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面阵CCD系统设计

童列树

一采集线性CCD像素信息实现，包含弱信号提取。描述一个算法，找到特征点，如最大点。

二采集29×29CCD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，光电成像系统基础组成框图

CCD

CCD、CMOS、CID等

CCD（ChargeCoupledDevice）图像采集系统是指光电成像系统后半部分。关键由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传感器工作多种时序。如复位时钟、移位脉冲φ1、φ2和转移脉冲等。常见有四种实现方法：EPROM驱动法；IC驱动法；单片机驱动法和可编程逻辑器件(PLD)驱动法。后二者能够实现在不改变硬件条件下，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器件输出原始信号中除了有用信号外，还夹杂着多种噪声和干扰，关键有光子噪声、散粒噪声、暗电流噪声、复位噪声和输出噪声等，而影响最大是复位噪声。

外部电路对CCD信号采集关键包含除噪和A／D转换，前者是为了在不损失图像细节前提下尽可能消除噪声和干扰，以获取高质量图像；后者则是为了完成对输出信号数字化，方便深入进行软件处理。

D1除噪

上述对有用信号影响最大复位噪声，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，所以，只要把同一像素周期内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，设计适宜滤波器，能够很大程度降低总体噪声，提升信噪比。优异行高通滤波，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发多种噪声，同时为了达成边缘强化目标，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，达成3V，以匹配ADC量程。

低通滤波器：因为CCD输出视频信号中，混杂有多种噪声信号，为了取得高质量图像视频信号，在CCD输出端设计一个截止频率为2f(f为CCD像元同时脉冲频率)低通滤波器，

D2

在进行实际硬件电路设计时,存在着这么一个问题,因为CCD驱动频率较高(1MHz)，而通常A/D转换器件转换时间为几十微秒到一百微秒。这么将会造成量化过程中有效数据丢失,使检测结果精度大为降低。采取隔点采样,然后再重新拼接图象信号方法,能够很好地处理这个问题。

在A／D转换之前大多数全部经过差动放大、采样保持处理。

E输出

将微弱信号放大，然后能够经过USB接口和计算机连接，将采集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对已采集图像信息“white.raw”进行处理提取线阵并进行处理。MATLAB程序以下：

clearall

file=strcat(E:\white.raw);

fid=fopen(file,rb);

aa=fread(fid,[1,1024],uint16);

fclose(fid);

fori=1:1023

b=aa(i);

if(aa(i+1)=aa(i))

b=aa(i+1);

end

i=i+1;

end

i=i-1;

ifaa(1024)b

b=a(1024);

end

data=aa;

data=double(data);

b

x=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对已采集图