第二章--影像获取技术-CCD应用.pptVIP

激光器 光强衰减器 扩束镜 准直镜 光栅1 光栅2 CCD A/D 单片机 计算机 光 具 座 可垂直升降的滑座 驱动器 2. 角度、位移、速度测量 利用CCD进行位移、速度测量 2. 角度、位移、速度测量 激光干涉测位移的结构和原理 光电接收器上光强度的变化规律： 被测位移量： 条纹方向的检取 激光干涉测位移在傅里叶变换光谱仪中的应用 3. 振动测量 光源 振动物体 成像系统 CCD 数据 采集 计算机 图1 实验光路的布置与系统的连接 A/D 转换 驱动 CCD1输出信号 VO-信号强度 像元位置n CCD1输出信号 VO-信号强度 像元位置n 二值化 阈值Vth n1 n2 图2 CCD输出信号及二值化结果 n0 中间位置 阈值Vth 系统结构 测量方法 振动周期 振动振幅 振动频率 3. 振动测量 图3 振动曲线 4. 距离测量与激光三角法 * * 设计中的主要器件的选择 3. AD转换 选择依据：转换精度、转换速度。 4. 存储器 5. 通信方式 CCD 器件 驱动器 信号预 处 理 A/D 转换 存储器 单片机 串口通 信接口 计算机 电源 CCD光电测量系统的实现 CCD器件的应用 尺寸测量 角度、位移、速度测量 振动测量 距离测量与激光三角法 光谱分析 光栅制作 干涉测量 密立根油滴实验 自动报靶 其他应用 1. 尺寸测量 衍射法测量微小尺寸 成像法、投影法 双CCD测量法 光电信号的二值化及其应用 1. 尺寸测量 衍射法测量微小尺寸 1. 尺寸测量 衍射法测量微小尺寸 a 显示 CCD传感器 单片机 A/D 驱动器 激光器 CCD测量杨氏弹性模量原理图 He-Ne 信号读出 信号处理 时钟发生控制器 计数显示器 透镜 细丝 线阵CCD L １、微小尺寸的检测（10~500um） 用衍射的方法对细丝、狭缝、微小位移、微小孔等进行测量。 根据夫琅和费衍射公式 : 可以得到： 例：尺寸测量 d——细丝直径；K——衍射暗纹级次K=±1,2,3…； λ——激光波长； L——被测细丝到CCD光敏面的距离； θ——被测细丝到第K级暗纹的连线，与光线主轴的夹角； xk————第K级暗纹到光轴的距离。 3 θ 0 1 2 Xk S d L 当θ很小时（即L足够大时）Sinθ≈tgθ= xk/L 代入 得到： S——暗纹宽度，S=XK/K是相等的，则测细丝直径d转化为用CCD测S 误差分析 由于激光波长误差很小可忽略不计，则 例：He-Ne激光λ＝632.8nm, L=1000mm±0.5mm, d=500μm, 当CCD像元选用13±1μm 测量误差： 丝越细，测量精度越高（d越小S越大），甚至可达到Δd=10-2μm. S的测量方法 S=ns·p V n 图象传感器(IS)输出的视频信号经放大器A放大，再经峰值保持电路PH和采样保持电路S/H处理，变成箱形波，送到A/D转换器进行逐位A/D转换，最后读入计算机内进行数据处理。判断并确定两暗纹之间的像元数ns，则暗纹宽度S=ns·p (p为图象传感器的像元中心距)，代入　　　可以得到ｄ. IS 　A PH S/H A/D 计 算 机 译码 时序控制 驱动 激光测微装置电路框图 ２.小尺寸测量 小尺寸的检测是指待测物体可与光电器件尺寸相比拟的场合。 信号处理 计 数 显 示 控制器 L n·p 式中: f`__—透镜焦距 a——物距 b ——像距 β——放大倍率 n ——像元数 p——像元间距 解释: 由成像公式 1. 尺寸测量 投影法、成像法 1. 尺寸测量 双CCD测量法 L=LT-L1-L2 1. 尺寸测量 光电信号的二值化及其应用 光源 待测 工件 成像 系统 CCD 光强分 布曲线 二值化以后的分布曲线 二值化 图1 二值化在尺寸智能测量中的应用 显示 从图像传感器(面阵或线阵)得到的视频信号是一个模拟信号，其中每一个像元对应的信号大小都反映了该像元上光强的大小，它可以是连续变化的。但在文字识别、图形识别、物体尺寸、位移、速度的测量等应用中，我们关心的只是对象的轮廓或边沿信息，比如在测量矩形工件尺寸时，我们只需要知道两个端面所在位置就行了，这是为了便于计算机对数据进行存储、处理和辨认，人们常常将信号二值化。 光源 待测 工件 成像 系统 CCD 光强分 布曲线 二值化以后的分布曲线 二值化 图1 二值化在尺寸智能测量中的应用 显示 二值化在尺寸智能测量中的应用 如果能够测出CCD上像的大小L?，则物体的