面阵CCD系统设计

年4月19日面阵CCD系统设计文档仅供参考，不当之处，请联系改正。面阵CCD系统设计童列树一采集线性CCD像素信息的实现，包括弱信号的提取。描述一种算法，找到特征点，如最大点。二采集29×29的CCD点阵信息，提取边界。将点阵当成圆或椭圆，找出圆心并输出.txt格式。完成内容：1、分析CCD系统结构；2、描述信号采集及调理的方案；3、在MATLAB中从“write.raw”中提取第一行1024个像素点信息，找出其信息最大点，并输出“LinearArrayCCD_Max.txt”文件。从“write.raw”中提取29×29光斑,并找出光斑中心，输出“AreaArrayCCD_Max.txt”文件。1，光电成像系统基本组成的框图CCDCCD、CMOS、CID等CCD（ChargeCoupledDevice）图像采集系统是指光电成像系统的后半部分。主要由CCD传感器、时序电路、采集电路、信号处理电路等部分组成。2，CCD图像采集系统CCD传感器CCD传感器驱动的时序电路噪声、干扰内部数据采集（采样保持电路）外部信号采集除噪A/D转换放大输出有用信号ACCD传感器(a)为单沟道，(b)为双沟道，φ1、φ2为移位脉冲B驱动电路驱动电路产生驱动CCD传感器工作的各种时序。如复位时钟、移位脉冲φ1、φ2和转移脉冲等。常见的有四种实现方式：EPROM驱动法；IC驱动法；单片机驱动法以及可编程逻辑器件(PLD)驱动法。后两者能够实现在不改变硬件的条件下，对驱动电路进行更改。C内部采样电路是指CCD传感器内部封装的采样电路，此时所采信号为原始信号。D外部信号采样CCD器件输出的原始信号中除了有用的信号外，还夹杂着各种噪声和干扰，主要有光子噪声、散粒噪声、暗电流噪声、复位噪声以及输出噪声等，而影响最大的是复位噪声。外部电路对CCD信号采集主要包括除噪和A／D转换，前者是为了在不损失图像细节的前提下尽可能消除噪声和干扰，以获取高质量的图像；后者则是为了完成对输出信号的数字化，以便进一步进行软件处理。D1除噪上述对有用信号影响最大的复位噪声，能够利用相关双采样是来消除。其原理是利用复位噪声在同一像素周期内近似为常数，因此，只要把同一像素周期内的参考电平和信号电平进行两次采样，再进行相减，即可消除复位噪声。另外，设计合适的滤波器，能够很大程度的降低总体噪声，提高信噪比。先进行高通滤波，接着运放放大信号，再低通滤波。高通滤波器：为滤掉白噪声和器件不稳定等引起的各种噪声，同时为了达到边缘强化的目的，应设置一高通滤波器，截止频率应在1—3kHz。放大器：原信号幅值为3mV，应放大1000倍，达到3V，以匹配ADC的量程。低通滤波器：由于CCD输出的视频信号中，混杂有各种噪声信号，为了获得高质量的图像视频信号，在CCD的输出端设计一个截止频率为2f(f为CCD像元同步脉冲频率)的低通滤波器，D2在进行实际的硬件电路设计时,存在着这样一个问题,由于CCD的驱动频率较高(1MHz)，而一般的A/D转换器件的转换时间为几十微秒到一百微秒。这样将会导致量化过程中有效数据的丢失,使检测结果的精度大为降低。采用隔点采样,然后再重新拼接图象信号的方法,能够很好地解决这个问题。在A／D转换之前大多数都经过差动放大、采样保持处理。E输出将微弱信号放大，然后能够经过USB接口与计算机连接，将采集的图像信息直接接入计算机显示，也方便用其它工具对所采图像进行处理。3图像处理3.1对已采集的图像信息“white.raw”进行处理提取线阵并进行处理。MATLAB程序如下：clearallfile=strcat('E:\white.raw');fid=fopen(file,'rb');aa=fread(fid,[1,1024],'uint16');fclose(fid);fori=1:1023b=aa(i);if(aa(i+1)>=aa(i))b=aa(i+1);endi=i+1;endi=i-1;ifaa(1024)>bb=a(1024);enddata=aa;data=double(data);bx=1:1024;y=[x;data(x)];fid=fopen('LinearArrayCCD_Max.txt','wt');%输出LinearArrayCCD_Max.txt文件fprintf(fid,'Themaxiumof1×1024lineararrayCCDis%d,',b);fprintf(fid,'Itisaa(%d).\n',i);fprintf(fid,'%10d%15d\n',y);fclose(fid); 3.2对已采集的图像信息“white.raw”中提取面阵，并采用灰度重心法处理得到光斑的中心坐标。MATLAB程序如下：clearall;filename='E:\white.raw';raw_data=zeros(1000,1000);fid=fopen(filename,'rb');data_raw=fread(fid,[1000,1000],'uint16');fclose(fid);data_array=data_raw;data_array=imcomplement(double(data_array))+65535;I=data_array;figure(1);subplot(1,3,1),imshow(uint16(data_array));figure(gcf)xlabel('原图像');I(205:820,210:840)=0;data_arrec=I;figure(1);subplot(1,3,2),imshow(uint16(data_arrec));figure(gcf)xlabel('图窗');J=data_array-data_arrec;figure(1);subplot(1,3,3),imshow(uint16(J));figure(gcf)xlabel('提取的有像素区域');M=J;point_num=0;radius=10;while1[a,b]=max(M);[c,d]=max(a);max_row_index=b(d);max_column_index=d;ifc<=25000break;endsum_row_centroid=0;sum_column_centroid=0;sum_intensity_centroid=0;fori=(max_row_index-radius):(max_row_index+radius)forj=(max_column_index-radius):(max_column_index+radius)if(M(i,j)>0)sum_row_centroid=sum_row_centroid+M(i,j)*i;sum_column_centroid=sum_column_centroid+M(i,j)*j;sum_intensity_centroid=sum_intensity_centroid+M(i,j);M(i,j)=0;endendendpoint_num=point_num+1;position2(point_num)=sum_row_centroid/sum_intensity_centroid;position1(point_num)=sum_column_centroid/sum_intensity_centroid;endifpoint_num==841disp('OK!');elsedisp('Thereisanerror!')endfigure(2);scatter(position1(),position2());figure(gcf)xlabel('行');ylabel('列');axis([100900100900])axisequalfid=fopen('AreaArrayCCD_centroid.txt','wt');fprintf(fid,'Theloca