論文設(shè)計(jì)線陣ccd用于工件外徑尺寸檢測(cè)的研究

1、2畢業(yè)論文線陣 CCD 用于工件外徑尺寸檢測(cè)的研究The Research on CCD uses in the workpiece outerdiameter size examination摘要CCD是(Charge Coupled Device)即電荷耦合器件的縮寫，它是一種特殊半導(dǎo)體器件，是一種新型的固體成像器件。它既具有光電轉(zhuǎn)換的功能，又具有信號(hào)電荷的 存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和讀出的功能。CCD應(yīng)用技術(shù)是光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)相結(jié)合的高新技術(shù)。隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是近代電子技術(shù)的發(fā)展。 性能卓越的單片機(jī)它 在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、通訊設(shè)備、自動(dòng)化工業(yè)控制、宇航設(shè)備、儀器儀表和各種消費(fèi)類 產(chǎn)品中都有

2、著廣泛的應(yīng)用前景。本文簡(jiǎn)要介紹了CPLD/FPG器件的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，并以CCQg動(dòng)電路的設(shè)計(jì)介紹了在 MAX+plusll開發(fā)軟件下，利用硬件描述語言輸入 方式來設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯電路的過程，將CCD應(yīng)用于集合量測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)高精度，高效率, 自動(dòng)化，動(dòng)態(tài)檢測(cè)，非接觸測(cè)量等要求，尤其用于工件外徑尺寸的檢測(cè)具有很強(qiáng)的優(yōu) 勢(shì)。關(guān)鍵詞： 線陣 CCD CPLD A/D 轉(zhuǎn)換器 工件尺寸檢測(cè)ABSTRACTCCD is (Charge Coupled Device), the acronym Charge Coupled Device, which is a special semiconductor de

3、vices, is a new type of solid imaging device. It has a photovoltaic conversion functions, but also has the signal charge storage, transfer and read out the functions. CCD technology is the application of light, machines, a combination of high-tech and computer power.With the rapid development of ele

4、ctronic technologies, especially the development of modern electronic technology. Its excellent performance in the computer external control equipment communications equipment into industrial automation equipment instrumentation and various consumer products have broad application prospects. This ar

5、ticle briefly introduced CPLD/FPGA device characteristics and application, and CCD-driven circuit design introduced in MAX+plus II development software, hardware description language used to import digital logic circuit design process will CCD volume measurements can be applied to achieve high-preci

6、sion assembly, high efficiency, automated dynamic testing, non-contact measurement requirements, particularly for the detection of a strong working size advantage.Keyword : Line CCD ，CPLD ， A/Dconverters ， Having size detection目錄 TOC o 1-5 h z 第一章概 述 1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document CCD圖像傳

7、感器發(fā)展 1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document CCD的特點(diǎn)及分類 1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第二章CCD 的工作原理 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document CCD的基本特性 3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document CCD的電荷存儲(chǔ) 6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 電荷的輸入和輸出 8 HYPERLINK l bookmark20

8、o Current Document 第三章典型芯片 TCD1206 13 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 13 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document CCD信號(hào)的處理方法 16 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第四章基于尺寸測(cè)量CCD處理電路的研究 18 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document CCD二值化處理 18 HYPERLINK l bookmark30 o Current D

9、ocument 信號(hào)的 A/D 數(shù)據(jù)采集 20 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 22 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 第五章基于線陣CCD的尺寸檢測(cè) 25 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 工件尺寸檢測(cè)系統(tǒng)總體構(gòu)成 25 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 工件尺寸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理 25 HYPERLINK l bookmark40 o Current Docume

10、nt 第六章 結(jié)論與展望 29致 謝 錯(cuò)誤! 未定義書簽。 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 參考文獻(xiàn) 30 第一章 概 述 圖像傳感器是數(shù)碼相機(jī)的“心臟”， 也是最關(guān)鍵的技術(shù)， 數(shù)碼相機(jī) 的發(fā)展道路可以說就是圖像傳感器的發(fā)展道路。 圖像傳感器屬于光電產(chǎn) 業(yè)里的光電元件類， 隨著數(shù)碼技術(shù)、 半導(dǎo)體制造技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā) 展，目前短短的幾年， 數(shù)碼相機(jī)就由幾十萬象素，發(fā)展到 800,900 萬象 素甚至更高。其關(guān)鍵零部件圖像傳感器產(chǎn)品就成為當(dāng)前以及未來業(yè) 界關(guān)注的對(duì)象產(chǎn)品類別區(qū)分，圖像傳感器產(chǎn)品主要分為 CCD CMO以 及CIS傳感器三種。本

11、文將主要介紹 CCDS其用途。CCD 圖像傳感器發(fā)展C C D( Charged Coupled Device )于 1969 年在貝爾試驗(yàn)室研制成功， 之后由日商等公司開始量產(chǎn)，其發(fā)展歷程已經(jīng)將近 30 多年，從初期的 10多萬像素已經(jīng)發(fā)展至目前主流應(yīng)用的 500-800萬象素。CCD和傳統(tǒng)底 片相比，CCD更接近于人眼對(duì)視覺的工作方式，每一個(gè) CCD組件由上百 萬個(gè)MOSI容所構(gòu)成(光點(diǎn)的多少要看 CCD的像素而定)。CCD經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)35年的發(fā)展，大致的形狀和運(yùn)作方式都已經(jīng)定型。 CCD勺組成主要是由一個(gè)類似馬賽克的網(wǎng)格、聚光鏡片以及最底下的電 子線路矩陣所組成。目前的CCD組件，每一個(gè)像素

12、的面積和開發(fā)初期比 較起來，己縮小到 1/10 以下。今后在應(yīng)用產(chǎn)品趨向小型化，高像素的 要求下，單位面積將會(huì)更加的縮小。目前市面上的絕大多數(shù)消費(fèi)型機(jī)種及高端數(shù)碼相機(jī)都使用CCD作為圖像傳感器，而CMO傳感器以往都是作為低端產(chǎn)品應(yīng)用于攝像頭和 簡(jiǎn)易電腦相機(jī)上，是否采用CCD專感器一度成為人們判斷數(shù)碼相機(jī)檔次 的標(biāo)準(zhǔn)之一。目前有能力生產(chǎn)CCD的公司分別為：SONYPhilips、Kodak、 Matsushita、Fuji、SANYO口 Sharp。CCD 的特點(diǎn)及分類CCD是數(shù)字相機(jī)的靈魂。CCD的面積越大，解析度就越高。CCD的 制作技術(shù)對(duì)數(shù)字相機(jī)發(fā)展有極大的影響。由于制作CCD需要很高的技

13、 術(shù)，所以到現(xiàn)在為止，CCD仍然是數(shù)字相機(jī)發(fā)展的最大阻礙。CCD勺優(yōu)點(diǎn)：1 高解析度(High Resolution )2 低噪聲(Low Noise) 高敏感度 3 動(dòng)態(tài)范圍廣 (High Dynamic Range)4 良好的線性特性曲線 (Linearity)5 大面積感光 (Large field of view) 光譜響應(yīng)廣 (Broad Spectral Response)6 低影像失真 (Low Image Distortion)7 體積小， 重量輕 8 低耗電力，不受強(qiáng)電磁場(chǎng)影響 9 電荷傳輸功率佳 10可大批量 生產(chǎn)，品質(zhì)穩(wěn)定，堅(jiān)固，不易老化，使用方便及保養(yǎng)容易。CCD有兩種

14、基本類型：(1)電荷包存儲(chǔ)在半導(dǎo)體與絕緣體之間的界 面，并沿界面?zhèn)鬏?，這類器件稱為表面溝道CCD簡(jiǎn)稱SCCD (2)體溝道CCD電荷包存儲(chǔ)在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并可在半導(dǎo)體 體內(nèi)沿一定方向傳輸，有時(shí)也稱為埋溝道器件。CCD又可分為線型(Lin ear )與面型(Area)兩種，其中線型應(yīng)用于影像掃瞄器及傳真機(jī) 上，而面型主要應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)(DSC、攝錄影機(jī)、監(jiān)視攝影機(jī)等多項(xiàng) 影像輸入產(chǎn)品上。第二章CCD的工作原理電荷耦合攝像器件(CCD的突出特點(diǎn)是以電荷為信號(hào)的載體，不 同于大多數(shù)以電流或電壓為信號(hào)的載體的器件。 CCD勺基本功能是電荷 的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移。因此，CCD勺基本過程主要是

15、信號(hào)電荷的產(chǎn)生、 存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和檢測(cè)。2.1 CCD的基本特性光電轉(zhuǎn)換特性存儲(chǔ)于CCD像敏單元中的信號(hào)電荷包是由入射光子被硅襯底材料 吸收，并被轉(zhuǎn)換成少數(shù)載流子(反型層電荷)形成的，因此，它具有良 好的光電轉(zhuǎn)換特性。它的光電轉(zhuǎn)換因子 可達(dá)到99.7%以上。另外，可以推出：Qn二tc器e,(2.1 )式中，tc為CCD的積分時(shí)間，可以設(shè)為常數(shù)； 為CCD器件的光電轉(zhuǎn)換 效率，當(dāng)材料確定以后它是常數(shù)；q為電子電荷量，是常數(shù)； 為入射 輻射頻率，對(duì)于某單色光 亦為常數(shù)。由此可以看出CCD勺光電轉(zhuǎn)換特 性為線性的。光譜響應(yīng)光電成像器件的光譜響應(yīng)取決于光電轉(zhuǎn)換材料的光譜響應(yīng)，其短波限有時(shí)受窗口材料的吸收特

16、性影響。例如，屬于外光電效應(yīng)攝像管的光 譜響應(yīng)由光陰極材料決定；屬于內(nèi)光電效應(yīng)的視像管和 CCDg像器件的 光譜響應(yīng)分別由靶材料和硅材料決定；熱釋電攝像管基于材料的熱釋電 效應(yīng)，它的光譜響應(yīng)特性近似直線。CCD勢(shì)阱中可容納的最大信號(hào)電荷量取決于 CCD勺電極面積及器件 結(jié)構(gòu)（SCCD5是BCCD,時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)方式及驅(qū)動(dòng)脈沖電壓的幅度等因素。設(shè)CCD勺電極有效面積為A, Si的雜質(zhì)濃度Nx為1015cm3,;氧化膜 厚度為0.1卩m電極尺寸為10*20（卩m 2,柵極電壓為iov ,則sccd 中，勢(shì)阱中的電荷量Q為0, 6PC或3, 7 106個(gè)電子。Q可近似用下式 表示Q= Cox Uo A（2

17、.2）式中，Cox是單位氧化膜面積的電容量，Uo為柵極電壓。在BCC沖，計(jì)算比較復(fù)雜，隨著溝道深度增加，勢(shì)阱中可以容納 的電荷量增加減少，對(duì)于與上述SCCD件相同的BCCD若氧化膜厚0.1 卩m相當(dāng)于溝道深度的外延層厚度為 21卩m則QccDQbccd約為4.5。（ 2） 噪聲在CCD中，有以下幾種噪聲源：由于電荷注入器件引起的噪聲； 電荷轉(zhuǎn)移過程中，電荷量的變化引起的噪聲；由檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生的噪聲。（I）光子噪聲：由于光子發(fā)射是隨機(jī)過程，因而勢(shì)阱中收集的光 電荷也是隨機(jī)的，這就成為噪聲源。由于這種噪聲源與CCD專感器無關(guān)， 而取決于光子的性質(zhì)， 因而成為攝像器件的基本限制因素， 這種噪聲主 要對(duì)于

18、低光強(qiáng)下的攝像有影響。（U）胖零噪聲：對(duì)SCC D在使用偏置電荷（胖零）時(shí)，也會(huì)產(chǎn) 生噪聲，這與使用偏置光的情況一樣。（川）俘獲噪聲：在SCC沖起因于界面缺陷，在BCC沖起因于體 缺陷，但BCC呼俘獲噪聲小。（W）輸出噪聲：這種噪聲起因于輸出電路復(fù)位過程中產(chǎn)生的熱噪 聲。該噪聲若換算成均方根值就可以與 CCD勺噪聲相比較。（V）暗電流噪聲：與光子發(fā)射一樣，暗電流也是一個(gè)隨機(jī)過程， 因而也成為噪聲源。而且，若每個(gè) CCD單元的暗電流不一樣，就會(huì)產(chǎn)生 圖形噪聲。此外，器件的單元尺寸不同或間隔不同也會(huì)成為噪聲源，但 這種噪聲源可以通過改進(jìn)光刻技術(shù)而減少。4 暗電流在正常工作的情況下，MOSt容處于未

19、飽和的非平衡態(tài)。隨著時(shí)間 的推移， 由于熱激發(fā)而產(chǎn)生的少數(shù)載流子使系統(tǒng)趨向平衡。因此， 即使 在沒有光照或其它方式對(duì)器件進(jìn)行電荷注入的情況下， 也會(huì)存在不希望 有的暗電流。眾所周知，暗電流使大多數(shù)攝像器件所共有的特性，是判 斷一個(gè)攝像器材好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)， 尤其是暗電流在整個(gè)攝像區(qū)域不均勻 時(shí)更是如此。判斷暗電流的存在限制了器件動(dòng)態(tài)范圍和信號(hào)處理能力。 暗電流的大小與光積分時(shí)間， 周圍環(huán)境溫度密切相關(guān)， 通常溫度每上升 30。C -35。C,暗電流提高約一個(gè)數(shù)量級(jí)。CCD攝像器件在室溫下暗電流 約為 5-10nA/cm2。產(chǎn)生暗電流的主要原因有以下幾點(diǎn)：1）耗盡的硅襯底中電子自價(jià)帶至導(dǎo)帶的本征躍

20、遷。2）少數(shù)載流子在中性體內(nèi)的擴(kuò)散。3）Si 界面引起的暗電流。5. 分辨率分辨率是用來表示能夠分辨圖像中明暗細(xì)節(jié)的能力, 常用調(diào)制模傳 遞函數(shù)MTF來評(píng)價(jià)。分辨率常用兩種方式來描述：一種為極限分辨率； 另一種為調(diào)制傳遞函數(shù)。分辨率有時(shí)也稱為鑒別率或接像率等。線陣CCD攝像器件向更多位光敏單元發(fā)展，現(xiàn)在已有 25X1, 1024X 1, 2048X 1, 2160X 1, 2700X 1, 5000X 1, 5340X 1, 7500X 1, 2700 X 3，5340X 3，10550X 3 等多種。像敏單元位數(shù)越高的器件具有更高 的分辨率。尤其是用于物體尺寸測(cè)量中，采用高位數(shù)光敏單元的線陣

21、 CCD器件可以獲得更高的測(cè)量精度。另外，當(dāng)采用機(jī)械掃描裝置時(shí)，亦 可以用線陣CCDg像器件得到二維圖像的視頻信號(hào)。掃描所獲得的二維 信號(hào)的分辨率取決于掃描速度與CCD光敏單元的高度等因素。二維面陣 CCD 的輸出信號(hào)一般遵守電視系統(tǒng)的掃描制式。它在水 平方向和垂直方向上的分辨率式不同的，水平分辨率要高于垂直分辨 率。在評(píng)價(jià)面陣 CCD 的分辨率時(shí)，制評(píng)價(jià)它的水平分辨率，且利用電 視系統(tǒng)對(duì)圖象分辨率的評(píng)價(jià)方法電視線評(píng)價(jià)方法。 電視線評(píng)價(jià)方法 表明，在一幅圖像上，在水平方向能過分辯出的黑白條數(shù)為其分辨率。 水平分辨率與水平方向上的 CCD 像敏單元的數(shù)量有關(guān)，像敏單元數(shù)越 多，分辨率越高。現(xiàn)有的

22、面陣 CCD 的像敏單元數(shù)已發(fā)展到 512X 500， 796X 596，1024X 1024，2048X 2048，4096X 4096，5000X 5000 等多 種，分辨率越來越高。2.2 CCD的電荷存儲(chǔ)電荷存儲(chǔ)構(gòu)成CCD勺基本單元是MOS金屬-氧化物-半導(dǎo)體）結(jié)構(gòu)。如圖2.1（a）所示，在柵極G施加正偏壓Ug之前，P型半導(dǎo)體中的空穴（多數(shù)載流子）的分布是均勻的。當(dāng)柵極施加正偏壓柵極電壓（此時(shí)Ug小于P型半導(dǎo)體的閾值電壓 Uth）后，空穴被排斥，產(chǎn)生耗盡區(qū)，如圖 2.1（b）所示。偏壓繼續(xù)增加，耗盡區(qū)將進(jìn)一步向半導(dǎo)體內(nèi)延伸。當(dāng)Ug Uth時(shí)，半導(dǎo)體與絕緣體界面上的電勢(shì)（常稱為表面勢(shì)，用

23、s表示）變得如此之高，以至于將半導(dǎo)體體內(nèi)的電子（少數(shù)載流子）吸引到表面，形 成一層極薄的（約102 m ）但電荷濃度很高的反型層，如圖 2.1 （c） 所示，反型層的電荷的存在表明了 MOS吉構(gòu)存儲(chǔ)電荷的功能。然而，當(dāng) 柵極電壓由零突變到閾值電壓時(shí)，摻雜半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子很少， 不 能立即建立反型層。在此情況下，耗盡區(qū)將進(jìn)一步向體內(nèi)延伸。而且， 柵極與襯底之間的絕大部分電壓降落在耗盡區(qū)上。如果隨后可獲得少數(shù) 載流子，那么耗盡區(qū)將收縮，表面勢(shì)下降，氧化層上的電壓增加。當(dāng)提 供足夠的少數(shù)載流子時(shí)，表面勢(shì)可降低到半導(dǎo)體材料費(fèi)密能級(jí)F的兩 倍。例如，對(duì)于摻雜為1015cm3的P型半導(dǎo)體，其料費(fèi)密能級(jí)

24、為0.6V， 其余電壓降落在氧化層上。艸電極氫化層-ia+Hlb + *lia + GBI r-A I I f-3 I I I H iF型半導(dǎo)懷1圖2.1單個(gè)CCD電級(jí)對(duì)耗盡區(qū)的影響表面勢(shì) s隨電荷反型層濃度Qnv，柵極電壓Ug的變化如圖2.2和如圖2.3所示。圖2.2是在摻雜為1021m 3的情況下，表面勢(shì)s與柵極電壓Ug的關(guān)系曲線。圖2.3為柵極電壓不變的情況下， 表面勢(shì)s與反型層電荷的關(guān)系曲線圖2.3表面勢(shì)s與反型層密度 Q|nv的關(guān)系曲線的直線性好，說明表面勢(shì) s與反型層電荷濃度Qinv有著良 好的反比例線性關(guān)系。這種線性關(guān)系很容易用半導(dǎo)體物理中的“勢(shì) 阱”的概念來描述。電子所以被加有

25、柵極電壓UG的MOS結(jié)構(gòu)吸引到氧化層與半導(dǎo)體的交界面處，是因?yàn)槟抢锏膭?shì)能最低。在沒有反型層 電荷時(shí)，勢(shì)阱的“深度”與柵極電壓 Ug的關(guān)系恰如s與反型層電荷 量Qinv間的關(guān)系，如圖2.4 (C)所示。當(dāng)反型層電荷足夠多，使勢(shì) 阱被填滿時(shí)，s降到2BF，此時(shí)，表面勢(shì)不再束縛多余的電子，電 子將產(chǎn)生“溢出”現(xiàn)象。因此，表面勢(shì)可作為勢(shì)阱深度的量度。而表 面勢(shì)又與柵極電壓Ug、氧化層厚度dokx有關(guān)，即MOSfe容容量Cox與Ug有關(guān)。勢(shì)阱的橫截面積取決于柵極電極的面積A，MOSfe容存儲(chǔ)信號(hào)電荷的容量為Q= C ox Ug a(2.3)(O空勢(shì)井 (b )埴充1旳勢(shì)井(c )全滿勢(shì)井圖2.4勢(shì)阱2.

26、3電荷的輸入和輸出1.電荷的注入在 CCD 中，電荷注入的方法很多，歸納起來，可分為兩類：光注 入和電注入。（ 1）光注入當(dāng)光照射 CCD 硅片時(shí)，在柵極附近的半導(dǎo)體體內(nèi)產(chǎn)生電子 -空穴對(duì)，其多數(shù)載流子被柵極電壓排開，少數(shù)載流子則被收 集在勢(shì)阱中形成信號(hào)電荷。 光注入方式又可分為正面照射式及背面照射 式。圖 2.6所示為背面照射光注入的示意圖， CCD 攝像器件的光敏單元 為光注入方式。光注入電荷 QIP 為QIP = q ne0AT0（2.4）式中， 為材料的量子效率； q 為電子電荷量； ne0 為入射光的光 子流速率； A 為光敏單元的受光面積； T 0 為光入射時(shí)間。（ 2）電注入所謂

27、電注入就是 CCD 通過輸入結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)電壓或電流進(jìn)行采樣，將信號(hào)電壓或電流轉(zhuǎn)化為信號(hào)電荷。 電注入的方法很多， 這里僅介紹兩種常用的電注入法和電壓注入法：1）電流注入法 由N擴(kuò)散區(qū)和P型襯底構(gòu)成注入二極管。IG為CCD 的輸入柵，其上加適當(dāng)?shù)恼珘阂员３珠_啟并作為基準(zhǔn)電壓，模 擬輸入信號(hào)Uin加在輸入二極管ID上。當(dāng)2為高電平時(shí)，可將N區(qū)（ID極）看作MOS晶體管的源極，IG為其柵極，而2為其漏極。當(dāng) 它工作在飽和區(qū)時(shí)，輸入柵下溝道電流為Is= WC（Uin-Uig-U）2/ 2 Lg（ 2.5）式中， W 為信號(hào)溝道寬度； L G 為注入柵 IG 的長(zhǎng)度； 為載流子表 面遷移率； C 為注入

28、柵電容。經(jīng)過Tc時(shí)間注入后，2下勢(shì)阱的信號(hào)電荷量Qs為Qs= WC（UIN-UIG-U）2 Tc / 2 LG（2.6）可見這種注入方式的信號(hào)電荷Qs不僅依賴于U IN和Tc ,而且與輸入二極管所加偏壓的大小有關(guān)。因此，Qs 與 U IN 的線性關(guān)系較差。2）電壓注入法 電壓注入法與電流注入法類似， 也是把信號(hào)加到 源極擴(kuò)散區(qū)上，所不同的是輸入柵 IG 電極上加與 2 同位相的選通脈 沖。其寬度小于 2 的脈寬。在選通脈沖的作用下，電荷被注入到第一 個(gè)轉(zhuǎn)移柵 2 下的勢(shì)阱里，直到阱的電位與 N 區(qū)的電位相等時(shí)，注入 電荷才停止。 2 下的勢(shì)阱中電荷向下一級(jí)轉(zhuǎn)移之前，由于選通脈沖已 經(jīng)終止，輸入

29、柵下的勢(shì)壘開始把2 下和 N 的勢(shì)阱分開，同時(shí)，留在IG 下的電荷被擠到 2 和 N 的勢(shì)阱中。由此而引起起伏，不僅產(chǎn)生輸 入噪聲，而且使信號(hào)電荷 Q 與 U IG 線性關(guān)系變壞。這種起伏，可以通 過減小 IG 電極的面積來克服。另外，選通脈沖的截止速度減慢也能減 小這種起伏。電壓注入法的電荷注入量 Q 與時(shí)鐘脈沖頻率無關(guān)。電荷的檢測(cè)（輸出方式）在 CCD 中，有效地收集和檢測(cè)電荷是一個(gè)重要問題。 CCD 的重要 特性之一是信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移過程中與時(shí)鐘脈沖沒有任何電容耦合， 而在輸 出端則不可避免。 因此，選擇適當(dāng)?shù)妮敵龆穗娐房梢员M可能地減少時(shí)鐘 脈沖容性地饋入輸出電路的程度。目前 CCD 的輸出

30、方式主要有電流輸 出，浮置擴(kuò)散放大器輸出和浮置柵放大器輸出。（1）電流輸出 如圖2.7（a）所示，由反向偏置二極管收集信號(hào)電 荷來控制 A 點(diǎn)電位的變化，直流偏置的輸出柵 OG 用來使漏擴(kuò)散和時(shí) 鐘脈沖之間退耦， 由于二極管反向偏置， 形成一個(gè)深陷落信號(hào)電荷的勢(shì) 阱，轉(zhuǎn)移到 2 電極下的電荷包越過輸出柵，流入到深勢(shì)阱中。若二極管輸出電流為I D，則信號(hào)電荷Qs為(2.7)12 OGRg1L11廠U DD浮置擴(kuò)散T11丫LJrQ s = I d dtT2(b)浮置擴(kuò)散放大器輸岀 r浮柵3123123U DD丄丄丄丄丄丄丄L(c)浮置柵放大器輸岀圖2.7電荷輸出電路(2)浮置擴(kuò)散放大器輸出如圖2.

31、7(b)所示，前置放大器與CCD同做在一個(gè)硅片上，為復(fù)位端，T2為放大管。復(fù)位管在 2下的勢(shì)阱未形成之前，在 RG端加復(fù)位脈沖k，使復(fù)位端導(dǎo)通，把浮置擴(kuò)散區(qū)剩余電荷抽走，復(fù)位到 U DD。而當(dāng)電荷到來時(shí)，復(fù)位管截止,由浮置擴(kuò)散區(qū)收集的信號(hào)電荷來控制T2管柵極電位變化，設(shè)電位變化量為U，則有U=Qs/ CFD（2.8）式中，Cfd為浮置擴(kuò)散區(qū)有關(guān)的總電容，如圖 2.7所示，包括浮置二極管勢(shì)壘電容Cd ； OG、DG與FD間的耦合電容Ci，C2及T管的 輸入電容Cg。即C FD = C d + C1+C 2 +Cg（2.9）經(jīng)放大器放大 KV 倍后，輸出的信號(hào)U0= KV U（2.10）以上兩種輸

32、出機(jī)構(gòu)均為破壞性的一次性輸出。（3）浮置柵放大器輸出2.7（c）為浮置柵放大器輸出，T2的柵極 不是直接與信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)移溝道相連接，而是與溝道上面的浮置柵相 連。當(dāng)信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到浮置柵下面的溝道時(shí)， 在浮置柵上感應(yīng)出鏡像電 荷，以次來控制T2的柵極電位，達(dá)到信號(hào)檢測(cè)與放大的目的。顯然，這種機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)電荷在轉(zhuǎn)移過程中進(jìn)行非破壞性檢測(cè)。由轉(zhuǎn)移到 2下的電荷所引起的浮柵上電壓的變化Ufg為Ufg=I Q5 |/Cd（Ci+C 2+ Cg）+ （C 2+ Cg）（2.11）式中，C2為FG與2間氧化層電容。第三章典型芯片TCD12063.1驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)TCD1206主要有以下特性：有效象元素：21

33、60個(gè)；象元中心距：14 m X14 m ;精度：高靈 敏度，低暗電流輸出；驅(qū)動(dòng)信號(hào)： 5VCMOS電平直接驅(qū)動(dòng)；電源電 壓：12V單一電源。表3-1芯片各管腳介紹管腳符號(hào)管腳名稱管腳符號(hào)管腳名稱1， 2轉(zhuǎn)移脈沖第1、2相OS信號(hào)輸出NC接地端DOS補(bǔ)償輸出RS復(fù)位脈沖OD電源+12VSH積分脈沖SS地為了實(shí)現(xiàn)高驅(qū)動(dòng)頻率和減少對(duì)資源的浪費(fèi)，應(yīng)當(dāng)選擇速度快而結(jié)構(gòu) 緊湊的單片機(jī)作為產(chǎn)生CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序的CPU。1. CCD的時(shí)序分析應(yīng)用單片機(jī)編程產(chǎn)生CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序前，首先要確定所需產(chǎn)生的時(shí) 序。TCD1206UP是一種高速高分辨率的線陣 CCD器件，其擁有2160 個(gè)有效像元。在驅(qū)動(dòng)TCD1206U

34、P的時(shí)序里要求各個(gè)脈沖信號(hào)之間具有嚴(yán)格的相 位關(guān)系。其驅(qū)動(dòng)時(shí)序要求見附錄。SH是轉(zhuǎn)移脈沖，脈沖寬度標(biāo)準(zhǔn)值為1000ns,其周期為光信號(hào)積分 時(shí)間。OS輸出周期至少為2236個(gè)像元的輸出周期；1和2是雙相 驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，時(shí)鐘頻率標(biāo)準(zhǔn)值為0.5MHz ;RS是復(fù)位脈沖，標(biāo)準(zhǔn)值為1MHz ； OS是信號(hào)輸出，各信號(hào)之間的定時(shí)關(guān)系見表 3-2。表3-2各信號(hào)定時(shí)關(guān)系項(xiàng)目記號(hào)最小值/ns標(biāo)準(zhǔn)值/ns最大值/nsSH與1的關(guān)系t1 t50100SH上升/下降時(shí)間t2 ,t 4050SH脈沖寬度t3200100012上升/下降時(shí)間t6，t 7060100RS上升/下降時(shí)間t8 , t10020RS脈沖寬度t94

35、025012與RS的關(guān)系t11100125信號(hào)輸出延遲時(shí)間t12 , t1390由此，CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)特征:RS信號(hào)占空比1: 3, 上升邊沿有效，寬度t940ns,且RS 與12有時(shí)序要求。SH在1MHz下的寬度(光積分時(shí)間)為了獲得較好的時(shí)序信 號(hào)，將各階段的時(shí)序存入幾個(gè)寄存器中，再由程序連續(xù)地送到 AT90S1200 的 PB 口。圖3.1 TCD1206實(shí)物圖2 硬件連接如圖圖3.2單片機(jī)與CCD的連接3 指令配置因?yàn)檗D(zhuǎn)移指令要根據(jù)某種條件產(chǎn)生程序的分支， 而分支程序在不同 條件下執(zhí)行的指令周期是不同的，因而造成 CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序不準(zhǔn)確。但 是完全不使用轉(zhuǎn)移指令，對(duì)于上千像元的 CCD來說

36、，其一個(gè)工作周期 往往需要十幾千字節(jié)甚至更多字節(jié)的程序存儲(chǔ)器。解決的辦法是避免雙重循環(huán)結(jié)構(gòu)， 采用若干重復(fù)的單循環(huán)結(jié)構(gòu)，填 補(bǔ)其它指令以解決不同分支入口處機(jī)器周期數(shù)不同的問題， 使產(chǎn)生的驅(qū) 動(dòng)時(shí)序嚴(yán)格符合要求。CCD信號(hào)的處理方法依據(jù)對(duì)CCD傳感器視頻信號(hào)應(yīng)用的差異，對(duì)CCD視頻信號(hào)有兩種處 理方法：一是對(duì) CCD視頻信號(hào)進(jìn)行處理后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；二是對(duì) CCD視頻信號(hào)進(jìn)行采樣，量化編碼后再采集到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。下面將簡(jiǎn)要 介紹這兩種方法。二值化處理：CCD視頻信號(hào)經(jīng)放大后，將信號(hào)送到LM358的正向輸入端，在LM358的負(fù)向輸入端接一滑動(dòng)變阻器，將 LM358的輸出端與20兆晶 振相與，輸出送

37、8253。在控制8253的初始化，開始及停止記數(shù)和數(shù)據(jù) 的存儲(chǔ)讀取。此方案用于靜態(tài)工件。通過對(duì) 8253計(jì)數(shù)值的計(jì)算就可以 求出脈寬。2. 量化處理：CCD傳感器在測(cè)量光強(qiáng)信息時(shí)需要把對(duì)應(yīng)的 CCD空間光敏元所感 受光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成輸出電壓幅值再轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼送入計(jì)算機(jī)處理。 其過程 主要是，首先將 CCD 視頻信號(hào)輸出的脈沖調(diào)制信號(hào)經(jīng)過低通濾波器后 變成在時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)。 按照對(duì)圖像分辨率的要求， 用采樣保持 電路對(duì)連續(xù)的視頻信號(hào)在時(shí)間上進(jìn)行間隔采樣，把 CCD 視頻信號(hào)變成 離散的模擬信號(hào)，由 A/D 轉(zhuǎn)換器再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字量。第四章 基于尺寸測(cè)量 CCD處理電路的研究4.1 CCD

38、二值化處理二值化處理是把圖象和背景作為分離的二值（0, 1）對(duì)待。光學(xué)系統(tǒng)把被測(cè)對(duì)象成像在CCD的像敏面上。由于被測(cè)物與背景在光強(qiáng)分 布上的變化反映在CCD輸出的視頻信號(hào)中，則所對(duì)應(yīng)的輸出電壓將會(huì) 產(chǎn)生較大的變化，即圖象尺寸在邊界處會(huì)有明顯的電平變化。 通過二值 化處理方法把CCD視頻信號(hào)中的圖象尺寸信息與背景分離成二值化電 平。一般采用硬件電路實(shí)現(xiàn)。常用的有固定閾值法、浮動(dòng)閾值法和微分法。處理電路的連接視頻信號(hào)處理電路的結(jié)構(gòu)框圖：圖4.1結(jié)構(gòu)框圖二值化電路處理方法很多，常用的有固定閾值法，浮動(dòng)閾值法和微分法。我們采用的是固定閾值法，是一種最簡(jiǎn)便的二值化處理方法。將CCD輸出的視頻信號(hào)送入電壓

39、比較器的同相輸入端，比較器的反相輸 入端加可調(diào)電位器就構(gòu)成了如圖4.2所視的固定閾值二值化電路。CCD 視頻信號(hào)經(jīng)電壓比較器后輸出的是二值化方波信號(hào)。調(diào)節(jié)閾值電壓，方波脈沖的前，后沿將發(fā)生移動(dòng)，脈沖的寬度發(fā)生變化。當(dāng)CCD輸出的視頻信號(hào)含有被測(cè)物體直徑的信息時(shí)，可以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)閾值電壓， 獲得方波脈沖寬度與被測(cè)物體直徑值的精確關(guān)系。采用固定閾值法時(shí)，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)有較高的要求。首先要求系統(tǒng)提供 給電壓比較器的閾值電壓要穩(wěn)定；其次 CCD輸出的視頻信號(hào)只于被測(cè)物體的直徑有關(guān)，即要求它的時(shí)間穩(wěn)定性要高。因此， 要求系統(tǒng)的光源 及CCD轉(zhuǎn)移脈沖時(shí)間要穩(wěn)定。但在有些測(cè)量中，不穩(wěn)定的背景輻射是 無法克服的

40、，受到光源的變化而引起 CCD輸出信號(hào)幅度的變化，從而 會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。(b)波形圖圖4.2濾波，固定閾值二值化處理3 尺寸測(cè)量將一物體或錢幣放在CCD的光敏面上，在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下完成 光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生所示物體尺寸波形的輸出信號(hào)，如圖4.2所示。然后通過濾波，二值化處理把二值化處理后的輸出信號(hào)UO給CPLD，然后通過CPLD編程送給PC機(jī)對(duì)物體尺寸進(jìn)行等精度測(cè)量，顯示其尺寸的大圖4.3二值化實(shí)驗(yàn)板圖 4.4 芯片 TCD1206信號(hào)的A/D數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換器是實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的電子器件，它的主要特性之一是分辨能力，分辨能力被表示成該器件的量化單位與滿量程電壓之 比。器件的分辨能力越高，

41、量化誤差也越小； 主要特性之二是器件具有 的轉(zhuǎn)換時(shí)間，對(duì)于某種器件，轉(zhuǎn)換時(shí)間固定不變， 其值與輸入信號(hào)值無 關(guān)，只取決于器件的工作時(shí)鐘和轉(zhuǎn)換器的位數(shù)；A/D轉(zhuǎn)換器性能的另一個(gè)重要參數(shù)是轉(zhuǎn)換精度，該精度定義成輸入模擬信號(hào)的實(shí)際電壓值與被 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的理論電壓值之間得差值，稱為器件的絕對(duì)誤差。TLC5510為24引腳、PSOP表貼封裝形式（NS）。各引腳功能如表 4-1所示。TLC5510模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)含時(shí)鐘發(fā)生器、內(nèi)部基準(zhǔn)電壓分壓器、1套 高4位采樣比較器、編碼器、鎖存器、2套低4位采樣比較器、編碼器 和1個(gè)低4位鎖存器等電路。TLC5510的外部時(shí)鐘信號(hào)CLK通過其內(nèi) 部的時(shí)鐘發(fā)生器可產(chǎn)生3路

42、內(nèi)部時(shí)鐘，以驅(qū)動(dòng)3組采樣比較器。基準(zhǔn)電 壓分壓器則可用來為這3組比較器提供基準(zhǔn)電壓。輸出A/D信號(hào)的高4 位由高4位編碼器直接提供，而低4位的采樣數(shù)據(jù)則由兩個(gè)低4位的編 碼器交替提供。表4-1 :弓I腳功能說明引腳名稱引腳功能引腳名 稱引腳功能AGND模擬信號(hào)地VDDA模擬電路工作電源ANALOGIN模擬信號(hào)輸入端VDDD數(shù)字電路工作電源CLK時(shí)鐘輸入端REFTS當(dāng)使用內(nèi)部電壓分壓 器產(chǎn)生額定的2V基準(zhǔn)電壓時(shí)，短路至REFT端DGND數(shù)字信號(hào)地REFT參考電壓引出端之二D1-D8數(shù)據(jù)輸出口。D1為數(shù)據(jù)最低位，D8為最高位REFB參考電壓引出端之三OE輸出使能端。當(dāng)0E 為低時(shí)，D1-D8數(shù)據(jù)

43、有效，當(dāng)0E為高時(shí)，D1-D8為高阻抗REFBS參考電壓引出端之 四，當(dāng)使用內(nèi)部電壓 基準(zhǔn)器產(chǎn)生額定的2 V基準(zhǔn)電壓時(shí)，此端 短路至REFB端TLC5510的工作時(shí)序：時(shí)鐘信號(hào)CLK在每一個(gè)下降沿采集模擬輸 入信號(hào)。第N次采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過2.5個(gè)時(shí)鐘周期的延遲之后，將送到內(nèi) 部數(shù)據(jù)總線上。在常規(guī)的工作時(shí)序的控制下，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)時(shí)鐘周期的下降沿到來時(shí)，模擬輸入電壓將被采樣到高比較器塊和低比較器塊，高比較器塊在第二個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿最后確定高位數(shù)據(jù)，同時(shí)，低基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生與高位數(shù)據(jù)相應(yīng)的電壓。低比較塊在第三個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿的最后確定低位 數(shù)據(jù)。高位數(shù)據(jù)和低位數(shù)據(jù)在第四個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿進(jìn)行組合，這樣,

44、第N次采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過2.5個(gè)時(shí)鐘周期的延遲之后，便可送到內(nèi)部數(shù)據(jù) 總線上。此時(shí)如果輸出使能 0E有效，則數(shù)據(jù)便可被送至8位數(shù)據(jù)總線 上。由于CLK的最大周期為50ns,因此，TLC5510數(shù)模轉(zhuǎn)換器的最小 采樣速率可以達(dá)到 20MSPS。當(dāng)CCD輸出端輸出視頻信號(hào)時(shí)，在由時(shí)序發(fā)生器產(chǎn)生的A/D轉(zhuǎn)換 控制時(shí)鐘 CLK 的同步控制下， TLC5510 會(huì)將差動(dòng)放大、低通濾波后 的 CCD 模擬視頻信號(hào)實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)換為與其模擬幅值相對(duì)應(yīng)的 8 位數(shù)字信 號(hào)，當(dāng) TLC5510 的輸出使能 0E 為低電平且高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址譯 碼控制和寫控制均有效時(shí)， 系統(tǒng)可將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 以 等待 P

45、C 機(jī)的讀取。應(yīng)用注意事項(xiàng)：為了減少系統(tǒng)噪聲，外部模擬和數(shù)字電路應(yīng)當(dāng)分離，并應(yīng)盡可 能屏蔽。因?yàn)?TLC5510 芯片的 AGND 和 DGND 在內(nèi)部沒有連接，所 以，這些引腳需要在外部進(jìn)行連接。為了使拾取到的噪聲最小， 最好把 隔開的雙絞線電纜用于電源線。 同時(shí)，在印制電路板布局上還應(yīng)當(dāng)使用 模擬和數(shù)字地平面。VDDA至AGND和VDDD至DGND之間應(yīng)當(dāng)分別用1卩F電 容去耦， 推薦使用陶瓷電容器。對(duì)于模擬和數(shù)字地， 為了保證無固態(tài)噪 聲的接地連接，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)小心。VDDA 、AGND 以及 ANAL0G IN 引腳應(yīng)當(dāng)與高頻引腳 CLK 和 D0-D7 隔離開。在印制電路板上， AGN

46、D 的走線應(yīng)當(dāng)盡可能地放在 ANAL0G IN 走線的兩側(cè)以供屏蔽之用。為了保證 TLC5510 的工作性能，系統(tǒng)電源最好不要采用開關(guān) 電源。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)CCD 信號(hào)采集的結(jié)構(gòu)框圖如圖 4.5所示。ATF1508圖4.5 CCD信號(hào)處理總體框圖由于CCD結(jié)構(gòu)上的安排，其輸出信號(hào)OS端首先輸出13個(gè)虛設(shè)單 元信號(hào)；再輸出51個(gè)暗信號(hào)；最后才連續(xù)輸出1-2160個(gè)的有效像素 單元信號(hào)。第2160個(gè)信號(hào)輸出后，又輸出9個(gè)暗信號(hào)，再輸出2個(gè)奇 偶檢測(cè)信號(hào)，之后便是沒有信號(hào)的空驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 空驅(qū)動(dòng)數(shù)目可以是任意 的，但必須大于0,否則會(huì)影響下一行信號(hào)的輸出。輸出信號(hào)OS為1MH， 有效信號(hào)幅

47、值較小故不能直接送入 PC機(jī)進(jìn)行軟件處理，必須先從硬件 上對(duì)其進(jìn)行量化處理。模擬信號(hào)在進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之前要進(jìn)行一系列的預(yù) 處理，消除視頻信號(hào)中的驅(qū)動(dòng)脈沖（主要是復(fù)位脈沖）及噪聲等所造成的干擾，將微弱的信號(hào)放大，經(jīng)過上述處理后的信號(hào)被送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器 經(jīng)行量化。RS-232C采用負(fù)邏輯，即：邏輯“ 1”： -3 到-15V;邏輯“ 0”： +3 到+15V。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)傳輸?shù)淖畲箅娎|長(zhǎng)度為 30米，最高數(shù)串速率 為 20kbit/s。PC機(jī)串行口的RS-232電平和單片機(jī)串行口的 TTL電平規(guī)范不一 致，所以必須進(jìn)行二者之間的電平轉(zhuǎn)換?？梢允褂?MAX232或ICL232 集成電平轉(zhuǎn)換芯

48、片完成這一功能。具體接口線路如圖 4.6。圖4.6 PC機(jī)與單片機(jī)接口線路圖在本文中對(duì)CCD信號(hào)處理中所采取的方案為：對(duì)從CCD發(fā)出的四+SV111F/35VrrliJ/357j.+ IIA:t 111F/35V+luF/3SVC1*VCCV*GNDG1-TloC2+住H5尺V-T1iT5d-TaRSR2oJIAX232IOuF/IBFRXDTID路信號(hào)在經(jīng)過放大器等器件調(diào)理后經(jīng)由高速 A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行硬 件處理，在此基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 FIFO存儲(chǔ)緩沖芯片IDT7203中，用 CPLD控制IDT7203的讀寫時(shí)序。以單片機(jī)控制IDT7203的采樣和發(fā) 數(shù)，最后單片機(jī)通過RS-232C串

49、行總線完成與PC機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，其中 以CPLD實(shí)現(xiàn)對(duì)A/D與FIFO的控制。下文將分別對(duì)TLC5510, IDT7203 以及CPLD作以進(jìn)一步介紹。應(yīng)用 CPLD編程以控制A/D變換器與靜 態(tài)存儲(chǔ)器的使能。第五章基于線陣CCD勺尺寸檢測(cè)5.1工件尺寸檢測(cè)系統(tǒng)總體構(gòu)成線陣CCD在非接觸尺寸檢測(cè)、位移測(cè)量、跟蹤定位、光譜測(cè)量、 圖像掃描、生產(chǎn)過程控制、條形碼讀出等諸多方面發(fā)揮著日益重要的作 用。F面是具有像元細(xì)分算法的尺寸檢測(cè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)示意圖：在平行光路中，有一物體擋住部分 CCD像元。如圖 5.1所示。擋光物邊界部分的數(shù)據(jù)由表 5-1所示，從數(shù)值上看，擋光物 邊緣光強(qiáng)變化不是很陡，大約跨越十幾個(gè)

50、像元，但從數(shù)據(jù)處理結(jié)果看表5-2,卻有相當(dāng)高的精度平行光路CCD圖5.1光路示意圖5.2工件尺寸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理為了提高邊界部分的分辨率以改善測(cè)量精度，一 方面在數(shù)據(jù)處理上采用了像元細(xì)分技術(shù)，另一方面，為了克服環(huán)境光變化的影響，通過軟件調(diào)整積分時(shí)間來控制信號(hào)的幅度。 數(shù)據(jù)處理流程如下:采集時(shí)不斷調(diào)整積分時(shí)間，控制幅度最大的像元處于接近飽和的微小范 圍，以克服光強(qiáng)變化帶來得影響；而后找到擋光物的左邊界和右邊界，取 幅值最大像元的1/2點(diǎn)作為線性插值，兩邊的差值即為檔光物體的尺寸。表5-1檔光物邊界部分采集的數(shù)據(jù)1941931881741601401148559402922171

51、4121110223456810141928405885114142165184196197表5-2是CCD像面上不同照度時(shí)的測(cè)量結(jié)果。從表中可以看出在峰 值大于220或小于219時(shí)，積分時(shí)間常數(shù)會(huì)相應(yīng)調(diào)整，以保證測(cè)量的精度。表5-2是CCD象面上不同照度時(shí)的測(cè)量結(jié)果測(cè)量序號(hào)峰值積分常數(shù)左邊界右邊界實(shí)測(cè)值1219228633.281767.331134.052218229633.281767.331134.053218230633.281767.331134.054219230633.281767.261133.985219230633.281767.261133.986220230633.2

52、51767.271134.027222229633.231767.311134.088222228633.231767.311134.089222227633.231767.311134.0810217228633.251767.311134.0611217229633.251767.311134.0612217230633.251767.311134.0613217231633.251767.311134.0614217232633.251767.311134.0615217233633.251767.311134.06測(cè)量序號(hào)峰值積分常數(shù)左邊界右邊界實(shí)測(cè)值1218122633.141767

53、.241134.102221121633.171767.221134.063219121633.171767.291134.134219121633.171767.271134.095219121633.141767.231134.086218122633.171767.241134.077220122633.141767.251134.118221121633.171767.221134.069218122633.171767.231134.0710220122633.141767.241134.1011221121633.141767.191134.0512218122633.141767

54、.271134.1213221121633.141767.221134.0814219121633.141767.221134.0815218122633.141767.271134.132. MATLAB軟件 MATLAB 是由美國(guó)Math Works公司推出的用 于數(shù)值計(jì)算和圖形處理的數(shù)學(xué)計(jì)算環(huán)境。 是近五年來在國(guó)外，特別是在 美國(guó)的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)流行很廣的一種數(shù)值計(jì)算及圖形工具軟件。它集中了日常數(shù)學(xué)處理中的各種功能，包括高效的數(shù)學(xué)計(jì)算、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖像的生成等功能。它的特點(diǎn)是語法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)值計(jì)算高效， 圖形功能完備，特別適合非專業(yè)的計(jì)算機(jī)編程人員完成日常的數(shù)值計(jì) 算、科學(xué)試驗(yàn)數(shù)

55、據(jù)處理、圖形圖像生成等通用性任務(wù)時(shí)使用。MATLAB 不愧為優(yōu)秀的數(shù)學(xué)軟件。下圖為實(shí)際采集的數(shù)據(jù)在MATLAB軟件中得出的圖形。250第六章 結(jié)論與展望1、理論意義：圖像傳感器屬于光電產(chǎn)業(yè)里的光電元件類，隨著數(shù)碼 技術(shù)、半導(dǎo)體制造技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)由幾十萬像素， 發(fā)展到 400、500 萬像素甚至更高。其關(guān)鍵零部件圖像傳感器產(chǎn)品 就成為當(dāng)前以及未來業(yè)界關(guān)注的對(duì)象。 圖像傳感器產(chǎn)品主要分為 CCD、 CMOS 以及 CIS 傳感器三種。目前的 CCD 組件，每一個(gè)像素的面積和 開發(fā)初期比較起來，己縮小到 1/10 以下。今后在應(yīng)用產(chǎn)品趨向小型化， 高像素的要求下， 單位面積將會(huì)更加的縮小。 而對(duì)其信號(hào)的處理的意義 也越加的重要。2、現(xiàn)實(shí)意義： CCD 有兩種基本類型：（1）電荷包存儲(chǔ)在半導(dǎo)體與 絕緣體之間的界面，并沿界面?zhèn)鬏?，這類器件稱為表面溝道CCD，簡(jiǎn)稱SCCD。（ 2）體溝道CCD電荷包存儲(chǔ)在離半導(dǎo)體表面一定深度 的體內(nèi)，并可在半導(dǎo)體體內(nèi)沿一定方向傳輸