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实验六 面阵CCD的数据采集与计算机接口
实验六 面阵 CCD 的数据采集与计算机接口
1 实验目的
① 掌握对面阵 CCD 输出的复合视频信号进行 A/D 数据采集的原理和方法;
② 学习应用面阵 CCD 进行图像数据采集过程中的系统调整;
③ 学习面阵 CCD 图像数据采集的基本操作软件;
④ 掌握面阵 CCD 图像数据的读、写文本文件,数据读写操作与利用文本文件分析图
像性质的方法;
⑤ 学会从大量的图像数据中找出对应图像边沿和图像特征的方法,为应用面阵 CCD
进行图像测量打好基础。
2 实验所需仪器设备
① 带有USB2.0 输入端口的计算机(或GDS-Ⅲ光电综合实验平台),推荐使用WIN2000
以上操作系统,使用 1024×768 分辨率,24 或 32 位真彩显示;
② YHACCD -Ⅲ型彩色面阵CCD 多功能实验仪一台。
3 面阵 CCD 的A/D 数据采集原理
1.面阵 CCD 数据采集与计算机接口的基本原理
参考《图像传感器应用技术》第 9 章 9.4 节。面阵 CCD 的PC 总线数据采集与计算机接
口的基本原理是所有图像数据采集系统的基础,掌握了它就可以进一步学习其他图像采集
卡。PC 总线图像数据采集卡所牵涉的内容如视频信号的预处理、A/D 转换、行与场同步的
分离、鉴相器、同步控制器等都是必不可少的环节。
图 1 图像卡硬件原理方框图
如图 1 所示为面阵 CCD 的 PC 总线数据采集与计算机接口的基本原理方框图。图中的
信号源一般为面阵 CCD 摄像机输出的全电视信号,也可以为录像机输出的视频信号。该信
号进入图像卡后分为两路,一路经同步分离器分出行、场同步信号送给鉴相器,使之与卡内
的时序发生器产生行、场同步信号保持同相位关系,并通过控制电路使卡上的各单元按视频
信号的行、场电视制式的要求同步工作。另一路视频信号经过预处理电路,将视频的灰度信
号由峰值为 1 的标准电视信号放大到A/D 转换器所需要的幅度,并调整好白电平和对比度。
预处理电路输出的信号送 A/D 转换器转换成数字信号。时序控制器将数字信号存于帧存储
器。同时,卡上设置了为模拟监视器提供的全电视信号输出单元。它由查找表、D/A 转换器
和同步合成电路构成。查找表在计算机接口电路的控制下,将 A/D 转换器输出的数字图像
中的相同灰度值的地址放到指定的空间。这些数据经D/A 转换成模拟电压值,使 D/A 转换
器的输出在查找表指定行列点的灰度,便可以快速地还原图像于监视器上。在软件的作用下,
图像卡可以方便地对数字图像进行存储、检测和加、减等各种运算处理。
学习图像数据采集系统时必须注意下面几个问题:
① CCD 输出的视频信号为什么要先进行预处理才能送给 A/D 转换器进行 A/D 转换?
② CCD 输出的视频信号为什么要进行行、场同步分离?
③ 鉴相器的功能与设置的目的是什么?
④ 同步控制器在图像卡中的起到什么作用?
2. USB 图像采集卡的基本原理与结构
如图 2 所示,USB 图像数据采集卡的基本原理与PC 总线图像数据采集卡的原理基本相
同,区别在于它采用 USB 总线管理系统对所采的图像数据信号进行串型数据传输,计算机
对采集系统的管理和控制也由 USB 总线管理系统进行串型数据管理和控制。
图2 USB 总线 A/D 采集系统原理方框图
由于目前USB2.0 系统的运行速度已经很高,基本满足面阵 CCD 输出视频图像 A/D 数
据采集的要求,而且 USB 总线图像数据采集系统具有“离机”、体积小、重量轻、即插即用、
不用自带电源和易于各种计算机兼容等特点而被广泛应用。尤其是它与“笔记本计算机”兼
容,使得野外图像采集成为可能。
YHACCD -Ⅲ型彩色面阵CCD 多功能实验仪采用的数据采集卡是一款黑白与彩色兼有
的面阵CCD 数据采集卡。
4 实验内容及步骤
1. 实验内容
① 将面阵 CCD 输出的视频图像转换成数字图像输入到计算机内存;
② 将所采集的图像数据以文本文件的方式保存起来;
③ 将所保存的数据文件打开,观察所采的图像数据;
④ 对所采图像按软件提示的方法进行调整与处理;
⑤ 从图像中各像素
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