光电检测与显示实验六 面阵CCD应用实验：总结 计划 汇报 设计 可编辑.doc

实验6 面阵CCD应用技术实验 面阵CCD图像传感器主要用于采集物体图像信息。它所包含的内容很多，其中能够按PAL电视制式（或其他电视制式）形成视频电视信号的常被称为面阵CCD摄像头。面阵CCD实验指导主要针对面阵CCD摄像头展开的，通过对它的驱动波形分析使学生掌握面阵CCD的基本工作原理和特性。然后展开它的应用实验和如何与现代的计算机技术结合起来为机器安装“眼睛”与“大脑”。为达到利用面阵CCD完成“电眼”功能，还需要掌握有关《图像数字处理》方面的有关内容，为此实验指导增设了一些图像数字处理最为基础的实验内容。通过这些内容的学习能够使学生大体了解如何将面阵CCD摄像头输出的视频信号转变为数字图像，又如何从数字图像中提取出有用的信息。 面阵CCD图像传感器的内容很多，应用方式也非常丰富，对于各种各样的CCD照相机的内容几乎无法讲述清楚，各家厂商设计与生产的相机有不同的组合与功能。但是，它们的共同特点是形成数字图像。因此，学习数字图像处理技术是非常重要的，本实验指导增设这方面内容格外显得重要。 面阵CCD与线阵CCD的基本工作原理是相同的，它们都能够形成图像信息，但是，各自具有独特的特点和应用领域。线阵CCD图像传感器常用来对线性运动的物体进行扫描成像，再根据图像的灰度信息进行灰度、尺寸、速度和加速度等参量的测量，而很少注重它所产生的图像质量（对比度、白电平和人眼的视觉效果等）。因此，线阵CCD相机中的放大器一般是线性的，线性放大的特点是易于计算，缺点是动态范围与测量范围小，所产生的图像人眼观察效果也较差，但是对于想用线阵CCD摄取宽范围、大场景和高清晰度图像的时候可以采用修正光电响应γ值和其他技术手段获得视觉效果良好的图像。 面阵CCD照相机（或相机）的主要应用是产生符合人眼观察效果的图像，因此，必须根据人眼视觉对图像的识别与判断能力对输出的信号进行修正，形成基于人眼视觉的图像。为此它具有下面的特点： 1、 为适应景物图像照度范围宽的特点必须对光电响应特性进行的非线性修正，如对数变换、双折线与三折线变换等； 2、 适应人眼的响应，即对所采集的图像进行光电响应指数（伽马值γ）的处理。人眼对景物亮度响应的指数γ=0.45，也必须将面阵CCD相机的响应γ值调整到接近0.45的程度； 3、 为响应更宽景物照度的需要，还必须增设各种自适应措施，根据景物照度的变化情况实时修正响应，如增设自动增益或自动曝光时间等自动调整功能，使面阵CCD摄像头或相机能够自动响应各种景物照度； 上述内容均说明了为什么有人用面阵CCD对被测景物照度进行绝对或相对测量的各种尝试几乎都以失败告终的道理。 这些问题通过面阵CCD实验都会得到深刻的认识。 （一） 面阵CCD原理及驱动实验 一、实验目的 掌握面阵CCD实验仪的基本操作和各个部件的功能； 掌握隔列转移型面阵CCD的基本工作原理； 掌握面阵CCD各路驱动脉冲波形及其所涉及部分的功能； 掌握面阵CCD输出的视频信号与PAL电视制式的关系。 二、实验仪器 带宽50MHz以上双踪迹（或四踪迹）同步示波器一台； YHACCD－型彩色面阵CCD多功能实验仪一台。 三、实验内容 仔细阅读附录中所叙述的“YHACCD－型彩色面阵CCD多功能实验仪使用手册”，并对照实验仪实物进行学习，尤其注意各个开关、测量插孔、连接线的功能，找到内置面阵CCD摄像机与外置面阵CCD摄像机，及其转换开关。 面阵CCD的垂直与水平驱动脉冲的驱动波形、频率、周期、相位的测量方法； 面阵CCD行、场自扫描电视制式的测量； 视频输出信号的测量。 四、实验步骤 1） 实验准备 首先将示波器地线与实验仪上的地线连接好，并确认示波器的电源和实验仪的电源插头均已插在交流220V插座上； 打开示波器电源开关； 打开YHACCD－的电源开关； 将内置与外置面阵CCD摄像机的转换开关设置到“内置”。 2） 驱动脉冲波形的测量 将示波器的CH1和CH2扫描线调整至适当位置，设置CH1为同步输入，对照图1-1及图1-2所示的波形图进行下面的实验测量； 用CH1（幅度选为10.0V，扫描时间间隔为50μs档）探头测量内部控制脉冲SH，仔细调节使之同步稳定，然后用CH2（幅度选为5.0V，扫描的时间间隔为50μs档）探头分别观测ΦV1、ΦV2、ΦV3、ΦV4脉冲，画出这些脉冲的波形图并与图1-1的波形相比较，分析它们的相位关系； 用CH1探头测量ΦV1脉冲，用CH2探头分别测量ΦV2、ΦV3、ΦV4脉冲，画出这四个脉冲的波形图。通过实测波形图测出它们的频率、周期与它们之间的相位关系； 说明ΦV1、ΦV2、ΦV3、ΦV4脉冲在信号电荷