1、光电检测与显示实验六 面阵 CCD 应用技术实验实验实验 6 面阵面阵 CCD 应用技术实验应用技术实验面阵 CCD 图像传感器主要用于采集物体图像信息。它所包含的内容很多，其中能够按 PAL 电视制式（或其他电视制式）形成视频电视信号的常被称为面阵 CCD 摄像头。面阵 CCD 实验指导主要针对面阵 CCD 摄像头展开的，通过对它的驱动波形分析使学生掌握面阵 CCD 的基本工作原理和特性。然后展开它的应用实验和如何与现代的计算机技术结合起来为机器安装“眼睛”与“大脑”。为达到利用面阵 CCD 完成“电眼”功能，还需要掌握有关图像数字处理方面的有关内容，为此实验指导增设了一些图像数字处理最为基础的实验内容。通过这些内容的学习能够使学生大体了解如何将面阵 CCD 摄像头输出的视频信号转变为数字图像，又如何从数字图像中提取出有用的信息。面阵 CCD 图像传感器的内容很多，应用方式也非常丰富，对于各种各样的 CCD 照相机的内容几乎无法讲述清楚，各家厂商设计与生产的相机有不同的组合与功能。但是，它们的共同特点是形成数字图像。因此，学习数字图像处理技术是非常重要的，本实验指导增设这方面内容格外

2、显得重要。面阵 CCD 与线阵 CCD 的基本工作原理是相同的，它们都能够形成图像信息，但是，各自具有独特的特点和应用领域。线阵 CCD 图像传感器常用来对线性运动的物体进行扫描成像，再根据图像的灰度信息进行灰度、尺寸、速度和加速度等参量的测量，而很少注重它所产生的图像质量（对比度、白电平和人眼的视觉效果等） 。因此，线阵 CCD 相机中的放大器一般是线性的，线性放大的特点是易于计算，缺点是动态范围与测量范围小，所产生的图像人眼观察效果也较差，但是对于想用线阵 CCD 摄取宽范围、大场景和高清晰度图像的时候可以采用修正光电响应 值和其他技术手段获得视觉效果良好的图像。面阵 CCD 照相机（或相机）的主要应用是产生符合人眼观察效果的图像，因此，必须根据人眼视觉对图像的识别与判断能力对输出的信号进行修正，形成基于人眼视觉的图像。为此它具有下面的特点：1、 为适应景物图像照度范围宽的特点必须对光电响应特性进行的非线性修正，如对数变换、双折线与三折线变换等；2、 适应人眼的响应，即对所采集的图像进行光电响应指数（伽马值 ）的处理。人眼对景物亮度响应的指数 =0.45，也必须将面阵 CCD 相机

3、的响应 值调整到接近 0.45 的程度；3、 为响应更宽景物照度的需要，还必须增设各种自适应措施，根据景物照度的变化情况实时修正响应，如增设自动增益或自动曝光时间等自动调整功能，使面阵 CCD 摄像头或相机能够自动响应各种景物照度；上述内容均说明了为什么有人用面阵 CCD 对被测景物照度进行绝对或相对测量的各种尝试几乎都以失败告终的道理。这些问题通过面阵 CCD 实验都会得到深刻的认识。光电检测与显示实验六 面阵 CCD 应用技术实验（一）（一） 面阵面阵CCD原理及驱动实验原理及驱动实验一、实验目的一、实验目的1.掌握面阵 CCD 实验仪的基本操作和各个部件的功能；2.掌握隔列转移型面阵 CCD 的基本工作原理；3.掌握面阵 CCD 各路驱动脉冲波形及其所涉及部分的功能；4.掌握面阵 CCD 输出的视频信号与 PAL 电视制式的关系。二、实验仪器二、实验仪器1.带宽 50MHz 以上双踪迹（或四踪迹）同步示波器一台；2.YHACCD型彩色面阵 CCD 多功能实验仪一台。三、实验内容三、实验内容 1.仔细阅读附录中所叙述的“YHACCD型彩色面阵 CCD 多功能实验仪使用手册”，并对照

4、实验仪实物进行学习，尤其注意各个开关、测量插孔、连接线的功能，找到内置面阵 CCD 摄像机与外置面阵 CCD 摄像机，及其转换开关。2.面阵 CCD 的垂直与水平驱动脉冲的驱动波形、频率、周期、相位的测量方法；3.面阵 CCD 行、场自扫描电视制式的测量；4.视频输出信号的测量。四、实验步骤四、实验步骤 1） 实验准备 首先将示波器地线与实验仪上的地线连接好，并确认示波器的电源和实验仪的电源插头均已插在交流 220V 插座上； 打开示波器电源开关； 打开 YHACCD的电源开关； 将内置与外置面阵 CCD 摄像机的转换开关设置到“内置”。2） 驱动脉冲波形的测量 将示波器的 CH1和 CH2扫描线调整至适当位置，设置 CH1为同步输入，对照图 1-1及图 1-2 所示的波形图进行下面的实验测量； 用 CH1（幅度选为 10.0V，扫描时间间隔为 50s 档）探头测量内部控制脉冲 SH，仔细调节使之同步稳定，然后用 CH2（幅度选为 5.0V，扫描的时间间隔为 50s 档）探头分别观测 V1、V2、V3、V4脉冲，画出这些脉冲的波形图并与图 1-1 的波形相比较，分析它们的相位关系；光电

5、检测与显示实验六 面阵 CCD 应用技术实验 用 CH1探头测量 V1脉冲，用 CH2探头分别测量 V2、V3、V4脉冲，画出这四个脉冲的波形图。通过实测波形图测出它们的频率、周期与它们之间的相位关系；说明 V1、V2、V3、V4脉冲在信号电荷垂直转移过程中的作用。通过上述测试达到理解电荷包信号的垂直转移过程与垂直转移原理； 用 CH1 、CH2（幅度选为 2.0V，扫描时间间隔为 100nS 档）探头分别测量H1、H2脉冲。比较二者的相位关系，分析信号电荷包沿水平方向转移的过程与原理；3） 视频输出信号的测量 打开内置面阵 CCD 摄像头的镜头盖；光电检测与显示实验六 面阵 CCD 应用技术实验 用 CH1探头测量 VIDEO 全电视视频输出信号，CH1的幅度选为 200mV，扫描时间间隔分别用 5ms、1ms、10s、1s 和 25ns 档； 分别用示波器测出场正程、场逆程、行正程、行逆程的时间； 观测场正程、行正程期间的视频输出信号； 测出视频信号的输出幅度与变化量； 将“内置面阵 CCD 摄像机的镜头盖”盖好； 将内置与外置面阵 CCD 摄像头的转换开关设置到“外置”； 将如图

6、 1-3 所示的图片放置到“被测物夹持架”上，并将其置于仪器的最右端，将“外置面阵 CCD 摄像机” 置于仪器的最左端，打开外置相机镜头盖； 用示波器观测“外置面阵 CCD 摄像机”获取到的视频信号（包括不同的行信号、场信号并观测行、场信号）的输出幅度及其在不同时间与位置上的信号变化情况； 从所测的行输出信号中是否能够获得图片信息与图片上图形边界的特征曲线？能否观测出图像黑电平所覆盖的像元数？上述两问的意义何在？4） 关机结束 盖好所有的镜头盖； 关闭实验仪的电源； 关闭示波器的电源； 整理好所有的连接线及部件。五、实验总结五、实验总结用自己的语言结合所观测的驱动脉冲波形图说明隔列转移面阵 CCD 的基本工作原理。讨论面阵 CCD 的各路驱动脉冲与 PAL 电视制式的关系。光电检测与显示实验六 面阵 CCD 应用技术实验（二）（二） 面阵面阵 CCD 尺寸测量实验尺寸测量实验一、实验目的一、实验目的1.用面阵 CCD 摄像头与图像数据采集系统测量实际物体外形尺寸是 CCD 最广泛应用的领域，在尺寸测量应用中存在着许多实际问题。如何将这些实际问题分解成一个个的分立问题是学习和掌握该方法的

7、关键。本实验采用标准几何图形代替实际被测物，可以将一些不必要的问题排除在外，突出主要问题；2.通过对标准图形的点、线、面的测量过程掌握应用面阵 CCD 进行尺寸测量的基本方法；3.通过对标准图形的点、线、面的测量过程掌握应用面阵 CCD 进行尺寸测量，掌握测量范围、精度和测量时间等问题。二、实验设备二、实验设备1.带有 USB2.0 输入端口的计算机（或 GDS-光电综合实验平台） ，推荐使用WIN2000 以上操作系统，使用 1024768 分辨率，24 或 32 位真彩显示；2.YHACCD型彩色面阵 CCD 多功能实验仪一台。三、实验内容及步骤三、实验内容及步骤1、开机过程、开机过程1） 将被测的标准图片如图 3-1 所示，安装在“被测物夹持架”上，将 USB 接口线正确连接到计算机上；2） 打开计算机的电源开关，并确认 YHACCD型彩色面阵 CCD 实验仪的“面阵CCD 尺寸测量实验”软件已经安装；3） 将外置面阵 CCD 摄像机的镜头盖打开；4） 打开 YHACCD彩色面阵 CCD 多功能实验仪的电源开关；5） 确认视频切换按钮（开关）是否已经按下，切换指示灯点亮表明采集外

8、置 CCD摄像机的图像信号；6） 运行“面阵 CCD 尺寸测量实验”程序；7） 点击 “连续采集”按钮，计算机界面将显示外置摄像头所采集到的图像，调整CCD 摄像头与测量图片的相对位置使计算机显示的图像尽量清晰，点击“停止”按钮。或者，点击“单帧”按钮，采集到一幅数据图像，并将其存入指定内存。2、关于点数据的测量、关于点数据的测量1） 点击如图 3-2 所示操作菜单栏中的“查看”选项，选择要查看的数据项，例如点击“显示一行数据（R） ”，计算机软件将图像数据用文本文件的方式打开。观测其中一行的数据，从一行的数据中可以观测到图光电检测与显示实验六 面阵 CCD 应用技术实验像在水平方向的边界灰度变化情况。同理通过坐标和数值能找到图形的边界在 x，y 方向的变化，然后保存并关闭文本文件；2） 完成 1）的测量工作后，就基本掌握了通过数字图像的像元值数据找出图像中图形边界的方法和原理。通过软件所提供的标定图像中任意一行（或列）数据边界的测量功能来确定边界点。例如，在采集到的图像上把鼠标移至某一行上点击左键，软件会弹出一个对话框，对话框中的曲线图表示了水平方向上各像元灰度的变化状况，如图 3-

9、3 所示。图中的横坐标是水平方向上的像元位置，纵坐标是各像元灰度值。在曲线图上选择适当的灰度值（纵坐标）点击鼠标左键即得到测量阈值（图中的“172”） ，同时得到在此阈值（即纵坐标）下边界点的位置（灰度曲线与此阈值水平方向交点“149”、 “159”， “540”、 “550”） 。也可以在采集到的图像上把鼠标移至某一列上点击右键，软件会弹出垂直方向上灰度变化曲线图，如图 3-4 所示。图中横坐标是各像元灰度值，纵坐标是垂直方向上的像元位置。在曲线图上选择适当的灰度值（横坐标）点击鼠标左键即得到测量阈值（图中的“209”） ，同时得到在此阈值（即横坐标坐标）下边界点的位置（灰度曲线与此阈值垂直方向交点“85”、 “96”，“482”、 “493”） 。除了通过阈值法确定图形边界，还可以通过计算边界点附近的灰度变化率来确定边界，灰度变化最快的像元位置即为边界点坐标，试编写软件。3）找出 x 方向与 y 方向的最大与最小位置值，可以计算出被测点的大小与中心位置。（3-1） maxmin0maxmin0xxxxyyyy 点的直径为：（3-2）2xyd 点的中心坐标为：光电检测与显示实验六 面阵 CCD 应用技术实验（3-3） maxmin0maxmin022iixxxxyyyy 式中 x0, y0 分别为面阵 CCD 的像敏单元在水平（x）与垂直（y）方向尺寸； 为光学系统的横向放大倍率。通常将 x0/ 与 y0/ 一起通过标定的方式进行校正。3、x0/ 与与 y0/ 的标定的标定x0/ 与 y0/ 标定的方法很多，这里我们提供一种简单的标定方法。在被测物面处，放置标准尺寸物或标尺，读出标尺图像的相关尺寸数据便可进行标定。设标准尺寸物或标尺的实际尺寸为 l0，读出数据为 N0，则测出的 N 值的长度当量（x0/ 与 y0/）为：（3-4）00lNN 显然，若光学系统存在畸

《光电检测与显示实验六 面阵CCD应用实验：总结 计划 汇报 设计 可编辑》由会员飞***分享，可在线阅读，更多相关《光电检测与显示实验六 面阵CCD应用实验：总结 计划 汇报 设计 可编辑》请在金锄头文库上搜索。