD分类

a.从CCD的工作特性可分为：线性CCD和矩阵式CCD。b.从工艺特性又可分为：单CCD、3CCD及Super CCD三种。c.按光谱可分为可见光CCD、红外CCD、X光CCD和紫外CCD。

2 CCD结构

CCD从结构上分为线阵CCD和面阵CCD，从受光方式分为正面光照和背面光照两种。线阵CCD有单沟道和双沟道两种信号读出方式，其中双沟道信号读出方式的信号转移效率高。面阵CCD的结构复杂，常见的有帧转移 (FT) CCD、全帧转移 (FFT) CCD、隔列内线转移 (IIT) CCD、帧内线转移 (FIT) CCD、累进扫描内线转移 (PSIT) CCD等。

3 CCD成像原理

CCD (Charge Coupled Devices, CCD) 由大量独立光敏元件组成，每个光敏元件也叫一个像素。这些光敏元件通常是按矩阵排列的，光线透过镜头照射到光电二极管上，并被转换成电荷，每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度，图像光信号转换为电信号。当CCD工作时，CCD将各个像素的信息经过模/数转换器处理后变成数字信号，数字信号以一定格式压缩后存入缓存内，然后图像数据根据不同的需要以数字信号和视频信号的方式输出。

CCD工作过程可分为电荷存储、电荷转移、电荷输出和图像信息还原四个阶段。

3.1 电荷存储

构成CCD基本单位是MOS电容器，类似于MOS晶体管结构，和其他电容器一样，MOS电容器能够储存电荷。当金属电极（称为栅）加正电压时（衬底接地），在电压的作用下，就会产生一个垂直于衬底表面的电场。在此电场的作用下，P型硅中的多子空穴被向下排斥，形成耗尽层。电子在那里势能较底，可以形象化地说，形成了电子的势阱，势阱中能够容纳多少个电子，取决于势阱的“深浅”，栅电压越大，势阱越深。

3.2 电荷转移

若CCD基本单位MOS电容器之间排列足够紧密（通常相邻MOS电容电极间隙小于3μm），使相邻MOS电容的势阱相互沟通，即相互耦合，那么就可使信号电荷（电子）在各个势阱中转移，并力图向表面势S最大的位置堆积。因此，在各个栅极上加以不同幅值的正向脉冲G，就可改变它们对应的MOS的表面势S，亦即可改变势阱深度，从而使信号电荷由浅阱向深阱自由移动。就电荷转移方式来讲，CCD有二相、三相、四相等多种结构形式。下面是三相CCD转移图：

3.3电荷输出

电荷输出结构有多种形式，如“电流输出”结构、“浮置扩散输出”结构及“浮置栅输出”结构。其中“浮置扩散输出”结构及“浮置栅输出”结构应用最广泛，结构如下图：

(a）浮置扩散输出（b）浮置栅输出

3.4 图象信息还原

Bayer方式滤色器，R-G-B-G四个单元为一组，G是R和B的两倍，因为人眼的视锥细胞对绿色更敏感。现在数码相机普遍采用的方式：R-Gr-B-Gb混合色亮度等于R、G、B各分量亮度之和，根据R、G、B三分量比例来还原色彩。

4 CCD主要参数

CCD主要参数有：总像素、有效像素、尺寸、灵敏度、量子效率、光谱响应特性、转移效率、不均匀度、动态范围、采样精度、线性度、噪声等。

4.1 灵敏度

它是指在一定光谱范围内单位曝光量的输出信号电压（电流）。也相当于投射在光敏元上的单位辐射功率所产生的电压（电流）。

4.2 量子效率

如果说灵敏度是从宏观角度描述CCD光电特性，那么量子效率是对同一个问题的微观描述，可以理解为1个光子能产生的电子数。

4.3 光谱响应特性

主要由光电二极管特性决定。下图是Si光电二极管的光谱响应曲线。

Si材料的禁带宽度决定了光谱响应的长波极限，由于波长愈短，半导体对光波的吸收系数愈小，这就决定了光谱响应的短波极限。

4.4 转移效率

转移效率η是指电荷包在进行每一次转移中的效率，即电荷包从一个栅转移到下一个栅时，有部分的电荷转移过去，余下1-η部分没有被转移，由于CCD中信号电荷包大都要经历上千次的转移，即使值几乎接近1，但其总效率往往仍然很低。例如，如果转移效率为0.999，转移2000次的话，总效率只有0.135。S0009CCD的转移效率为0.99999, 平均转移2000次，总效率为0.98。

4.5 不均匀度

CCD成像器件不均匀性包括光敏元不均匀和CCD (CMOS）不均匀。一般CCD是近似均匀的，即每次转移效率是一样的。光敏元响应不均匀是由于工艺过程及材料不均匀引起的，画素越多，均匀性问题越突出，不均匀度是影响像素提高的因素，也是成品率下降的重要原因。CCD的成品率一般不足50%。

4.6 动态范围/采样精度

上限取决于光敏元势阱容量，下限取决于CCD能分辨的最小信号，即等效噪声信号。

动态范围=光敏元满阱信号/等效噪声信号

采样精度是指输出电荷经A/D转换成数字信号的位 (Bit) 数。采样精度越高，层次越多，图像越细腻。现在数码单反相机采样精度为12bits。采样精度影响到颜色层次过渡细腻程度，动态范围则影响到整个图像表达明暗动态范围。

4.7 线性度

线性度是指在动态范围内，输出信号与曝光量关系是否成直线关系。

通常在弱信号和接近满阱信号时，线性度比较差。在弱信号时，噪声影响大，信噪比低；在接近满阱信号时，耗尽层变窄，使量子效率下降，灵敏度降低，。

参考文献

[1]李云飞、李敏杰等, TDI-CCD图像传感器的噪声分析与处理, 光学精密工程, 2007-cqvip.com

[2]熊平, CCD与CMOS图像传感器特点比较, 半导体光电, 2004-cqvip.com

基于CCD摄像头黑线提取算法 篇8

摘要：从大的层面上来讲，黑线提取分为AD转换提取以及通过硬件滤波(电压跳变比较)提取两种算法，本文具体介绍了两种方法的利与弊，以及我们为什么最后选择了AD采样。

关键词：AD采样；电压跳变采样；硬件滤波；提取黑线；逐行搜索

基于AD采样的算法

基于AD的黑线提取算法能够反映图像上的每个点的黑白程度，提取出来的黑线准确度比较高，但是后续的黑线提取算法比较复杂。基于电压跳变比较方法软件黑线提取非常简单，但是硬件调试比较困难，而且不能反映每个点的真实黑白程度。对赛道环境要求很高，易受干扰。

基于AD的黑道提取有以下几种方法：

·找出每一行的黑线的左右边界点，把中间点作为道路，

·利用若干行相加，取最黑点，

·找出每行的最黑点，把它作为道路。

第一种做法：找出每一行的黑线的左右边界点，把中间点作为道路。它是最容易想到的方法，在无交叉道以及摄像头的黑白AD值分明的情况下，它可以达到非常理想的效果。但是若出现了斜看交叉道或者黑白AD不是很分明的情况下，该方法的滤波显得十分复杂。在实际中由于摄像头对于远处的黑线不是很敏感，这使得黑点的阈值很难确定，选大了会使远方道路提取出错，选小了会丢失远方的道路信息。也许采用动态阈值是一个好方法，但是它也不是十分管用。在实验中我们发现黑点的阈值不是随着距离的变化成线性变化的，它的变化多少带有点突变的味道，因此很难确定黑点阈值的变化规律，自然动态阈值也很难设定。斜看十字道会带来更大的麻烦，由于在实际的控制中很难做到每次都严格地贴线走，因此小车在从弯道出来的时候若弯道前方有个十字道，很容易造成斜看的情况发生。这时从AD采集的图像上看来十字交叉道会像一个分叉的树枝一样从前方道路上出来，更糟糕的情况是在前方正确道路消失的地方恰好被斜的十字道路的一边给补上了。若采用这种方法，则很容易误将道路确定到十字叉的一边上，使得小车的转向错误。为了滤除这种情况，我们根据它的特点采用了很多的滤波方法。

首先，在前方道路与十字叉的交界点，黑点的个数会突然增加很多。在一般情况下，随着距离的增加黑点的个数会慢慢减少，不会出现突然增多的情况。因此我们可以用上一行的黑点数，估计出下一行的黑点数，如果超出了估计值，我们就认为它是不合理的。

其次可以根据赛道不突变的原则，来滤除杂点。我们可以根据前面两行的变化情况预测出下一行的赛道变化范围，利用它来滤除杂点。但是在实际的应用中下一行的变化范围预测总不是很理想。因此当赛车经过90度弯时，赛道的变化在小车看来是十分巨大的，几乎和斜看十字交叉道没有多大的区别。有时会将90度弯滤除，造成小车直接冲出跑道。最后，我们还可以通过分别从左至右与从右至左的方法来搜索赛道的左右边界点，若发现两者不一致，则可以采取取变化较小的点作为赛道来处理。加了以上的滤波以后整个搜索赛道程序会显得十分复杂，而且也不是十分可靠，如图1。

第二种做法：利用若干行相加，取最黑点。这种做法是我们上届的学长提出来的算法。但是我们利用起来不是很可靠。它的头点始终采不稳定。它的三行相加的理由是若中间一行右黑点丢失，它可以利用自己设定的阈值把它找回，如三行相加的黑点闽值可以定义为1个白点与2个黑点的和。带有些中值滤波的味道。但是，由于远处的黑白不是很清楚，本来黑白的阈值就难以设定，三行相加的阈值就更难设定。而且在弯道上由于远方的点本来就少，大约只有一两个黑点而且又不在同一列上，很容易将这些点丢失，导致头部的点不稳定。为了尽可能地将远方的黑线提取出来，从软件上讲唯一的方法就是增大闽值，比如将三行相加的阈值设置为一黑二白相加，但是问题是远方的黑白不是很明显，白点比较黑，黑点比较白，这种闽值的选取很容易造成把远方的那些比较黑的白点也一并归入黑线之中，这使得小车的转向发生混乱，如图2。

第三种做法：找出每行的最黑点，把它作为道路。由于每行搜索的是最黑点，因此可以将黑点的阈值稍稍扩大，即使远方的黑白不清，由于找的是最黑点因此还是可以提取出真确的黑线的。它的主要问题是，不一定每行都有符合要求的点，会造成一行丢失而失去后面的黑点。解决的方法是当发现一行丢失以后，不立即退出搜索，而是置一个丢失计数器，只有当丢失计数器的值连续累加到一定的阈值后才退出。当每次搜索到一行的黑线后看看丢失计数器是否为非零。若不是，则说明前面没有丢失行。若是，则说明前面有几行丢失了。我们可以根据这一行与上一有效行对中间的丢失行做一个线性化处理。然后清零丢失计数器。有了丢失计数器，我们可以对赛道的提取条件加以严格的限制，而不必担心黑线的漏检。比如可以严格限制黑线的宽度，这样很容易滤除看到大块黑斑所带来的干扰。对于上述的斜看十字交叉线的问题，我们只要根据上一行的黑线严格限制下一行黑线出现的范围，便可轻松地滤除。当然在发现丢失行以后对于下一行的搜索必需加大黑线搜索的范围，允许的连续丢失行越多则再次找回的黑线的可信度也就越低，在实际的提取过程中必须把握好这一阈值，使得既可以顺利找到前方的道路，又不至于误提取黑线。实际证明这种方法实现简单，可靠性也最高，黑线提取十分稳定，如图3、图4。

硬件滤波(电压跳变比较)

从图5摄像头的视频输出信号可以看出，在黑线与白线之间有一个明显的电压跳变过程，我们可以利用这一特点来作为黑线的提取标志。利用合理的硬件电路我们便可以实现在电压跳变以前输出逻辑1，在电压跳变后输出逻辑0。这样单片机要做的就是不停地读取引脚的电平状态。由于不需要AD转化，这使得单片机在每个视频的行中断中读取比AD多得多的点，黑点的个数自然也很多。在提取黑线时软件要做的只是区分0与1而已，实现起来非常方便。图6是一幅由这种方法提取的图像与AD采样图像的对比。可以看到它的黑线非常明显，效果很好。

但是这种方法也存在着很多局限性。首先，它对环境的要求苛刻，不能有缝，不能有反光。由于缝的颜色明显区别于周围的颜色，因此在图像上它就表现为一条黑线。其次由于反光的作用使得反光区域光线异常强烈。反光区在图像上也是一片黑，使得白变黑。其次，它对横向的分辨能力很弱。使得它对起始道的区分非常困难。比如起始道在图像上往往会把中间的黑道变成白道，使得起始道的辨别以及黑线的提取困难。最后，对于十字交叉道，由于一行全是黑线，电压无跳变，因此在图像上它是一条白线，使得赛道出现断点，出现黑变白。更糟糕的情况是稍微斜看十字叉时，它会出现起始道的特征，使得赛车乱停机。

上述的黑变白以及白变黑的出现，很大程度上抵消了它所带来的方便性，软件必须对于采到的黑线加以认真判别，看它是否是真的黑线，这就涉及到许多方面的滤波。再则，由干单片机读取的仅仅是0-1信号，丢失了每点之间的细微的黑白程度，这也给滤波带来极大的难处。为了正确提取黑线，它涉及到本文所提到过的所有滤波方式，包括线宽设置，黑线的连续性等等。

但是它带来的最大困难还是起始道的判别问题。起始道的干扰不仅来自十字交叉线，而且还来自一般赛道，因为很有可能在赛道的两侧由于光线反射的不均衡导致电压的跳变，使得在黑线的旁边隔着一段白斑出现几段的黑线，很容易误认起始道，最终导致起始道根本无法识别。

CCD 篇9

摘要：一种基于DSP的CCD采集与处理系统。在该系统中DSP(TMS320C6711)进行高速、大数据量的数字信号处理、MCU(89C52)完成人机界面处理。文中给出该系统在生物医学工程中的应用：静止悬浮式激光散射法血细胞分类计数仪中光电信号的采集和处理。将该系统做适当修改，同样也可适用于其它光电信号的采集处理。

关键词：TMS320C6711CCD89C52数据采集数据处理

引言

TMS320C6711是TI公司推出的DSP芯片。其数据处理功能非常强大，时钟速度可大100M(或者150M)，但是其I/O功能要求有限。因此，采用MCU(89C52)作为人机接口，构成双CPU(MCU和DSP)系统。

1系统构成

本文所介绍的CCD采集系统是在32位浮点DSP(TMS320C6711)上实现的。如图1所示：单片机89C52负责接受键盘输入，并在液晶显示器上显示处理的结果信息;CCD在光点转换后的数据通过A/D转换器后在异步FIFO中缓存;DSP是系统的信息处理中心，它读取FIFO中的数据后经过处理，将结果传给89C52，由液晶显示器显示信息。

DSP(TMS320C6711)是整个硬件系统的信号处理中心。它接受CCD传来的采集信号，加以处理并将结果传给单片机。DSP还完成对Flash和SDRAM的控制。

MCU(89C52)主要充当人机界面的角色，接受外部键盘的输入，将DSP传输未来的结果用数据和图文的形式在液晶显示器上显示出来。

*8KB的可编程FlashMemory;

*可以写/擦1000次以上;

*内置256×8位RAM;

*32个可编程I/O口。

图3信号双向缓冲器隔离图

由于DSP计算能力很强，但I/O控制能力有限，因此89C52的以上性能可以保障系统控制能力，提供人机接口之便。

CCD(TCD132D)是一种新型的固体成像器件。特别适合各种精密图像传感和无接触工件尺寸的在线测量。TCD132D是具有1024个像素的二相线性CCD。

IDT7204是4K×9位的异步FIFO，读写操作会自动访问存储器中连续的存储单元。从FIFO中读出的数据和写入的顺序相同，地址的.顺序在内部已经预先定义好。芯片对读写指针提供复位功能，使内部读写指针同时设置到初始位置。另外，它还可以对已经读出的数据通过将读指针重新设置到初始位置而实现数据的重新读取。该器件用9位数据宽度，第9位可以根据用户需要作控制位或者校验位。IDT7204的存取速率可达12ns。

A/D转换器(AD7821)是Analog公司出品的高速8位A/D转换器件;Flash采用AMD公司4Mbit的FlashMemoryAM29LV400B;SDRAM采用了4片Micron公司生产的高速SDRAM芯片MT48LC2M8A;液晶显示采用T6963C控制器点阵图形液晶显示模块。

2系统内关键电路的设计和主要芯片的互连互控

2.1CCD以及A/D模块

采用TCD132D线性CCD，光电转换后用三极管放大，如图2所示。三极管放大后用LF357进行滤波处理，然后再送A/D模块滤波、转换。A/D转换使用AD7821，采用READ方式读取数据。

2.2DSP与SDRAM、FIF0的互连和信号完整性设计

由于TMS320C6711的时钟频率在100MHz以上，时钟沿时间为10ns或者以下，系统构成中除有DSP芯片本身外，还有SDRAM、Flash、FIF

O等。故必须对系统进行分割，主要目的是保护高速部分，即SDRAM部分。

设计中高速部分(SDRAM部分)要求信号线尽量短，尽量靠近DSP。本系统中需要使用大量存储器(4片SDRAM)。DSP与SDRAM的时钟接口速度很高，为保障信号的完整性，如图3所示，采用图4所示的时钟缓冲器产生4个相同、延迟极小并且一致的时钟，分别接到4片SDRAM上。这样不但增加了时钟的驱动能力，同时还很好地保证了信号的完整性。

为了保护高速信号部分，同时为了防止DSP外设驱动能力的不足，用74LVT162245双向缓冲器实现Flash和异步FIFO数据线的职责离。

FIFO芯片IDT7204与DSP连接中图5所示。FIFO是异步器件，所以放到CE1空间上。FIFO的读信号由XARE#、XCE1#、XA20、XA21控制。当AD7821信号转换害完成后，由DB_INT向WE#写信号线开始写入FIFO;而当FIFO半满后，由HF#向DSP的X_INT4请求写入DSP。

2.3DSP与MCU的互连

由于DSP的McBSP接口和MCU(89C52)的UART接口并不一致，所以不能直接把McBSP当作标准的UART来应用。McBSP和UART连接有两种方式：一种是SerialPort方式，硬件连接如图6所示;另一种是将McBSP设置成GPIO方式，其硬件连接如图7所示。

3系统在生物医学工程中的应用举例

利用静止悬浮式(非流式)激光散射法血细胞分类计数测定法对血细胞分类计数，不需要固定和染色样品，不需要导电介质，更不需要昂贵的流式装置，可以方便、快捷地对血细胞分类计数。这不但大大降低了仪器造价，满足于血液常规的检验，而且还可以针对病人的不同要求分别检验，减轻病人负担。

3.2软件及其优化

本系统的软件分为两部分：一是以单片机为核心的系统控制程序，主要是人机接口程序;二是以DSP为核心的数据处理程序。下面就分别对这两部分进行详细的阐述。

(1)以单片机为核心的系统控制程序

单片机作为系统的控制核心负责液晶的显示、键盘的扫描及系统的启动和停止。图8是这部分的程序流程图。

(2)以DSP为核心的数据处理程序

DSP子系统接受单片机传递的操作指令和参数，启动CCD工作，然后，通过QDMA方式从FIFO(数据缓冲作用)里面读取光强数据，调用NNLS算法计算血细胞的尺寸分布。最后，把结果传递给单片机。

图9是这部分程序的流程图。程序采用C语言与汇编语言混合编写。C语言构成程序的主框架。

程序的优化包数据预处理和采用浮点运算器TMS320C6711的各种优化方法进行数据处理。

由于测得的散射光强分布信息的数字化信号往往带有电路噪声和随机误差，影响到测量的精度。为使这些数据能更好地反映实际情况，通常要对它们进行一定的预处理，这样才能作为数据处理软件进一步计算的原始数据。我们采集50组光学数据进行平均，来减小相对误差。由于CCD光学探测器的各像元具有空间等间隔特点，故采用五点三次平滑滤波获取血液样品的径向散射光强。

4结论

CCD 篇10

技术理论分析

“超级”CCD与普通CCD最大的不同，是其使用的不再是普通的矩形光电二极管，而是较大的八角形光电二极管，像素则以蜂窝式排列。如图。

要提高影像质量就必须增加CCD的像素，因此在CCD尺寸一定的情况下，增加像素就意味着要缩小像素，从而缩小了像素中的光电二极管，而要提高CCD的感光度和信噪比则必须加大每个像素的光电二极管，这一矛盾对于CCD而言是难以克服的。

而“超级”CCD的设计却可以使这一矛盾得以缓和。其像素按45度角排列为蜂窝状后，控制信号通路被取消，节省下的空间使光电二极管得以增大，而八角形的光电二极管因更接近微透镜的圆形，从而可以比矩形光电二极管更有效的吸收光。光电二极管的加大和光吸收效率的提高使每个像素的吸收电荷增加，从而提高了CCD的感光度和信噪比。

普通CCD由于在互相垂直的轴上间隔较大，使其水平和垂直分辨率低于对角线上的分辨率，而“超级”CCD互相垂直的轴上间隔变窄，因此水平和垂直分辨率高于对角线上的分辨率，这也就意味着水平和垂直分辨率得到了相对提高。

从理论分析而言，使用“超级”CCD的数码相机比使用普通CCD的数码相机显然更具优势。

实拍结果对比

为了使CCD以外因素的影响减到最低，拍摄所使用的相机均为富士产品——富士 FinePix4700zoom(240万像素“超级CCD”，相当于35mm相机35-105mm富士龙镜头)和富士MX-2900zoom(230万像素普通CCD，相当于35mm相机36-108mm EBC富士龙镜头)，此两款数码相机CCD硬件精度与镜头均很接近。

由以上理论分析和实拍对比，“超级”CCD必将以更优秀的性能而逐步取代普通CCD。但想要由此把传统卤化银摄影术拉下马来仍需要克服自身的致命弱点——处理速度太慢。◆

注：测试使用相机由联想科技商城提供。

vs.=versus,对比之意。

普通CCD “超级”CCD

240万像素“超级”CCD(4700Zoom摄于故宫)

230万像素普通CCD(2900Zoom摄于故宫)

微距模式下：

微距模式下两种CCD在细节表现方面均很好，但相比之下，“超级”CCD的图像细腻程度和影像深度则稍胜一筹。

240万像素“超级”CCD(4700Zoom摄于爨底下)

230万像素普通CCD(2900Zoom摄于爨底下)

一般模式下，广角：

对于全景，普通CCD与“超级”CCD的差距很明显，“超级”CCD在层次过渡、明暗变化方面表现得更好。

240万像素“超级”CCD(4700Zoom摄于首钢)

230万像素普通CCD(2900Zoom摄于首钢)

昏暗环境下：

CCD图像传感器发展与应用 篇11

电荷耦合器件(CCD)自20世纪60年代末出现以来,以其线性良好、量子效率高、动态范围大以及模拟兼数字化等优点,在信号处理及图像传感领域里发挥了巨大的作用。如今CCD摄像器件已广泛应用于SDTV摄像机、HDTV摄像机、数字摄像机、数码相机、可视电话以及监控系统等领域[1]。CCD的高分辨率成像技术已广泛应用于SDTV和HDTV、图像通信、医学和科学成像等领域。

2 CCD图像传感器类型介绍及应用[2]

2.1 线型CCD

线型CCD图像传感器由一列MOS光敏单元和一列CCD移位寄存器构成,分为单行结构和双行结构,线型CCD图像传感器可直接接收一维光信息,不能直接将二维图像转变为视频信号输出,必须用扫描的方法得到整个二维图像的视频信号。线型CCD图像传感器主要用于尺寸测试和定位、传真和光学文字识别技术等方面。

2.2 面型CCD

按一定的方式将一维线型光敏单元及移位寄存器排列成二维阵列,即可以构成面型CCD图像传感器。面型CCD图像传感器有3种基本类型:线转移型、帧转移型和行间转移型。面型CCD图像传感器主要用于摄像、存储、数码相机等感光器件。

3 几种国外CCD图像传感器介绍

3.1 超高分辨力线阵CCD图像传感器

该CCD图像传感器是由美国柯达公司研制,成功用于高端扫描系统。该器件可应用于高清晰度尺寸测量定位、传真和光学文字识别技术等方面。

3.2 帧转移面型CCD图像传感器

由Philips公司推出用于数码相机的彩色帧转移CCD(FT-CCD),型号为FXA1013,分辨力为2 000×1 600,芯片尺寸为9.49 mm×8.67 mm,像素尺寸为4.1μm×4.1μm。

3.3 低光度CCD图像传感器

低光度图像传感器CCD60采用读出寄存器和输出放大器间的增益寄存器,增殖光电子多达1 000倍。采用背面减薄工艺,分辨力为128×128像素,量子效率大于90%。CCD60工作在反转模式以抑制暗电流,工作速度高达1 000 f/s(帧/秒)。传感器的光谱范围为400~1 060 nm,填充系数为100%。在电荷域的片上增益能通过控制工作电压来调整,像素尺寸为24μm×24μm。

3.4 高分辨力大面阵CCD图像传感器

Farchild Imaging公司的CCD595型9 216×9 216像素大面阵全帧转移CCD图像传感器,其像素尺寸为8.75μm×8.75μm,成像面积为80.64 mm×80.64 mm。该CCD图像传感器可应用于摄像和高分辨力数码相机。

3.5 CCD485固体全帧传感器

Farchild Imaging公司的一种固体全帧转移CCD图像传感器,型号为CCD485,计划用于科学、工业、商业的高清晰度数字成像应用。其填充系数接近100%,特点是成像区采用埋沟多针相工作模式。成像区分为4个象限,采用三相时钟结构,每一象限都可单独时钟驱动。该CCD的像素数为4 096×4 097,像素尺寸为15μm×15μm,有效像素数为4 080×4 080,读出噪声低,动态范围宽。

3.6 松下推出高速CCD图像传感器

松下推出的MN39192FH是一种1 330万像素1/4SXGA CCD图像传感器,通过辅助片上的滤色镜和光栅实现了速度高、灵敏度高等特性,推动了小型高质量数码视频摄像机的发展。该CCD器件具有信噪比高、动态范围宽等特点,像素尺寸为2.8μm×2.8μm。

3.7 ITO-CCD图像传感器[3]

大多数CCD图像传感器的电极材料均采用多晶硅薄膜,而多晶硅对蓝光透射性很差,于是Kodak发明了氧化铟锡(ITO)电极。ITO-CCD对蓝光是全透明的,敏锐度更高,透光性比一般CCD提高了20%,ITO-CCD比传统CCD的蓝光透过率提高了2.5倍,同时大幅度降低了噪声干扰,使图像质量更好,为专业数码相机提供了高清晰度、高质量的图像。至今Kodak公司已研制出200万(1 736×1 160)像素、600万(3 032×2 008)像素和1 600万(4 000×4 000)像素ITO-CCD图像传感器,KAF-1602LE是Kodak公司推出的ITO-CCD型号之一。

3.8 电子倍增CCD图像传感器

Andor-technology公司研发出了128×128,512×512,576×288,726×902,1 815×2 256,1 024×128,2 048×2 048像素的电子倍增CCD(Electron Multiplying CCD,EMCCD)。这种帧转移EMCCD的结构包括先进的增益移位寄存器、成像区、存储区、移位寄存器和输出放大器,其量子效率高,灵敏度高,信噪比高。这些成像测量系统主要用于弱光检测、生命科学中的DNA标记、X射线成像与光谱检测、生物和医学成像等。

3.9 紫外CCD图像传感器

日本滨松公司开发的新型紫外固体摄像器件——薄型背照式电荷耦合器件(BTCCD),采用特殊的制造工艺和锁相技术,具有噪声低,灵敏度高、动态范围大等优点。BTCCD有很高的紫外光灵敏度,紫外波段的量子效率超过40%,可见光部分超过80%,甚至达到90%左右,不仅可工作于紫外光,也可工作于可见光。

目前Sarnoff研究中心的紫外研究工作有两个方向:一是研制线阵和隔行转移列阵格式的CMOS/CCD,现已证明,这种方法所产生的探测器随着时间和表面电荷的变化能保持高度的稳定性;二是为海洋研究室研究一种薄型背面照射技术,模拟证明,这种技术可以在深真空紫外波段(10 nm)获得30%以上的稳定量子效率。在真空紫外以下,硅CCD可用来在远紫外(10~100 nm)和软X射线(0.1~10 nm)波段内成像。

美国COOK公司向市场提供了Dicam-pro型增强式制冷型CCD相机,它的曝光时间仅3 ns,其工作波段位于近红外-紫外波段。这种相机可用于荧光分析、化学荧光分析、光谱分析、弹道分析、生物荧光分析、高速流体分析、电源现象分析以及PIV成像等系统。可用光缆传输从相机到PCI接口板的串行数据。

4 CCD图像传感器的发展现状和发展趋势[3,4,5,6]

目前,CCD图像传感器的生产主要集中在日本的索尼、东芝、松下、滨松、夏普、三洋、富士、奥林巴斯、NEC、加拿大的Dalsa和美国的柯达等公司。当前各CCD生产厂商和数码相机、摄像机厂商之间像素和照片质量的竞争,实质是缩小像素面积的竞争。自1987年以来,CCD图像传感器的像素面积以每年20%的速度缩小,目前像素面积已经小于3μm×3μm。

从目前CCD技术的发展趋势来看,CCD将向高分辨力、高速度、微型化、多光谱、紫外、X射线、红外等方向发展。近几年,数码相机和微型摄像机的发展过程中,CCD和CMOS图像传感器相互竞争。总的来看,在军用领域,CCD使用的较多;在民用领域,CMOS图像传感器与CCD之间的竞争相当激烈,重点是制作工艺、功耗、集成度和成本。在竞争的过程中,CCD和CMOS图像传感器的研制和开发厂商不断推出新品。从CMOS与CCD目前的应用、技术发展以及未来的发展趋势看,CMOS图像传感器可能成为主流。CMOS固体摄像器件与90%的半导体器件都采用相同标准的芯片制造技术,而CCD则需要一种特殊的制造工艺,故CCD的制造成本高很多,表1是两种器件的比较。随着CMOS图像传感器技术的进一步研究和发展,过去仅在CCD上采用的技术正在被应用到CMOS图像传感器上。

5 小结

CCD和CMOS图像传感器已经发展成熟,至今已经推出了可见光CCD和CMOS图像传感器、紫外CCD、红外CCD、微光CCD、X射线CCD和X射线CMOS图像传感器等。近年来,人们对CCD的分辨力、信噪比、灵敏度、动态范围等特性的要求越来越高。CCD图像传感器将在我国航天、遥感、天文、工业、农业、商业、医学、交通、通信等领域得到更加广泛的应用。

参考文献

[1]BOYLE W S,SMITH G E.Charge coupled semiconductor devices[J].Bell Sys.Tech.J.,1970,49[2]:587-583.

[2]周祖成.电荷耦合器件在信号处理图像传感器中的应用[M].北京:清华大学出版社,1991.

[3]ETOH T G,POGGEMANN D,KREIDER G,et al.An image sensor which captures100consecutive frames at1000000frames/s[J].IEEE Trans.Electron Devices.2003,50[1]:144-151.

[4]WILLIAMS M J,REINHEIMER A L,JOHNSON C B,et al.Backilluminated and electronbombarbed CCD low light level imaging system performance[C]//Proc.SPIE.[S.l.]:SPIE Press,1995:208-223.

[5]SUYAMA M,KAGEYAMA A.An electron bombardment CCD tube[C]//Proc.SPIE.[S.l.]:SPIE Press,1997:422-429.

基于CCD的垂线坐标仪的设计 篇12

关键词：矿井,井壁位移,径向位移,CCD,垂线坐标仪,线性标定,二值化

0 引言

井筒是煤矿生产的关键部位, 井筒遭破坏会严重影响煤矿的安全和正常生产, 造成巨大的经济损失。因此, 了解井筒的稳定状况及发展趋势, 做到防患于未然, 对确保煤矿的安全生产有重要的意义。从井壁出现小型裂隙到井壁发生灾害性破坏, 是井壁材料损伤裂隙演化过程。在这个演化过程中, 井壁的位移是其裂隙演化过程最直观的显现, 通过对井壁的竖向位移及径向位移的监测, 可以得到井壁的变形情况。为获得准确的测量值, 径向位移的测量需采用非接触式测量方式。

非接触式位移测量方法有电感式、电容式、超声波式、CCD (Charge Couple Devices, 电荷耦合器件) 式、磁栅式等。其中, CCD式测量方法具有精度高、易采集、抗干扰能力强、价格低等优点, 得到了广泛的运用。因此, 笔者设计了一种基于CCD的垂线坐标仪, 以此来测量井壁的径向位移。

1 CCD介绍及其选型

CCD作为一种自扫描式光电接收器件, 是光、机、电和计算机技术相结合的产物, 具有尺寸小、重量轻、功耗小、超低噪声、动态范围较大、线性好、光计量精确、光谱响应范围宽、几何结构稳定、工作可靠和耐用等优点, 且其线扫描输出光电信号有利于其后续信号处理, 在物体几何尺寸的测量、位置测量、图象识别、光学测量等方面得到了广泛的应用。由CCD传感器、光学系统、信号采集与处理器件构成的CCD 光电非接触式尺寸测量系统的使用范围和优越性是现有其它测量方法无法比拟的。

为保证测量精度, 选用日本东芝公司生产的TCD1500C。它是一种高灵敏度、低暗电流、5 340像元的线阵CCD图象传感器, 可用于传真、图象扫描和OCR。该传感器内部的信号预处理电路包括采样保持电路和输出预放大电路, 包含一列5 340像元的光敏二极管, 当扫描一张A3图纸时, 可达到16线/mm (400DPI) 的精度;当扫描一张A4图纸时, 可达到24线/mm (600DPI) 的精度。

2 垂线坐标仪在井壁变形监测系统中的布置

通过在井壁的4个方向上布置竖向位移传感器和垂线坐标仪即可达到监测效果。采用正垂线法 (也可视井深等情况采用倒垂线法) 确定垂线坐标仪的垂直基准线。由于垂线坐标仪固定在井壁上, 与井壁一起移动, 则井壁相对于基准垂线的位移反映在坐标仪所测得的垂线的位移变化上。

正常情况下, 当平行光均匀入射到CCD传感器的光敏面上时, 光敏单元通过其光电转换功能 (内光电效应) 将正垂线的“投影”光信号转换成电信号“图象” (即将光强的空间分布转换成与光强成比例的大小不等的电荷包空间分布) , 然后利用移位寄存器将这些电荷包在时钟脉冲的控制下实现顺序移出。该输出信号称为视频信号。

然后, 该视频信号经过适当放大后, 送入单片机的模拟比较器中进行二值化处理, 再将得到的规则脉冲信号输入单片机进行数据处理, 得到垂线投影在光敏面上的位移情况。坐标仪需要测量X、Y2个方向上的位移。各坐标仪得到的位移数据通过通信线路传送到地面计算机进行数据分析, 判断井壁变形情况。垂线坐标仪在垂直方向上的布置如图1所示。

3 基于CCD的垂线坐标仪结构设计

基于CCD的垂线坐标仪需要完成X、Y两个方向上位移的测量, 对每一个方向的测量都需要平行光源、CCD传感器及驱动电路、CCD信号检测电路、单片机等的协同工作, 其结构如图2所示。

4 基于CCD的垂线坐标仪硬件设计

4.1 LED光源电路

为了满足低功耗及分时上电的要求, 且避免复杂的光路设计, 笔者放弃使用激光器产生平行光源, 而选择采用LED点光源阵列, 在光源后加一片毛玻璃获得均匀平行光源, 同时使用LED光源, 便于调整光强。

LED光源电路如图3所示, 其中电阻值为10 Ω。该电路采用上海贝领公司研制的升压恒流芯片BL8532。BL8532是用于LED驱动的PFM控制模式的开关型DC/DC升压恒流芯片, 通过外接电阻调节可使输出电流恒定在0～500 mA。BL8532可以通过多个并联或多并两串的方式给多个LED恒流供电, 最多可驱动32个小功率的LED。

4.2 CCD驱动电路

CCD与一般集成电路不同, 集成电路通常需要简单的电源使能工作, 而CCD则需要有时钟脉冲发生器, 即CCD驱动器才能工作。

CCD驱动电路主要有两大功能: (1) 产生CCD所需的多路时序脉冲; (2) 对CCD输出的原始模拟信号进行处理, 包括增益放大、差分信号到单端信号的转换, 最后输出用户所需的模拟或视频信号。

该垂线坐标仪的设计要求能够达到20 μm的分辨率和20 mm的量程。TCD1500C的相邻像敏单元中心距为7 um, 共有5 340个单元, 可以测量的宽度达35 mm, 满足设计要求, 且驱动时序相对简单, 故选择TCD1500C作为坐标仪的CCD传感器。本设计中所采用的TCD1500C需要4路驱动脉冲, 包括移位寄存器脉冲、复位脉冲、转移栅脉冲和片内采集脉冲, 其工作频率不超过8 MHz。

图4为TCD1500C驱动电路的驱动脉冲与输出脉冲波形。从图4可看出, 在加上采样保持栅脉冲SP后, 输出信号去掉了调幅脉冲即补偿输出DOS成分, 它的幅度直接反映了像敏单元的照度。

SH-转移栅脉冲;Φ-时钟脉冲;RS-复位脉冲;OS-信号输出;DOS-补偿输出;SP-采样保持栅脉冲

对于CCD驱动信号而言, 最关键的是解决各相脉冲的同步问题。从图4可看出, 采样保持栅脉冲SP、复位脉冲RS和转移栅脉冲SH是最重要的, 它们的时序要严格按照要求产生, 而片内采集脉冲只要和复位脉冲一样就可以达到要求。

这里采用频率最高的复位脉冲控制其它脉冲的方式, 可以很好地解决同步问题。先采用12 MHz的有源晶振产生高稳定度的频率信号, 再经过分频电路进行分频及信号整形, 可以得到4种频率的方波, 选择所需要的频率作为复位脉冲RS (其频率可为0.5 MHz、1 MHz、2 MHz、4 MHz) , 然后将其二分频, 得到时钟脉冲Φ, 通过计数器进行计数, 每计5 440个就输出一个高电平, 触发一个延时电路产生一定宽度的高电平, 这样连续计数输出就得到了所需的转移栅脉冲SH。此时只要将该转移栅脉冲SH和复位脉冲RS相或就可以得到采样保持栅脉冲SP。而片内采集脉冲只需要和复位脉冲RS相同就可以了。驱动电路采用简单硬件电路产生, 因此可靠准确, 且分工明确。

基于上述思路设计的CCD驱动电路如图5所示。

4.3 CCD信号测量放大电路

由于CCD传感器输出的电压信号非常微弱, 必须对它进行放大。选用性能良好的AD8031放大器, 其工作方式为反相放大方式。AD8031反相输入端接CCD的模拟输出信号, 正相输入端接偏置电平 (可通过电位器调节) , 如图6所示, 其中R16用于调整运算放大器的偏置电平, 改变CCD的灵敏度;R17用于调整放大器的反馈电阻, 改变放大倍率。

5 基于CCD的垂线坐标仪软件设计

基于CCD的垂线坐标仪软件包括主程序、CCD测量模块、电源管理模块、数据处理模块等, 本文重点介绍CCD信号测量模块及数据处理模块的设计。

5.1 CCD测量模块

对CCD输出信号的处理方式有很多, 以下是几种典型的用于检测和控制的信号处理方式:

(1) CCD→放大→二值化处理→计数;

(2) CCD→放大→滤波→比较整形→高频填脉冲→计数;

(3) CCD→放大→同步采样保持→高速AD转换→存储→计算机图象处理。

本文采用第一种信号处理方式, 其中放大部分已经在前文讲过, 现在主要来介绍怎样将放大后的视频信号进行二值化处理以及怎样进行计数。这2个部分功能的实现都是通过单片机 (选用LPC932) 实现的, 其中二值化处理功能利用LPC932的模拟寄存器实现, 脉冲计数功能利用捕获比较单元 (CCU) 实现。

CCD信号测量程序流程如图7所示。首先开启通道A定时器中断, 捕获转移栅脉冲的上升沿, 当第一次捕获到转移栅脉冲的上升沿时, 先将定时器置1, 然后递增计数, 同时将A通道改为下降沿捕获, 并开启B通道捕获定时器中断, 以捕获B通道内输入的CCD视频信号的下降沿, 捕获到后记录存储定时器的时间值, 之后改变B通道的捕获方式为上沿捕获, 捕获到之后再一次记录存储;当关闭B通道的定时器中断后, 继续捕获A通道的下降沿, 同时存储记录, 最终关中断, 退出信号测量程序。这样就完成了一次CCD视频信号的测量。通过通道切换可以测量不同方向的视频信号。

5.2 数据处理模块

从CCD 信号测量模块的介绍中可知B通道的捕获结果存储在内存特定的单元中。下面主要介绍怎样进行标定、运算, 最终求出垂线的真实位移, 这其实是一个确定线性斜率的过程。

(1) 线性标定:

首先确定测量的标准零点和最大量程。该零点和最大量程可以在所测井壁中任意选取, 但为了计算方便, 在保持CCD工作精度的前提下, 最好选取线阵光敏面的中部距离较大的2个点, 用前述方法分别测出这2个点的时间T0和Tmax, 然后测出这2个点的真实距离L, 应用式 (1) 即可得到位移和时间的线性关系:

undefined

(2) 位移计算:

得到位移和时间的线性比例值K后, 只要将测定出的信号进行简单的数据运算处理就可以得到垂线在井壁某处X或Y方向投影的中心线距离该方向零点的位移。计算某方向位移的程序流程如图8所示。

6 结语

本文介绍了基于CCD的垂线坐标仪的硬件和软件设计, 实现了采用线阵CCD作为光电转换元件的非接触测量系统。基于CCD的垂线坐标仪现已设计完成, 测试结果表明其测量精度可达0.01 mm, 且性能稳定, 准确性好。

参考文献

[1]王庆有.CCD应用技术[M].天津:天津大学出版社, 2000.

[2]周立功.LPC900系列Flash单片机应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.

[3]胡渝, 荣健.CCD的发展现状及展望[J].仪器仪表学报, 2005, 26 (8) :718-720.

[4]蔡文贵, 李永远, 许振华.CCD技术及应用[M].北京:电子工业出版社, 1992.