线性CCD实验系统的研究

CCD（Charge Coupled DeviCe）越来越广泛被应用于工业、军事、民用等行业,采用CCD数据采集卡,和微机相结合,对被测图像信号进行快速采样、存储及数据处理。本实验系统研究主要从5个实验的研究,其中讲述了线阵CCD的特性测量的基本原理、线阵CCD的输出信号的二值化测量的原理及方法、线阵CCD的A/D数据采集、及成像系统的研究、线阵CCD对物体的尺寸的基本测量、对角度的测量等基础知识。最后通过总结性的研究线阵CCD的A/D数据采集程序的方法。     

高精密微小零件尺寸合理性的图像校对方法研究分析

图像测量方法具有非接触性、信息量丰富、动态范围大等一系列优点,成为易变形零件尺寸、零件孔心距等自动测量常用的手段。在此详细介绍基于CCD图像高精密微小零件尺寸检测系统,提出采用数字图像技术对微小零件尺寸实施非接触性测量法,主要由图像采集、二值化、边缘检测、软件设计等组成,从而获得被检测物体精确的参数值,并通过微小齿轮中心孔直径这一实例验证图像检测方法准确性和可行性。     

带有声表面波梳状滤波器的电视调谐系统

从新的途径成功地研制出了两种采用SAW梳状滤波器的电视调谐系统。一是自动频道指示系统;另一是频率合成器。这种SAW梳状滤波器的梳状峯值位于信道频率处。对调谐器本振信号所通过的梳状峯值进行计数就可识别信道数。这种梳状滤波器的电极最小宽度只有1微米。它有制作在单片上的四组叉指换能器,可以复盖全部电视频道。     

用于尺寸检测的CCD信号处理电路及微机接口

本文提出了具有较强通用性的尺寸检测用CCD信号处理电路.由于采用了差动放大浮动阈值、缺陷自动排除等技术,使照度变化及器件温漂等影响得到了自动补偿,从而输出精确的二值化信号.本文还提出用Z—80CTC直接处理二值化信号,实现处理电路与微机的中断联系接口.此外利用低速A/D、D/A实现了信号处理电路的程序控制,提高了测量精度,扩大了测量系统的适用范围.     

基于摄像头循迹智能车的图像二值化方法

系统以飞思卡尔智能汽车竞赛为背景,详细阐述CCD摄像头二值化图像采集的方法。根据CCD摄像头信号与赛道路径的特点,介绍了采用电压比较电路对CCD摄像头模拟信号进行二值化处理的方法,有效减少单片机采集图像与图像二值化处理的时间,并提高了路径识别的分辨率。     

非接触式自动测量系统设计

为了提高工件测量自动化程度和测量精度,设计了基于万能工具显微镜的非接触自动测量系统.对该系统所采用的图像去噪、边缘检测、亚像素定位等算法进行了研究;首先,在纵向和横向导轨上分别安装高精度光栅尺,用光栅信号采集卡采集纵向和横向光栅信号,经计算机数据处理获取被测物体测量尺寸整数部分;在工件检测目镜和纵向和横向读数目镜的位置上分别安装工件检测CCD和纵向和横向读数CCD,经过图像处理测得尺寸小数部分;然后,将两部分尺寸输入到AutoCAD中自动绘图标注显示最终测量结果.实验结果表明:该系统具有较高的测量精度,基本满足实际测量中快速、高精度的要求.     

基于线阵CCD的精密尺寸测量系统

现有尺寸测量方式精度低,测量费时费力。为了 提高尺寸测量的精度,使测量系统便携化,操作简单, 文中实现了一种基于线阵CCD的精密尺寸测量系统。文中提出新的象元细分方法,将2个像 元间距为8μm的 线阵CCD等距错排并以60°斜放,可突破像元间距对测量精度的限制, 将最大测量误差减小为2μm,在此 基础上采用浮动阈值方法进行数据处理,实现高精度尺寸测量。利用FPGA进行硬件描述实 现线阵CCD的驱 动,对CCD的输出信号进行差分放大,采用硬件滤波方法消除曝光积分和转移过程中的电子 学噪声,采用10 位模数转换器实现数字量的并行输出,FPGA内部FIFO存储数字量结果。系统充分利用FPGA 的可编程资源, 有效降低了硬件设计复杂度,无需上位机或者ARM,节约成本,系统小型化便携化。实验表明, 该系统有效克服 光源及电子学噪声影响,可对1mm－29 mm的中型尺寸物体进行测量 ,误差小于2μm。     

基于IMAQ的尺寸、形状检测方法研究

提出了一种基于IMAQ视觉检测技术的零件尺寸非接触检测方法。首先对CCD摄像装置采集的图像进行灰度变换、二值化和颗粒去除,二值图像开运算,边界提取等预处理,最终得到清晰的图象轮廓。同时通过标准样块的标定获得标定系数,确定内部标尺。最后利用软件寻找测试对象的检测区域并得到试件尺寸。     

室内高速激光三角测距技术的设计与实现

为了实现室内大范围环境激光测距,采用三角测距原理设计了一套高速激光测距系统。该系统采用高分辨率线性CCD传感器采集环境信息并输出二值化信号,由32位单片机对二值化信号进行处理,利用分段拟合法得到的距离解算算法对二值化信号进行解算,从而得到激光光斑与测距模块镜头中心的距离;最后进行了实验验证。结果表明,测距仪具有714Hz的测量频率,最大测量距离为6311mm,最小测量距离为48mm,平均误差为2.8mm,最大测量误差为11mm。该测距系统可满足室内大范围环境测量的要求。     

线阵CCD检测技术中二值化方法的研究

介绍了线阵CCD器件的工作过程及输出信号的特点，针对CCD器件输出信号的二值化问题。讨论了几种不同的输出信号处理方法。选择了合适的信号二值化处理方法，设计出了浮动阈值法的应用电路，而且给出了采用这种电路后，输入输出信号的测试结果，验证了这种方法的正确性。     

基于双单片机的线阵CCD驱动及信号处理系统

针对线阵CCD器件的驱动和信号处理,使用了2片STC11F02单片机,一片产生CCD驱动时序信号,另一片负责测量控制及与上位机进行通信。采用硬件的方法对CCD输出信号进行处理,直接得到光斑中心位置,不需要进行A/D转换。试验结果说明测量精度可达0.007 mm。该电路成本低,体积小,速度快,可广泛应用于基于线阵CCD的非接触式几何量测量。     

高分辨率显示管线宽测试仪

介绍用ＣＣＤ传感头探测高分辨率ＣＲＴ和显示屏的新型仪器。它由ＣＣＤ传感头将光信号转换成电信号，由微机进行信号处理，实现自动测量。本方法测试精度高、测量速度快，为研制、生产高分辨率ＣＲＴ和偏转线圈的用户提供了一种先进的测试手段。     

基于DSP的双线阵CCD红外测宽系统

研制了一种基于数字信号处理器（DSP）技术的双线阵CCD红外测宽系统。测量系统采用CCD传感器光采样与ADC数据采集、DSP数据处理3级流水线结构,利用板材自身红外辐射进行测量。根据CCD曝光时间与输出模拟电压的关系,自动调整CCD增益,从而在高速数据处理的同时保持信号不失真,提高测量准确度。由于测量系统采用基于立体视觉原理的双线阵CCD测量方法,消除了板材横摆、跳动、倾斜对测量精度的影响,因而在无背光源情况下,实现了宽带钢宽度的高速和高精度测量。     

强折射轴对称流场的干涉再现方法

利用光学方法测量气体状态参数的关键在于确定气体折射率场的变化。光线通过稳定的非均匀折射率场时发生偏折，并且在强折射对称场中会产生交叉，使得条纹位移量的判读困难。本文首先分析了光线在轴对称折射率场中的偏折效应，在此基础上，给出了一种利用成像透镜对强折射轴对称场中折射率的干涉再现方法。该方法与其它方法相比较能够精确地确定折射率ｎ（ｒ）的值。     

基于FPGA及LVDS的大尺寸测量系统设计

目前CCD成像物体尺寸测量系统中存在大物体尺寸测量精度低、抗干扰能力弱、控制复杂且成本高等问题;因此,设计了一种基于FPGA及 LVDS的具有抗干扰能力的大物体尺寸测量系统。该系统通过自扫描光电二极管列阵(SSPD)完成数据采集,经过A/D量化后经由LVDS芯片传输,完成信号噪声的滤除,然后由FPGA调用内部IP核对数据进行缓存,最后将数据传送到上位机进行实时显示。实验结果表明,该系统具有较强抗干扰能力、高速处理能力并且操作简单、成本低,同时实现了对大物体尺寸测量且具有较高精度。     

基于低速面阵CCD的正弦相位调制干涉测量

正弦相位调制(SPM)干涉测量技术用于表面形貌测量时,需要帧速高于300 frame/s的图像传感器,同时要求调制信号频率与图像传感器帧速成确定的整数倍关系。提出一种基于低速CCD(30 frame/s)的帧速可调的高速图像传感技术,通过控制每帧像素总数提高CCD帧速,研制出一种高帧速图像传感器,帧速可达300~1600 frame/s,且每帧大小连续可调。将该CCD传感器用于正弦相位调制干涉泰曼-格林干涉仪,测量镀膜玻璃板表面形貌,当CCD图像传感器的帧速与调制信号频率呈16,8,4倍的关系时,得到玻璃板表面形貌的轮廓平均算术偏差Ra小于1.8 nm,重复精度优于3 nm。     

基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量

提出了基于单频四步相移条纹投影的不连续物体三维形貌测量方法。由计算机产生相移步长为π/2的4幅正弦条纹图像,利用液晶投影仪投影到被测物体表面,由CCD相机同步采集获得含有形貌信息的畸变条纹图并保存在计算机中,通过四步相移算法获得条纹相位信息。对于表面形貌不连续的物体,通过4幅畸变条纹图灰度算术和运算并进行二值化处理定位阴影或暗背景,利用二值图像修正解调的相位从而得到正确相位。实验结果验证了本方法的有效性。     

CCD信号自适应采样方法的研究和实现

由于受温度变化和器件老化影响,空间遥感相机焦平面CCD信号的相位会发生变化,尤其是在高速应用领域,利用传统方法定标确定并固化的采样点参数不再适用,极大影响了图像信噪比,甚至造成图像不能正常显示。提出了一种针对空间相机焦平面CCD信号采样位置的自适应调整方法,通过实时监测CCD信号的相位变化,计算相应的采样位置调整量,并在线调整了采样时钟的相位,使CCD信号采样位置在其使用寿命期限中不同的温度环境下均能保持最佳状态,从而保证图像信噪比的稳定。实验表明:利用该方法,可以实时测定CCD信号100 ps的相位变化,并实时完成采样位置的调整,即使工作温度大范围变化,CCD信号采样位置的最佳状态也可得到有效保证。     

基于相位调制的运动目标多光谱关联成像研究

为克服扫描方式多光谱成像无法捕获动态场景下的多光谱数据,提出了一种基于相位调制实现运动目标单次曝光多光谱成像方法。该方法将关联成像技术、压缩感知技术与光谱成像相结合,在成像光路中引入空间随机相位调制器,对运动目标物体三维图谱信息数据进行调制和压缩,然后利用探测器获取二维混叠信号,实现单次曝光获取运动目标的三维图谱信息重构,具有光能利用率高、成像时间短、系统结构简单等优点。实验结果表明:单帧CCD探测信号的电子数均值从200 e?按100 e?的间隔增加到1300 e?时,随着电子数均值增加,重构图像相对均方根误差rRMSE值对应减小,重构图像质量提高;当步进电机以30 Hz速度带动目标物体连续运动时,可获得较好质量运动物体的多光谱重构图像;采用光谱仪对目标物体中不同谱段的光谱分布曲线进行测试,所得结果与重构图像的光谱分布曲线相吻合,证明了该方法的有效性。研究结果对多光谱关联成像技术在无人机平台、动态监测等领域的应用提供了有益借鉴。