CCD输出与慢速A/D变换接口的设计

电荷耦合器件(CCD)已经广泛应用于各种检测仪器。由于CCD输出的视频信号在1MHz以上,所以常常遇到A/D变换速度与CCD信号速度不匹配的问题。本文提出一种实用接口电路,以循环采样方式解决了两者的匹配,实验证明效果很好。     

微型CCD光谱仪器的总体结构设计

着眼于近年来CCD技术和计算机技术方面的迅速发展，在深入分析光谱仪的一般结构与原理的基础上研制一种实用的利用线阵CCD与计算机结合的多通道光谱测量仪器。光谱测量范围为400～760nm，光谱分辨率3．9nm。由于采用一维线阵探测器，与传统扫描式光谱仪相比，本光谱仪的检测速度得到极大的提高。     

如何选用电荷耦合器件(CCD)阵列

<正> 引言 由于科学研究和高技术的需要,生产电荷耦合器件(CCD)阵列的厂家越来越多,因此选用哪一种CCD更适合应用上特殊的需要,这是一个值得讨论的实际问题。在选用时应考虑的因素有:CCD阵列的尺寸;光谱响应;动态范围以及扫描速率等。必须经过慎审的权衡,最终选出既经济又实用的CCD阵列。     

TCD1252AP的驱动设计及数据采集

通过对线阵CCD的驱动时序研究,以TCD1252AP为例,利用一片现场可编程门阵列芯片FPGA设计出线阵CCD的驱动时序,并得到仿真波形。利用FPGA强大的处理能力对CCD的输出进行采集处理。使用该方法设计的电路简单实用,具有很好的应用价值。     

基于坐标变换的导轨CCD测距系统参数标定

对导轨CCD测距系统标定方法进行了研究,运用坐标转换运算求取了主点坐标、面阵CCD的纵横比和相机位于导轨左右位置时的位置关系,改进Tsai标定法对镜头焦距和镜头径向畸变进行了标定。设计了导轨CCD测距系统的标定实验,实验结果表明,标定后导轨CCD测距系统的测距精度有所提高,标定方法实用有效。     

CCD像元光电转换率不一致性分析及其修正方法

从理论上分析了CCD像元光电转换率不一致性产生的多种原因。提出了一种简易实用的方法对不一致性进行修正:用照度均匀的光照射CCD,测出每个像元上的光电转换信号大小,计算出像元间的差异,从而得到每个像元的修正系数。对实际CCD的测量值进行这样的修正后使得CCD各像元的光电转换率在表观上达到一致。实验结果表明:通过修正后可以有效地减少像元光电转换率的不一致性,误差均方根提高了一个数量级。     

椭圆轨道TDI CCD相机像移匹配计算与成像验证

针对椭圆轨道卫星地心距和前进速度时刻变化对航天时间延迟积分(TDI)CCD相机成像的影响,提出了一种矢量映射分析方法来计算椭圆轨道时变的像移速度矢量。通过建立不同的坐标系,将椭圆轨道卫星在轨运行速度和地物随地球自转的线速度映射至TDI CCD相机像面坐标系。以某临界回归椭圆轨道为例,计算了影响航天TDI CCD相机成像的像移速度矢量和数据读出频率。最后,利用小卫星姿态控制系统半物理仿真平台和TDI CCD原理样机对提出的像移速度矢量映射分析方法进行了实验验证。结果表明:临界回归椭圆轨道一个周期内,参数按照等比缩放原则配置时,对应的偏流角、像移速度矢量和靶标移动速度分别为-3.76~3.22(°)、0.1673~0.72mm/s和19.12~82.24pixel/s,获取的图像能够满足1~2peixl的目标分辨率。实验结果说明,用提出的方法计算像移速度矢量结果准确,可为椭圆轨道航天TDI CCD相机成像匹配提供可靠依据。     

足部三维测量系统中CCD传感器的全局标定

介绍了足部三维形貌测量系统的原理以及利用测量系统已有的一维运动机构和专用标定组件对测量系统所有CCD进行全局标定的实用方法。建立了基于光平面坐标系、标定坐标系、一维运动机构坐标系和CCD图像坐标系的测量系统模型;在测量系统一维运动机构的控制下,光平面分别对标定组件中两个斜面进行扫描,求取两个斜面上扫描线在光平面坐标系中的交点坐标,并根据光平面坐标系中交点坐标和CCD图像坐标系中交点坐标的对应关系,采用坐标映射方法建立光平面与CCD图像坐标系之间的坐标转换关系;确定了基于坐标系之间转换参数的优化目标函数,并根据标定块的标称值和实际测量结果,利用POWEL直接优化方法对坐标系之间的转换参数进行了优化。测量结果表明,单个CCD重复测量误差＜0.062 5%;4个CCD测量值相对误差＜0.365%。实验结果表明,所述全局标定方法减小了一维运动机构、光平面和足支撑玻璃平板之间安装调节误差以及CCD等器件非线性带来的影响,且简便、实用、不需要其它精密标定仪器,可以对测量系统进行现场标定。     

TDI CCD电荷转移对遥感相机成像质量的影响

由于多相位TDI CCD行间电荷转移引起的像移无法通过光、机、电等方法消除,本文研究了电荷转移对遥感相机成像质量的影响.首先,介绍了推扫式遥感相机的工作原理与前向像移补偿方法.接着根据TDI CCD行间电荷的转移方式,利用脉冲传递函数建立了电荷转移速度模型,并对TDI CCD电荷转移速度与景物像点移动速度进行了比较分析...     

利用普通CCD实现百万帧/秒超高速成像的时序驱动技术

提出了基于普通CCD的掩模式成像技术来大幅提高CCD的图像获取速度,实现百万帧/秒的CCD时序驱动方法。介绍了加掩模后CCD的工作过程,利用掩模把普通CCD的光敏区划分为带有存储区的像素阵列,实现了普通CCD的片上存储功能。分析了利用普通CCD实现百万帧/秒超高帧频的时序驱动方法,掩模形状决定了帧速,帧数和图像的分辨率。对系统的时序结构、电荷转移方式和驱动电路进行了说明,通过特殊驱动电路和图像处理软件设计实现了百万帧/秒的超高帧频。最后,对驱动时序进行了仿真和实验验证。采用条状孔阵列掩模,基于普通CCD图像传感器进行了百万帧/秒工作速度的验证,获得了14幅79pixel×79pixel的图像,其帧频达到200×104 frame/s。文章所述技术具有一定的通用性。     

线阵CCD测量技术及其在马钢连轧坯测量中的应用

论述线阵CCD技术及其在几何尺寸测量中的应用,对线阵CCD的特点和信号的处理方法给予较为详细的论述。特别是CCD信号的二值化问题,提出自己的实现方法。并结合这一技术在马钢初轧厂连轧坯测长和配尺应用的实例,进一步论述这一技术在大尺寸测量中的具体应用。     

线阵CCD技术及其在非接触检测中的应用

论述了线阵CCD技术的特点及信号的处理方法 ,特别是对线阵CCD信号的二值化问题 ,提出了实现方法。结合这一技术在钢坯检测中的应用实例 ,进一步论述该技术在非接触检测中的具体应用     

面阵CCD芯片KAI-1010M的高速驱动系统设计(最终版）

CCD芯片的驱动系统是空间数字测绘相机的核心部分之一,它关系到整个相机的性能和技术指标。简要介绍了行间转移面阵CCD芯片KAI-1010M的内部结构和驱动时序,采用新方法和低成本器件设计了该CCD芯片的驱动电路,把电源和电机控制的脉冲宽度调制技术引入到CCD驱动电路,采用超高速运放驱动高速负压信号以减小其上升、下降沿时间,达到高速低成本驱动要求,解决了驱动设计中的技术难点。实验结果表明：此CCD驱动系统采用低成本的器件设计,具有性能好,成本低,能够同时输出两路CCD电压信号,数据输出速率达15 frame/s,满足空间测绘相机系统的设计要求。若进一步改进电路,数据输出速率可达27 frame/ s。     

CCD摄像机快速标定技术

在视觉检测系统中,针对视觉传感器数量多,且每个摄像机需标定的内部参数及外部参数较多的特点,提出了一种新的简单的快速摄像机标定方法.分析了摄像机的各个关键参数,采用了全线性标定方法和矢量分析法,逐步求出CCD摄像机的参数.该方法具有标定速度快、精度较高、实用和算法性能分析容易等优点,适用于一般视觉检测系统的摄像机参数的标定,尤其是大型视觉检测系统中多视觉传感器的摄像机参数的标定.实际结果表明,摄像机标定误差优于0.05mm.     

基于FPGA+ADSP的线阵CCD非接触测量系统

提出了基于FPGA和ADSP的线阵CCD非接触测量技术。选用线阵CCD作为前端信号采集;采用FPGA产生与控制整个系统的时序:CCD工作时序、A/D转换时序、ADSP采集数据同步时序;采用多次扫描平均方法形成一维数字图像;利用DSP高速图像处理性能并设计高性能的浮动阈值二值化算法对其处理。给出了时序仿真图,满足系统的时序要求;并给出了测量物体的波形。通过对光学系统的定标最终给出了物体的长度。数据表明,相比传统的测量系统,该系统具有高速和高精度的优点。     

利用线阵CCD对物体尺寸测量的研究

介绍了一种对物体尺寸精密测量的方法.该方法采用线阵CCD作为光电传感器件,通过对CCD输出信号进行二值化处理并从计算机获得数字式信号,从而实现对物体尺寸的精确检测.测量结果表明:与其他传统的检测方法相比,该方法具有测量精度高、速度快,操作简单,检测过程中运行稳定等优点,在工业生产的尺寸测量中有实用价值.     

科学级CCD相机的噪声分析及处理技术

为了降低科学级CCD相机的噪声,提高相机的成像质量,针对不同的噪声源,根据相应的噪声产生原理,设计了实用的噪声抑制电路和处理电路.应用于选用DALSA IL-E2型TDI-CCD 图像传感器自己开发的科学级CCD 相机,有效地降低了暗电流噪声,消除了复位噪声对真正信号的影响,使相机的成像质量得到提高.通过实验证明,该科学级CCD相机的输出信噪比能达到50 dB.     

基于线阵CCD的光谱信号高速数据采集系统设计

为了满足环境污染检测等工业实际应用的需要,便于系统的集成、降低成本,设计了一个基于FPGA和USB 2.0的线阵CCD光谱信号高速数据采集系统.以FPGA芯片EP2C20Q240作为采集系统的控制核心,USB 2.0芯片CY7C68013A作为数据传输通道与上位机实现通信,通过计算机软件进行光谱采集,并能实时控制CCD的积分时间和采集光谱的平均次数.实验表明:该系统高效、稳定,1 s采集250帧谱图,可广泛应用于CCD光谱的实时快速精确测量.     

线阵CCD智能系统

介绍了线阵CCD(电荷耦合器件)测量系统中的智能化控制、信号处理技术。用可编程定时/计数器8254构成线阵CCD光积分控制信号周期的数字调节器。对线阵CCD输出信号进行模数转换,由DSP(数字信号处理器)对其进行数字信号分析,实现线阵CCD系统的智能化。     

基于振镜扫描的生物芯片荧光信号光强校正

鉴于传统生物芯片检测装置结构较复杂,共聚焦逐点扫描速度较慢,设计了一种使用激光光源、二维高速振镜和冷却型CCD相结合的新装置,并且建立相应的检测数学模型。新装置以STM32为控制核心,采用弓字型扫描方式采集载玻片上的荧光信号。实验对同一片载玻片上的Cy5荧光染料进行五个不同位置的扫描,并由冷却型CCD曝光采集图片。经实验得到了五个相应位置的灰度图像,通过公式推导建立了检测数学模型并用其进行图像灰度校正,校正后的图像灰度误差在2%以内,可以满足光强一致性的要求。