基于FPGA的微型光谱仪CCD系统设计

论述了一种基于FPGA的高灵敏度的CCD光谱仪检测系统设计方案和实现方法.该设计方案采用平场凹面光栅为光学系统,以FPGA为主控芯片,由A/D芯片完成对CCD输出信号的模数转换.采用FPGA实现对CCD的时序和A/D转换时序的驱动,然后通过USB与上位机进行通信,实现实时光谱数据的采集、传输与显示.实验结果表明,该系统...     

一种改进型非交叉非对称 C-T 结构近红外 微型光谱仪设计

针对基于固定光栅和阵列探测器的常规微型近红外光谱仪成本高、光谱范围窄等问题,提出了一种基于集成扫描光栅微镜的双探测器微型近红外光谱仪。该系统采用自制的集成扫描光栅微镜作为核心分光部件,可同时实现扫描与分光功能,光学系统设计利用两个聚焦镜和两个InGaAs单管探测器的空间布局避免不同光路之间的相互干扰,可实现双通道同时、独立工作,此外双通道探测器前内置不同截止波长的带通滤色片消除光谱重叠。采用光线追迹法建立了理论模型计算光学系统的初始结构参数;利用ZEMAX完成了光学系统的优化设计并给出优化结构参数。测试结果表明,该仪器工作波长范围:800～2 532 nm,分辨率:小于12 nm(800～1 600 nm)、小于17 nm(1 600～2 532 nm),整体尺寸:145 mm×135 mm×75 mm,具有宽光谱、小体积、低成本等优势。     

二维CCD阵列探测器光谱仪

把传统光谱仪上的一面“镜子”变成10面，效率提高了6000倍。复旦大学研制的“二维CCD阵列探测器光谱仪”只需0．1s，就能绘制出原来要花10min才能得到的光谱图。不久前出版的国际《激光世界》和《光电子光谱》杂志，对该仪器进行了专题报道。     

二维CCD阵列探测器光谱仪

复旦大学信息科学与工程学院研制成功一种可使光谱图的绘制速度比以前提高约100倍的二维CCD阵列探测器光谱仪。目前，该研究成果已获国家发明专利。     

基于ADμC812单片机的微型光谱仪信号采集系统

微型光谱仪通常采用光电探测器阵列作为光谱信号获取元件,将光谱信号转化为电信号.针对重庆大学研制的微型光谱仪,开发一种基于ADμC812单片机的微型光谱仪信号采集系统,该系统采用ADμC812单片机的A/D转化中的外部触发DMA工作方式,实现对信号的快速采集和存储,具有采集精度高、速度快、高性能价格比、易于控制程序开发等优点.     

小型CCD光谱仪波长定标精度控制与影响分析

在光谱仪硬件性能基础上,波长定标是进一步引入误差的关键环节。若在定标方程系数固化过程中引入误差水平等同于像素采样误差,则在实际应用中波长测量误差就是在像素采样和波长定标方程计算环节上叠加引入2次误差,将造成测量误差的成倍扩大。以自主研制的小型光谱仪为基础,旨在通过数据分析研究波长定标环节中的影响因素,进而给出避免扩大误差的有效方法。所用的光谱仪在100μm狭缝下半峰全宽(FHWM)约为5 nm,像素波长间隔约为0. 45 nm,硬件系统的波长误差理论上为半像素波长间隔0. 225 nm。重点分析了测量噪声和峰位判定算法对定标精度的影响,并提出采用多次测量均值降噪结合高斯拟合峰位判定法来提高定标精度。与传统的直接极值法相比(定标方程均采用5次多项式),定标方程拟合残差的2倍标准差约为0. 1 nm,传统直接极值峰位判定法下,定标方程拟合残差的2倍标准差为0. 37 nm。通过研究,波长定标过程中的3个误差控制关键环节分别是测量噪声控制、峰位判定算法及最小二乘平差。通过选择适当的算法参数值,将波长定标拟合残差的标准差控制在约1/10 pixel波长间隔水平,充分体现了高斯拟合峰位判定算法的多像素统计优势。     

平板式光谱仪的结构设计

光谱仪的平板化,可以扩大仪器使用范围。本文主要研究一种基于CCD的平板式光谱仪的结构设计。使用合适的光纤、光栅、反射镜和CCD,通过理论计算,引入聚焦反射和分光,将色散光投射到CCD,简化结构。不同于传统的垂直光电隔离式设计,采用平面光电隔离式设计,使光谱仪厚度明显减小,光电分离式设计进一步提高了仪器应用的灵活性。     

CCD摄像机相对光谱灵敏度的自动测试

设计了一种测试CCD摄像机的相对光谱灵敏度的双光路自动测试系统，为CCD摄像机作为图象传感器用于亮度和色度测量提供了必要的参数。     

CCD尺寸在线检测系统的图像获取系统设计

零件尺寸精度检测技术手段的创新与提升能是降低生产成本和提高产品品质的关键之一。主要介绍了基于CCD的尺寸在线检测系统的图像获取系统装置的设计,包括获取系统的结构,图像系统照明方案的设计,并利用系统软件对零件尺寸进行检测,同时对实验数据做了误差分析。     

CCD时序信号发生器的设计

以日本东芝公司的线阵CCD器件TCD102D为例,详细介绍了一种简单、可靠、灵活的CCD时序信号发生器的设计方法.     

单片MAX752实现的CCD供电电源的设计

介绍了一种升压式DC－DC变换器芯片MAX752，利用该芯片设计出了适宜电池供电的CCD供电电源。给出了测试结果和用途，并讨论了改进性能的措施。     

星载TDI CCD动态成像全物理仿真系统设计

基于高精度卫星姿态控制仿真三轴气浮台,研制了高精度卫星姿态控制仿真子系统,用于为地面TDI CCD动态成像仿真系统提供真实的仿真环境。根据TDI CCD实际成像原理,采用软件模拟替代实际线阵相机的TDI电荷转移迭加过程,研制了基于面阵CCD的星载TDI CCD动态成像仿真系统。利用该系统,实现了最高指向控制精度为0.1°,姿态稳定度为0.01(°)/s的卫星姿态控制仿真实验,模拟了积分时间为0.1 s的TDI CCD相机4~16级动态成像过程。研究了卫星姿态对TDI CCD相机拍照的影响,分析了实际航天高性能TDI CCD相机成像建模理论。像移速度匹配误差为0,姿态稳定度大于0.01(°)/s的实验显示了物理仿真与数学仿真结果与理论分析基本一致,不仅验证了该平台物理仿真方案的正确性,也初步验证了航天CCD成像建模理论的正确性。     

基于工业CCD摄像机的机器人视觉定位系统研究

提出了一种基于工业CCD摄像机的机器人顶部视觉定位检测技术。CCD传感器感应由光学镜头聚焦的光线在其电荷收集品格阵列上产生的电荷来获得3D场景的视觉信息,并将其输送到图像采集卡。图像采集卡通过对场景信号解析,再通过机器视觉算法对机器人识别,并通过建立图像坐标与世界坐标之间的关系得出机器人的世界坐标,进而对机器人的移动进行导航。     

中阶梯光栅光谱仪CCD相机的设计

为了高精度采集中阶梯光栅光谱仪的谱图,设计了一种适用于中阶梯光栅光谱仪原理样机的高性能面阵CCD相机。首先,根据中阶梯光栅光谱仪的谱图特点和CCD芯片的特性,设计了面阵CCD相机的时序产生电路、驱动电路及数据采集处理电路,实现了面阵CCD相机的低噪声、高灵敏度以及高动态范围。然后,利用LabVIEW编写了CCD相机测试软件。最后,利用设计的面阵CCD相机对汞灯谱线进行了测试。结果表明:面阵CCD相机获取的二维谱图图像清晰、信噪比较高;经二维谱图还原后,可以得到标准的汞灯谱线。该相机性能稳定、可靠,满足中阶梯光栅光谱仪原理样机的研制要求。     

CCD的应用现状及其发展前景

CCD作为一种新型的光电器件,在各个领域中得到了越来越广泛的应用。本文简要分析了CCD传感器的应用原理,讨论了CCD的应用现状, 并对其发展趋势进行了展望。     

帧转移型面阵CCD驱动电路的设计

本文采用帧转移型面阵CCD FT18作为传感器件,设计了一种高帧频大面阵CCD的驱动电路。这种高速驱动电路能够保证在跟踪视频不变的情况下增加成像系统的视场角,满足了大视场搜索目标的要求。本文在介绍面阵CCD FT18的结构和特点的基础上,完成了FT18的时序电路和功率驱动电路的设计,并采用相关双采样(CDS)技术滤除了视频信号中的相关噪声,提高了系统的信噪比。系统在设计完后进行了辐射定标,从定标实验数据可以看出CCD响应度为线性,验证了驱动电路工作正常。整个系统采用现场可编程门阵列（FPGA）作为核心控制器件,完成自上而下的模块化设计,实现了硬件设计的软件化,提高了开发效率。     

线阵CCD驱动电路设计的几种方法

驱动电路的设计是CCD应用的关键技术，分析了CCD驱动电路的4种设计方案：EPROM驱动、IC驱动、单片机驱动以及可编程逻辑器件驱动。比较了各自的优缺点：以TCD1208AP为例，使用可编程逻辑器件设计了其驱动电路，分析设计原理，并给出了仿真时序，