高速線陣ccd圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、致謝在此論文完成之際，謹(jǐn)向給予我指導(dǎo)、關(guān)心和幫助我的老師、同學(xué)、親人表示衷心的感謝。首先非常感謝我的導(dǎo)師易茂祥老師。在我課題的研究過程中給我很多幫助和指導(dǎo)。易老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、廣博的學(xué)識(shí)、高尚的品德以及循循善誘的師長(zhǎng)風(fēng)范，是我學(xué)習(xí)的楷模，令我終生受益。易老師為我創(chuàng)造了很多學(xué)習(xí)條件和科研條件，使我順利的完成課題的研究和論文的撰寫。在易老師的悉心指導(dǎo)下，我不僅學(xué)到了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)作風(fēng)、扎實(shí)的科研精神，還學(xué)到了處事之道。在此，我由衷的感謝易老師的支持培養(yǎng)和無私的教誨。同時(shí)還要向顏天信老師表示真誠的感謝，感謝他給予我很多支持和幫助，從課題的擬題到完成課題，顏老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、廣闊淵博的學(xué)識(shí)、豐富的工

2、程經(jīng)驗(yàn)使我受益匪淺并且在課題研究期間為我提供了良好的軟硬件環(huán)境，在此鄭重向顏老師表示衷心的謝意。感謝實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)以及在課題研究階段對(duì)我有過幫助的朋友，你們無私的關(guān)懷為我課題的完成提供了很多幫助。特別是我們一起解決問題一起分擔(dān)工作，這些都是我前進(jìn)的動(dòng)力。感謝大家，感謝把我們湊到一起的緣分。最后感謝把我撫養(yǎng)成人的父母，沒有你們無私的關(guān)愛就沒有今天的我!謝謝所有關(guān)心我和鼓勵(lì)我成長(zhǎng)的人11V作者：梁冰2010年4月1．1課題來源及研究意義第一章緒論本課題來源于×x公司研發(fā)項(xiàng)目，目的在于研究用于色選機(jī)的CCD圖像采集系統(tǒng)及其性能的改進(jìn)。對(duì)于當(dāng)前圖像采集系統(tǒng)來說，有三種比較成熟的圖像技術(shù)。第一種用一個(gè)視

3、頻采集相機(jī)把幀式圖像在視頻流中轉(zhuǎn)換為靜止圖像，這種圖像采集方法稱為幀圖像采集。由于視頻相機(jī)是根據(jù)人眼運(yùn)動(dòng)方式的感覺而優(yōu)化的，所以對(duì)圖像的大小與成像質(zhì)量都沒有進(jìn)行很好的優(yōu)化。第二種常見方法是線掃描。即逐行掃描一幅圖畫。它可提供基于連續(xù)水平掃描線的大幅圖像。線掃描相機(jī)在成本上更有吸引力并可產(chǎn)生非常大幅畫面的圖像。第三種不太常用的方法是采用針對(duì)軍事、氣象、空間檢測(cè)和其它技術(shù)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用相機(jī)。此類相機(jī)使用二維CCD陣列來采集高分辨率高精度靜止圖像陽1。在高速采集圖像采集系統(tǒng)中，經(jīng)常采用的是線掃描技術(shù)來獲取基于水平掃描線的大幅圖像。即通常使用CCD相機(jī)來獲得這種大幅的圖像。本課題研究的是用于瀑布式

4、智能型CCD大米色選機(jī)的CCD圖像采集系統(tǒng)。大米色選機(jī)的工作原理是利用線陣CCD識(shí)別大米顏色，通過專用的數(shù)據(jù)處理芯片識(shí)別出異色粒，利用高速電磁閥將異色粒吹出。根據(jù)大米色選機(jī)的原理整個(gè)色選機(jī)系統(tǒng)分為三大電路部分。第一部分電路為CCD相機(jī)，將本文設(shè)計(jì)的CCD圖像采集系統(tǒng)與CCD光學(xué)鏡頭配合來實(shí)現(xiàn)圖像的采集。第二部分電路以DSP芯片為核心用圖像處理算法實(shí)現(xiàn)色選功能。第三部分為電磁閥電路系統(tǒng)，將算法判定的異色粒吹出，從而完成色選。瀑布式大米色選機(jī)的大米傳輸速率高，要求鏡頭能識(shí)別極微小的斑點(diǎn)，對(duì)色選效果精度也有很高的要求。因此，本論文需要對(duì)圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，能夠辨別微黃更清晰、識(shí)別區(qū)域更廣、

5、采集信息更豐富，從而能夠滿足色選工業(yè)的要求。1．2CCD的特性與應(yīng)用本文為了使概念不產(chǎn)生混淆，對(duì)以下相關(guān)名詞作一些規(guī)定：1)CCD即為CCD陣列。2)CCD傳感器是指包含了CCD陣列且?guī)в休敵龇糯笃鞯钠骷?)CCD相機(jī)是包含了光學(xué)鏡頭與CCD傳感器，且能夠完成圖像采集和處理并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的設(shè)備。CCD由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的W．S．博伊爾和G．E．史密斯于1969年發(fā)明，它由一組規(guī)則排列的金屬一氧化物一半導(dǎo)體電容器陣列和輸入、輸出電路組成。CCD是一種用于探測(cè)光的硅片，比傳統(tǒng)的底片更能敏感的探測(cè)到光的變化。是用電荷量來表示不同狀態(tài)的動(dòng)態(tài)移位寄存器，由時(shí)鐘脈沖電壓來產(chǎn)生和控制半導(dǎo)體勢(shì)阱的變化，實(shí)

6、現(xiàn)存儲(chǔ)和傳遞電荷信息的固態(tài)電子器件。它起到將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的作用，類似于人的眼睛，因此其性能的好壞將直接影響到相機(jī)的性能。圖1．1為CCD光譜響應(yīng)曲線。燃謄霄繇／、、Tl-25t．2，‘＼，、＼～、；、、～、～＼圖1·1CCD光譜響應(yīng)曲線CCD傳感器有以下特點(diǎn)：1)高解析度：像點(diǎn)的大小為微米(1．tm)級(jí)，可感測(cè)及識(shí)別精細(xì)物體，提高影像品質(zhì)。硅片尺寸從早期1寸、1／2寸、2／3寸、1／4寸到1／9寸，現(xiàn)在尺寸還在不斷地縮小。像素?cái)?shù)目從初期的10多萬增加到現(xiàn)在的400"-----500萬像素。2)低噪聲與高敏感度：CCD具有很低的讀出噪聲和暗電流噪聲，不但提高了信噪比，同時(shí)又具高敏感度，很

7、低光度的入射光也能偵測(cè)到，其信息不會(huì)被掩蓋，能使CCD的應(yīng)用不受天氣等自然因素影響。3)動(dòng)態(tài)范圍廣與良好的線性特征：光強(qiáng)度范圍很廣，物體容易被檢測(cè)。從而能提高系統(tǒng)環(huán)境的使用范圍，不因亮度差異大而造成信號(hào)反差現(xiàn)象。入射光源強(qiáng)度和輸出電信號(hào)大小成良好的正比關(guān)系，圖像信息不致?lián)p失，有效的降低信號(hào)補(bǔ)償處理成本。4)高光子轉(zhuǎn)換效率：很微弱的入射光照射都能被記錄下來，若配合影像增強(qiáng)管和投光器，即使在很暗的條件下，遠(yuǎn)處的景