《CCD实验讲义》PPT课件.ppt

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1、线阵CCD的AD数据采集1、掌握CCD的A/D数据采集的基本原理；2、掌握CCD积分时间与光照灵敏度关系；3、掌握CCD驱动频率与光照灵敏度关系；4、掌握CCD软件的开启方法，为后面的测 量实验做准备。实验目的实验目的:实验仪器实验仪器:CCD原理应用实验箱，双踪同步示波器 CCD 电荷耦合器件电荷耦合器件(ChargeCoupledDevices,简称简称CCD)是贝尔实验室的是贝尔实验室的W.S.Boyle和和G.E.Smith于于1970年发明的年发明的,由于由于它有光电转它有光电转换、信息存储、延时和将电信号按顺序传送换、信息存储、延时和将电信号按顺序传送等功能等功能,且集成度高、功耗

2、低且集成度高、功耗低,因此随后得到因此随后得到飞速发展飞速发展,是图像采集及数字化处理必不可是图像采集及数字化处理必不可少的关键器件少的关键器件,广泛应用于科学、教育、医广泛应用于科学、教育、医学、商业、工业、军事和消费领域。学、商业、工业、军事和消费领域。电荷耦合器（电荷耦合器（CCD）简介）简介CCD它是由金属氧化物-半导体，简称MOS构成的密排器件。主要用于两个领域，一是信息存储和信息处理，二是用于摄像装置（填空）。这里介绍摄像用的黑白两相线阵CCD。黑白两相线阵CCD结构示意图如图1-1所示：它包括摄像机构、两个CCD模拟移位寄存器、输出机构和采样保持电路四部分（填空）。摄像机构输出机

3、构采样保持电路DOS为采样保持电路的控制端，当DOS加适当脉冲电压（填空）时，CCD输出信号得到了采样保持，OS端输出连续信号，DOS加直流电压时，采样保持电路不起作用，OS端输出信号与光强成正比，通常均用此种情况要使CCD器件正常工作，至少要在SH、1、2、RS电极上加四路脉冲电压。这四路脉冲的周期和时序要满足图1-2所示要求，图中UO为CCD输出信号。CCD应用实验箱应用实验箱CCD实验箱布局图 CCD驱动电路：驱动电路：产生CCD驱动所需的各种驱动时序脉冲；提供“积分时间”及“驱动频率”的信号调节。1）调整SH脉冲的周期，按“积分时间”，DSI轮番显示0、1、2、3、4、5，对应不同的S

4、H脉冲周期，0对应最小周期，5对应最大周期。2）调整时钟脉冲频率和复位脉冲频率，按“驱动频率”，DS2轮番显示0、1、2、3，对应不同的时钟频率，0对应最大频率，3对应最小频率。为保证SH脉冲的周期等于或稍大于2160/2个1、2脉冲周期，调整时钟脉冲频率时，SH脉冲的周期随之变化，而调整SH脉冲的周期时，时钟脉冲周期不变。实验原理 单片机完成地址译码器、接口控制、同步控制、存储器地址译码等逻辑功能。（填空）单片机等待SH上升沿（对应于CCD第一个有效输出信号）触发AD开始工作，A/D转换输出的8位数字信号则存储在静态缓存器件中，当一帧像元的数据转换完成后，单片机（U29）会生成一个标志转换结

5、束的信号，同时停止A/D转换器和存储器的工作。单片机（U23）将此帧像元的数据进行处理，并通过USB接口芯片将采集信号送给计算机软件进行相关显示处理。当软件读取并处理完一行数据后，再次发送复位指令循环上述过程。线阵线阵CCD软件二值化及物体宽度的测量软件二值化及物体宽度的测量 1、进一步掌握线阵CCD积分时间与光照灵敏度的关系；2、进一步掌握线阵CCD驱动频率与光照灵敏度的关系；3、掌握本实验仪配套软件的基本操作，熟悉各项设置和调整功能；4、掌握CCD测量物体宽度的测量原理及方法；实验目的实验目的:实验仪器实验仪器:CCD原理应用实验箱，双踪同步示波器,电脑 实验原理 线阵CCD的输出信号包含

6、了CCD各个像元的光强分布信息和像元位置信息，这就使我们能够测量物体的尺寸和位置。当尺寸为L的被测物体ab置于成像镜头的物面，线阵CCD的感光面置于成像镜头的像面，则在CCD的感光面上形成物体倒立的像ba，CCD感光面上光强分布发生变化，从而输出电信号强度发生变化，理想的反映光强分布的电信号曲线应如实线所示。根据这个曲线，可以测得物体ab经成像镜头在像面的尺寸，若已知光学放大倍数f，就可以计算物体的尺寸L。这是成像法。（简答题）也可采用简单的透射法，如下图2所示（本实验采用这种方法）：均匀的平行光垂直入射CCD感光面，将宽为L的物体放入光路，则CCD感光面接收到的光强，从而CCD输出信号将发生

7、变化，理想情况如实线所示，但由于入射光非平行性和直边衍射等因素的影响，实际输出信号的强度变化如虚线所示，不能唯一确定，如图2所示，要实际进行定量测量，必须对CCD输出信号进行处理。其处理方法就是对虚线所示输出信号进行所谓“二值化处理”。图3是硬件固定阈值二值化处理电路及处理结果图：硬件二值化过程只能定性观察，要定量测量，需通过软件来实现，由USB数据采集电路采集U0信号，再给出阈值电平，则可提取表示物体边缘的像元S1和S2，S1和S2的差值即为被测物体在CCD像面上所占据的像元数目。若已知像元间距，进而可求得物体ab的尺寸。显然，这样求得物体ab的尺寸与阈值电平有关，这是固定阈值二值化处理的缺点。