高速线阵ccd图像采集系统的设计

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1、致谢在此论文完成之际，谨向给予我指导、关心和帮助我的老师、同学、亲人表示衷心的感谢。首先非常感谢我的导师易茂祥老师。在我课题的研究过程中给我很多帮助和指导。易老师严谨的治学态度、广博的学识、高尚的品德以及循循善诱的师长风范，是我学习的楷模，令我终生受益。易老师为我创造了很多学习条件和科研条件，使我顺利的完成课题的研究和论文的撰写。在易老师的悉心指导下，我不仅学到了严谨的学习作风、扎实的科研精神，还学到了处事之道。在此，我由衷的感谢易老师的支持培养和无私的教诲。同时还要向颜天信老师表示真诚的感谢，感谢他给予我很多支持和帮助，从课题的拟题到完成课题，颜老师严谨的科学态度、广阔渊博的学识、丰富的工

2、程经验使我受益匪浅并且在课题研究期间为我提供了良好的软硬件环境，在此郑重向颜老师表示衷心的谢意。感谢实验室的同学以及在课题研究阶段对我有过帮助的朋友，你们无私的关怀为我课题的完成提供了很多帮助。特别是我们一起解决问题一起分担工作，这些都是我前进的动力。感谢大家，感谢把我们凑到一起的缘分。最后感谢把我抚养成人的父母，没有你们无私的关爱就没有今天的我!谢谢所有关心我和鼓励我成长的人11V作者：梁冰2010年4月1．1课题来源及研究意义第一章绪论本课题来源于×x公司研发项目，目的在于研究用于色选机的CCD图像采集系统及其性能的改进。对于当前图像采集系统来说，有三种比较成熟的图像技术。第一种用一个视

3、频采集相机把帧式图像在视频流中转换为静止图像，这种图像采集方法称为帧图像采集。由于视频相机是根据人眼运动方式的感觉而优化的，所以对图像的大小与成像质量都没有进行很好的优化。第二种常见方法是线扫描。即逐行扫描一幅图画。它可提供基于连续水平扫描线的大幅图像。线扫描相机在成本上更有吸引力并可产生非常大幅画面的图像。第三种不太常用的方法是采用针对军事、气象、空间检测和其它技术应用而设计的专用相机。此类相机使用二维CCD阵列来采集高分辨率高精度静止图像阳1。在高速采集图像采集系统中，经常采用的是线扫描技术来获取基于水平扫描线的大幅图像。即通常使用CCD相机来获得这种大幅的图像。本课题研究的是用于瀑布式

4、智能型CCD大米色选机的CCD图像采集系统。大米色选机的工作原理是利用线阵CCD识别大米颜色，通过专用的数据处理芯片识别出异色粒，利用高速电磁阀将异色粒吹出。根据大米色选机的原理整个色选机系统分为三大电路部分。第一部分电路为CCD相机，将本文设计的CCD图像采集系统与CCD光学镜头配合来实现图像的采集。第二部分电路以DSP芯片为核心用图像处理算法实现色选功能。第三部分为电磁阀电路系统，将算法判定的异色粒吹出，从而完成色选。瀑布式大米色选机的大米传输速率高，要求镜头能识别极微小的斑点，对色选效果精度也有很高的要求。因此，本论文需要对图像采集系统进行合理的设计，能够辨别微黄更清晰、识别区域更广、

5、采集信息更丰富，从而能够满足色选工业的要求。1．2CCD的特性与应用本文为了使概念不产生混淆，对以下相关名词作一些规定：1)CCD即为CCD阵列。2)CCD传感器是指包含了CCD阵列且带有输出放大器的器件。3)CCD相机是包含了光学镜头与CCD传感器，且能够完成图像采集和处理并转换为数字信号的设备。CCD由美国贝尔实验室的W．S．博伊尔和G．E．史密斯于1969年发明，它由一组规则排列的金属一氧化物一半导体电容器阵列和输入、输出电路组成。CCD是一种用于探测光的硅片，比传统的底片更能敏感的探测到光的变化。是用电荷量来表示不同状态的动态移位寄存器，由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化，实

6、现存储和传递电荷信息的固态电子器件。它起到将光信号转化成电信号的作用，类似于人的眼睛，因此其性能的好坏将直接影响到相机的性能。图1．1为CCD光谱响应曲线。燃誊霄繇／、、Tl-25t．2，‘＼，、＼～、；、、～、～＼图1·1CCD光谱响应曲线CCD传感器有以下特点：1)高解析度：像点的大小为微米(1．tm)级，可感测及识别精细物体，提高影像品质。硅片尺寸从早期1寸、1／2寸、2／3寸、1／4寸到1／9寸，现在尺寸还在不断地缩小。像素数目从初期的10多万增加到现在的400"-----500万像素。2)低噪声与高敏感度：CCD具有很低的读出噪声和暗电流噪声，不但提高了信噪比，同时又具高敏感度，很

7、低光度的入射光也能侦测到，其信息不会被掩盖，能使CCD的应用不受天气等自然因素影响。3)动态范围广与良好的线性特征：光强度范围很广，物体容易被检测。从而能提高系统环境的使用范围，不因亮度差异大而造成信号反差现象。入射光源强度和输出电信号大小成良好的正比关系，图像信息不致损失，有效的降低信号补偿处理成本。4)高光子转换效率：很微弱的入射光照射都能被记录下来，若配合影像增强管和投光器，即使在很暗的条件下，远处的景