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,這樣便實現(xiàn)了非電量的電測量。同時它還具有體積小、重量輕、噪聲低、自掃描、工作速度快、測量精度高、壽命長等諸多優(yōu)點,因此受到人們的高度重視,在精密測量、非接觸無損檢測、文件掃描與航空遙感等領(lǐng)域中,發(fā)揮著重要的作用[1]。對被測圖像信息進(jìn)行快速采樣、存儲及數(shù)據(jù)處理,是線陣CCD數(shù)據(jù)采集發(fā)展的新方向。尋找滿足要求的處理器已成當(dāng)務(wù)之急。DSP(數(shù)字信號處理器)是一種具有高速性、實時性和豐富的芯片內(nèi)部資源的處理器,它的出現(xiàn)為人們解決了這個難題。

2、為了節(jié)約成本、減少體積,本文用CPLD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)計方法。根據(jù)課題研究,將此系統(tǒng)應(yīng)用于手寫體數(shù)字的采集和識別中。如果配以適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng),便可以實現(xiàn)光-機-電-算一體化設(shè)計。現(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)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要用于手寫數(shù)字的采集。郵政編碼、統(tǒng)計報表、財務(wù)報表、銀行票據(jù)、人口普查表等等，這類信息的核心技術(shù)是手寫數(shù)字。隨著國家信息化進(jìn)程的加速，手寫數(shù)字

3、識別的應(yīng)用需求將越來越廣泛，它已成為目前國際上研究的一個熱點，具有廣闊的應(yīng)用前景。研制手寫數(shù)字識別系統(tǒng)的關(guān)鍵是掌握手寫數(shù)字圖像的采集和識別技術(shù)，以往的采集工作都是借助掃描儀、高性能的攝像機和小型機來完成，造價高、體積大而且不易攜帶。針對這一問題，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通過驅(qū)動電路完成一次Y方向的自掃描。在控制電路的作用下,CCD輸出信號進(jìn)行濾波放大

4、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)通過數(shù)據(jù)通道進(jìn)入幀存儲器。以上操作與CCD自掃描同步進(jìn)行,不受CPU的控制。隨后,控制電路啟動步進(jìn)電機,帶動進(jìn)紙機構(gòu)移動到下一采樣位置,CCD又進(jìn)行Y方向的自掃描,并重復(fù)上述過程,輸入第二行的數(shù)據(jù),直至整幅畫面輸入完畢。DSP讀取存儲器存儲的處理數(shù)據(jù),并根據(jù)用戶的要求將處理結(jié)果上傳給主機供用戶使用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。機械傳動光學(xué)系統(tǒng)CCD放大濾波A/DSRAM`USP步進(jìn)電機可編程邏輯驅(qū)動電機CPLDDSPPC機圖1-1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖422基本硬件組成2.1線

5、陣CCD傳感器2.1.1CCD傳感器概述：自二十世紀(jì)80年代開始，攝影技術(shù)出現(xiàn)了革命性的突破，即電荷耦合器件CCD（ChargedCoupledDevice）的廣泛應(yīng)用。目前，CCD技術(shù)已發(fā)展成一項具有廣泛應(yīng)用前景的新技術(shù)，成為現(xiàn)代光電子與測試技術(shù)中最受關(guān)注的研究熱點之一。例如，在國防軍事領(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)爭的需求，成為軍事微電子學(xué)的研究熱門；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

6、、小而輕的特點，在圖像通信領(lǐng)域也獲得了廣泛的用途；在工程測量領(lǐng)域，CCD在工件尺寸測量、工件表面質(zhì)量檢測、物體熱膨脹系數(shù)測量、光強分布測量等方面都有很好的應(yīng)用。電荷耦合器件(簡稱CCD)的突出特點是以電荷作為信號，而不同大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號。CCD的基本功能是電荷的儲存和電荷的轉(zhuǎn)移。因此，CCD工作過程的主要問題是信號電荷的產(chǎn)生、存儲傳輸和檢測。CCD本身具有高分辨率、高靈敏度、像素位置信息強、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

7、于攝像或像敏的器件。簡稱為ICCD。它的功能是把二維光學(xué)圖像信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪S時序的視頻信號輸出。它有兩大類型：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。像敏面將照在每一像敏單元上的圖像照度信號轉(zhuǎn)變?yōu)樯贁?shù)載流子數(shù)密度信號存儲于像敏單元(MOS電容)中。然后，再轉(zhuǎn)移到CCD的位移寄存器(轉(zhuǎn)移電極下的勢阱)中，在驅(qū)動脈沖的作用下順序地移出器件，成為視頻信號。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信號輸出。為了得到整個二維圖像的視頻信號，就必須用掃描的方法來實現(xiàn)。2.1.2CC

8、D的主要性能:(1)像元分辨率與攝像分辨率：42對于攝像系統(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圖像傳感器中每一個像元所覆蓋的被測物體寬度，由于CCD依據(jù)幾何學(xué)光學(xué)原理，而沒考慮攝影物的對比度，顯微光學(xué)系統(tǒng)的衍射以及像位移的影響。但是