ccd是一種光電轉(zhuǎn)換式圖像傳感器它利用光電轉(zhuǎn)換原理把圖...[1]1

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1、前言CCD是一種光電轉(zhuǎn)換式圖像傳感器。它利用光電轉(zhuǎn)換原理把圖像信息直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào),這樣便實(shí)現(xiàn)了非電量的電測(cè)量。同時(shí)它還具有體積小、重量輕、噪聲低、自掃描、工作速度快、測(cè)量精度高、壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn),因此受到人們的高度重視,在精密測(cè)量、非接觸無(wú)損檢測(cè)、文件掃描與航空遙感等領(lǐng)域中,發(fā)揮著重要的作用[1]。對(duì)被測(cè)圖像信息進(jìn)行快速采樣、存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)處理,是線陣CCD數(shù)據(jù)采集發(fā)展的新方向。尋找滿(mǎn)足要求的處理器已成當(dāng)務(wù)之急。DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)是一種具有高速性、實(shí)時(shí)性和豐富的芯片內(nèi)部資源的處理器,它的出現(xiàn)為人們解決了這個(gè)難題。為了節(jié)約成本、減少體積,本文用C

2、PLD控制圖像的讀入,以TMS320VC5402DSP作為處理器,并結(jié)合CA3318CEA/D轉(zhuǎn)換器介紹一種CCD圖像采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)課題研究,將此系統(tǒng)應(yīng)用于手寫(xiě)體數(shù)字的采集和識(shí)別中。如果配以適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng),便可以實(shí)現(xiàn)光-機(jī)-電-算一體化設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代圖像采集技術(shù)發(fā)展迅速，各種采集方法已經(jīng)相當(dāng)成熟。本文是一種結(jié)合課題設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要用于手寫(xiě)數(shù)字的采集。郵政編碼、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、財(cái)務(wù)報(bào)表、銀行票據(jù)、人口普查表等等，這類(lèi)信息的核心技術(shù)是手寫(xiě)數(shù)字。隨著國(guó)家信息化進(jìn)程的加速，手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的應(yīng)用需求將越來(lái)越廣泛，它已成為目前國(guó)際上研究的一個(gè)熱點(diǎn)，具

3、有廣闊的應(yīng)用前景。研制手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵是掌握手寫(xiě)數(shù)字圖像的采集和識(shí)別技術(shù)，以往的采集工作都是借助掃描儀、高性能的攝像機(jī)和小型機(jī)來(lái)完成，造價(jià)高、體積大而且不易攜帶。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出了一種基于CCD的圖象采集系統(tǒng)。421系統(tǒng)概述本系統(tǒng)主要由線陣CCD、ADC、DSP、可編程邏輯器件CPLD等幾部分組成。待輸入圖像經(jīng)光源照明后,經(jīng)物鏡成像在CCD光敏元件陣列上,CCD通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路完成一次Y方向的自掃描。在控制電路的作用下,CCD輸出信號(hào)進(jìn)行濾波放大處理,并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)字化處理。一行圖像數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)通道進(jìn)入幀存儲(chǔ)器。以上操作與CCD自

4、掃描同步進(jìn)行,不受CPU的控制。隨后,控制電路啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī),帶動(dòng)進(jìn)紙機(jī)構(gòu)移動(dòng)到下一采樣位置,CCD又進(jìn)行Y方向的自掃描,并重復(fù)上述過(guò)程,輸入第二行的數(shù)據(jù),直至整幅畫(huà)面輸入完畢。DSP讀取存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的處理數(shù)據(jù),并根據(jù)用戶(hù)的要求將處理結(jié)果上傳給主機(jī)供用戶(hù)使用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。機(jī)械傳動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)CCD放大濾波A/DSRAM`USP步進(jìn)電機(jī)可編程邏輯驅(qū)動(dòng)電機(jī)CPLDDSPPC機(jī)圖1-1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖422基本硬件組成2.1線陣CCD傳感器2.1.1CCD傳感器概述：自二十世紀(jì)80年代開(kāi)始，攝影技術(shù)出現(xiàn)了革命性的突破，即電荷耦合器件CCD（Charge

5、dCoupledDevice）的廣泛應(yīng)用。目前，CCD技術(shù)已發(fā)展成一項(xiàng)具有廣泛應(yīng)用前景的新技術(shù)，成為現(xiàn)代光電子與測(cè)試技術(shù)中最受關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。例如，在國(guó)防軍事領(lǐng)域，CCD成像技術(shù)在微光、夜視、遙感應(yīng)用中發(fā)揮著巨大的作用，適應(yīng)了現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)的需求，成為軍事微電子學(xué)的研究熱門(mén)；在科研領(lǐng)域，由于其靈敏度高、噪聲低，成為研究宏觀（如天體）和微觀（如生物細(xì)胞）現(xiàn)象不可缺少的工具；CCD具有成本低、小而輕的特點(diǎn)，在圖像通信領(lǐng)域也獲得了廣泛的用途；在工程測(cè)量領(lǐng)域，CCD在工件尺寸測(cè)量、工件表面質(zhì)量檢測(cè)、物體熱膨脹系數(shù)測(cè)量、光強(qiáng)分布測(cè)量等方面都有很好的應(yīng)用。

6、電荷耦合器件(簡(jiǎn)稱(chēng)CCD)的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)，而不同大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號(hào)。CCD的基本功能是電荷的儲(chǔ)存和電荷的轉(zhuǎn)移。因此，CCD工作過(guò)程的主要問(wèn)題是信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)傳輸和檢測(cè)。CCD本身具有高分辨率、高靈敏度、像素位置信息強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊及其有的特性密切相關(guān)。因此各種CCD器件廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、商業(yè)醫(yī)學(xué)、科研等領(lǐng)域。電荷耦合攝像器件是用于攝像或像敏的器件。簡(jiǎn)稱(chēng)為ICCD。它的功能是把二維光學(xué)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪S時(shí)序的視頻信號(hào)輸出。它有兩大類(lèi)型：線陣和面陣。二者都需要用光學(xué)成像系統(tǒng)將景物圖像成在CCD的像敏面上。像敏面將照在每一

7、像敏單元上的圖像照度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樯贁?shù)載流子數(shù)密度信號(hào)存儲(chǔ)于像敏單元(MOS電容)中。然后，再轉(zhuǎn)移到CCD的位移寄存器(轉(zhuǎn)移電極下的勢(shì)阱)中，在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下順序地移出器件，成為視頻信號(hào)。線型CCD可直接接收一維光信息，而不能直接將二維圖像轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號(hào)輸出。為了得到整個(gè)二維圖像的視頻信號(hào)，就必須用掃描的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.1.2CCD的主要性能:(1)像元分辨率與攝像分辨率：42對(duì)于攝像系統(tǒng)而言，CCD圖像掃描方式是被采用金屬網(wǎng)柵采樣的顯微圖，像元分辨率和攝像系統(tǒng)分辨率是CCD圖像傳感器是兩個(gè)很重要的參數(shù)指標(biāo)。所謂像元分辨率就是指CCD圖像傳感器中每一

8、個(gè)像元所覆蓋的被測(cè)物體寬度，由于CCD依據(jù)幾何學(xué)光學(xué)原理，而沒(méi)考慮攝影物的對(duì)比度，顯微光學(xué)系統(tǒng)的衍射以及像位移的影響。但是