CCD圖像傳感器的原理及應(yīng)用--μPD3575D

作者：時(shí)間：2013-11-27 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對(duì)面交流
  海量資料庫(kù)查詢

style="PADDING-BOTTOM: 0px; WIDOWS: 2; TEXT-TRANSFORM: none; TEXT-INDENT: 30px; MARGIN: 0px 0px 20px; PADDING-LEFT: 0px; PADDING-RIGHT: 0px; FONT: 14px/25px 宋體, arial; WHITE-SPACE: normal; ORPHANS: 2; LETTER-SPACING: normal; COLOR: rgb(0,0,0); WORD-SPACING: 0px; PADDING-TOP: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px">那么，如何控制循五泊開(kāi)始和結(jié)束呢？傳輸門時(shí)鐘φTG起的就是這一作用，當(dāng)φTG由低電平變?yōu)楦唠娖讲⒔?jīng)過(guò)一定的時(shí)延（最小值50ns）后，轉(zhuǎn)移時(shí)鐘φIO開(kāi)始按周期翻轉(zhuǎn)，每翻轉(zhuǎn)一次，輸出一個(gè)像元。所有像元輸出完畢，φTG再由高電平變?yōu)榈碗娖?。圖4中φTG只給出了開(kāi)始部分的波形，后面表示積分時(shí)間的波形沒(méi)有給出，因此后面的積分時(shí)間長(zhǎng)短可以根據(jù)對(duì)積分時(shí)間的需要自行設(shè)定。但積分時(shí)間內(nèi)的φIO數(shù)目也是有要求的。因?yàn)樵揅CD芯片的有效單元為1024，加上虛設(shè)單元、暗信號(hào)和空驅(qū)動(dòng)等共有12613個(gè)光電二極管，由于該器件是兩列并行分奇偶傳輸?shù)?，所以一個(gè)φTG周期至少要有630個(gè)φIO脈沖，即φTG>630φIO。

如將其準(zhǔn)時(shí)鐘頻率確定為8.000MHz,即周期為125ns，那么，根據(jù)給出的最小值就可算出四路波形的周期和占空經(jīng)，具體列于表3。

表3 四路驅(qū)動(dòng)波形的周期的占空比

	φIO	φTG	φRO	φSHO
周期（ns）	1750	1313000	875	875
占空比	1/2	1/751	6/7	5/7

根據(jù)各路波形的周期、占空經(jīng)和它們之間存在的關(guān)系所給出的典型驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。

5 CCD數(shù)據(jù)采集

CCD可用于位置、尺寸和圖像的檢測(cè)，根據(jù)CDD傳感器視頻信號(hào)應(yīng)用的差異，CCD視頻信號(hào)的處理有兩種方法：一是對(duì)CCD視頻信號(hào)進(jìn)行二值化處理后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；二是對(duì)CCD視頻信號(hào)采樣、量化編碼后再采集到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

在檢測(cè)鋼軌不平順的設(shè)計(jì)中要檢測(cè)運(yùn)動(dòng)光源的瞬時(shí)位置，只需要測(cè)定光源在CCD上的成像位置，即光源成像在第幾個(gè)像元上。圖6為CCD數(shù)據(jù)采集原理圖，采用二值化方法。

由于線陣CCD既具有高靈敏度的光電轉(zhuǎn)換功能，又具有光電信號(hào)的存儲(chǔ)和快速讀出功能，所以通過(guò)一組時(shí)序脈沖的驅(qū)動(dòng)控制（驅(qū)動(dòng)器），可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)光源的實(shí)時(shí)光電轉(zhuǎn)換與信號(hào)讀出。當(dāng)入射在CCD像元上成像時(shí)，入射光子被CCD像元吸收并產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的光生電荷。在光積分期間，光生電荷被積累并存儲(chǔ)在彼此隔離的相應(yīng)像元的勢(shì)阱中，在每個(gè)像元?jiǎng)葳逯兴e累的信號(hào)電荷數(shù)與照射在該像元面上的平均照度和光積分時(shí)間的乘積成正比。在電荷轉(zhuǎn)移期間，光生電荷依次轉(zhuǎn)移稱至輸出區(qū)，通過(guò)復(fù)位脈沖的控制，在輸出極形成視頻信號(hào)，每次積分的輸出波形代表目標(biāo)光圖像在CCD采樣方向的瞬態(tài)強(qiáng)度的空間分布，輸出視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲寬帶放大器放大處理后，每個(gè)光斑的輸出波形如圖7（a）所示。然后，對(duì)CCD的視頻信號(hào)進(jìn)行二值化處理，原理如圖7（b）所示，二值化的前沿和后沿分別對(duì)應(yīng)CCD像元的信號(hào)，計(jì)算出這兩個(gè)像元位置的平均值，即為光線的中心位置，這即是一個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)。在CCD連續(xù)工作下，所有的檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)串行通訊電路將結(jié)果傳送給單片機(jī)。

在進(jìn)行CCD在線檢測(cè)時(shí)，干擾光線較難克服，而且光源使用一段時(shí)間，光強(qiáng)也會(huì)變?nèi)?，這樣會(huì)引起CCD輸出信號(hào)幅度變化，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差，因此對(duì)上邊的電路作了一定改進(jìn)，即讓閾值電壓隨CCD視頻信號(hào)的幅值變化，改進(jìn)后的浮動(dòng)閾值電路如圖8所示。當(dāng)光源強(qiáng)度變化引起CCD視頻信號(hào)變化時(shí)，可以通過(guò)電路CCD視頻信號(hào)的起伏反饋到閾值上，使閾值電壓隨之改變，從而保證在光較弱時(shí)，二值化電路仍能輸出合適的二值化信號(hào)。

二值化處理后輸出的信號(hào)稱為二值化信號(hào)。二值化信號(hào)為一個(gè)方波，該波形的前沿和后沿分別對(duì)應(yīng)CCD像元的序號(hào)，計(jì)