基于CPLD的線陣CCD圖像采集系統(tǒng).pdf

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1、《電氣自動化)2012年第34卷第1期基于CPLD的線陣CCD圖像采集系統(tǒng)張志成畢明德孫志剛肖力(華中科技大學控制科學與工程系信息所，湖北武漢430074)摘要：介紹了一種基于CPLD的圖像采集系統(tǒng)，詳細論述了線陣CCD的驅(qū)動方法、圖像信號的處理與傳輸，并給出了測試結(jié)果。此系統(tǒng)很好地完成了高速運動狀態(tài)下的圖像采集工作。關(guān)鍵詞：CPLD；線陣CCD；CCD信號處理[中圖分類號]TP391．4；TN386．5[文獻標志碼]A[文章編號]1000—3886(2012)01—0028一o3LinearArrayCCDI

2、mageAcquisitionSystemBasedOnCPLDZhangZhichengBiMingdeSunZhigangXiaoLi(ControlScience&Engineering，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，WuhanHubei4300074，China)Abstract：Itdescribedakindofimageacquisitionsystem，discussedthemethodofdrivinglineararrayCCDandth

3、ewaytoprocessingandtransportingtheimagesignalindetail。anditgiventhetestresuhsatlast．Thissystemcouldacqusitiontheimageinhighspeedstatus．Keywords：CPLD；LinearArrayCCD；CCDSignalProcession出圖像信號，經(jīng)集成CCD信號處理器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。為了提05I吾高傳輸速度與距離，信號轉(zhuǎn)換為LVDS格式輸出至計算機顯示。圖像信號的獲取是機器視覺系統(tǒng)

4、得以實現(xiàn)的前提。CCD(電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。荷耦合器件，ChargeCoupledDevice)是7O年代初發(fā)展起來的新型半導體光電成像器件，已經(jīng)廣泛應用于影像傳感領(lǐng)域。CCD傳2CCD驅(qū)動設(shè)計感器分為面陣和線陣兩類：面陣CCD是二維圖像傳感器，可以一圖像傳感器是系統(tǒng)的核心，在驅(qū)動脈沖的作用下實現(xiàn)光電荷次輸出一幅圖像；對于線陣CCD，它直接將一維光信號轉(zhuǎn)換成時的轉(zhuǎn)換、存儲、轉(zhuǎn)移和輸出。本系統(tǒng)對掃描頻率要求較高，故采用序的電信號輸出，一次只能獲得一行圖像信號，但它特別適合于線陣CCD圖像傳感器TCD1209

5、。TCD1209是一款日本東芝公司高精度測量和運動物體的行掃描成像，因此在工業(yè)產(chǎn)品的檢測中生產(chǎn)的性能優(yōu)良的線陣CCD器件，它具有速度快，靈敏度高，動得到了廣泛應用?，F(xiàn)在市場上國外成品線陣CCD工業(yè)相機的價態(tài)范圍寬，像敏單元不均勻好，功耗低，光譜響應范圍寬等優(yōu)格十分昂貴，占用了機器視覺系統(tǒng)的大部分成本。本文利用線陣點?。其像素數(shù)達到2048個，最高驅(qū)動頻率為20MHz，也就是說CCD設(shè)計了一種圖像采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了低成本條件下的高速高其線掃描頻率可以達到9K以上，十分符合高速高精度測量的要精度圖像采集，為后續(xù)的機器

6、視覺系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的圖像求。線掃描頻率的計算公式如式(1)，因為包含一些無效像素以數(shù)據(jù)。及行間信號轉(zhuǎn)移時間，線掃描頻率略小于驅(qū)動頻率除以像素數(shù)。1系統(tǒng)設(shè)計線掃描頻率：(1)整體設(shè)計采用CPLD作為處理器，提供各個芯片的時序信號TCD1209的結(jié)構(gòu)如圖2所示。TCD1209的光敏陣列共有并實現(xiàn)各種控制功能。線陣CCD圖像傳感器TCD1209感光后輸2075個光電二極管，其中有27個光電二極管被遮蔽(這些遮蔽??????一-???????????一；圖像采集系統(tǒng)；二極管輸出的是沒有光照的啞元信號，可以用來進行暗電

7、平校計算機CPLD顯示正)，中間的2048個光電二極管為有效的光敏單元。每個光敏單邏輯控制單元光線陣CCDlICCD信號處理IILVDS電圖像處學鏡TCD

8、209AD9943平轉(zhuǎn)換理卡頭L??????????????????J圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖收稿日期：2011—05—26圖2TCD1209原理結(jié)構(gòu)圖28ElectricaIAutomation《電氣自動化)2012年第34卷第1期模式識別PatternIdentifications元的尺寸為14um14urn。TCD1209只有一個轉(zhuǎn)移柵和一個模擬脈沖，分別對浮

9、置柵電平和信號電平采樣，再將兩次采樣的信號移位寄存器，屬于單溝道型線陣器件。上電后，光電二極管不斷相減作為輸出信號。由于兩次采樣的噪聲是相關(guān)的，因此噪聲被感光，累積的電荷經(jīng)轉(zhuǎn)移柵到模擬移位寄存器，再逐個串行輸出，消除。這樣，在消除噪聲的同時，也提取到了有效的圖像信號。得到模擬的圖像信號。轉(zhuǎn)移柵將光敏區(qū)和移位寄存器隔離，使得CCD信號的降噪、A／D轉(zhuǎn)換等處理技術(shù)對獲得高質(zhì)量的圖光敏區(qū)進行