线性CCD软件二值化及物理宽度的测量

本科学生综合性实验报告
学号：姓名：
学院：物理与电子信息学院专业、班级：
实验课程名称：线性CCD软件二值化及物理宽度的测量教师：
开课学期：2015 至学年学期
填报时间：年 5 月日
云南师范大学教务处编印
一．实验设计方案
实验序号实验四实验名称线阵CCD软件二值化及物体宽度的测量
实验时间2015年4月-28月实验室216
（一）实验目的
1、进一步掌握线阵CCD积分时间与光照灵敏度的关系；
2、进一步掌握线阵CCD驱动频率与光照灵敏度的关系；
3、掌握本模块配套软件的基本操作，熟悉各项设置和调整功能；
4、掌握CCD测量物体宽度的测量原理及方法。

（二）实验原理及实验流程或装置示意图
实验原理
线阵CCD的输出信号包含了CCD各个像元的光强分布信息和像元位置信息，这就使我们能够测量物体的尺寸和位置。

如图4-1所示：
图4-1 测距方式图
当尺寸为L的被测物体ab置于成像镜头的物面，线阵CCD的感光面置于成像镜头的像面，则在CCD的感光面上形成物体倒立的像ba，CCD感光面上光强分布发生变化，从而输出电信号强度发生变化，理想的反映光强分布的电信号曲线应如实
线所示。

根据这个曲线，可以测得物体ab经成像镜头在像面的尺寸'L，若已知光
学放大倍数f，就可以计算物体的尺寸L。

这是成像法。

也可采用简单的透射法，如下图4-2所示（本实验采用这种方法）：
均匀的平行光垂直入射CCD感光面，将宽为L的物体放入光路，则CCD感光面接收到的光强，从而CCD输出信号将发生变化，理想情况如实线所示，但由于入射光非平行性和直边衍射等因素的影响，实际输出信号的强度变化如虚线所示，不能
唯一确定'L，如图4-2所示，要实际进行定量测量，必须对CCD输出信号进行处理。

图4-2 信号处理图
其处理方法就是对虚线所示输出信号进行所谓“二值化处理”。

图4-3是硬件固定阈值二值化处理电路及处理结果图：
图4-3 二值化处理结果及电路图
比较放大器的正相输入端接CCD的输出信号U0，反相输入端接一电位器，通过此电位器调节反相输入端的电平，此电平称为阈值电平。

只有U0大于阈值电平时，放大器才有输出信号U1，U1称为二值化输出信号，可用示波器观察。

硬件二值化过程只能定性观察，要定量测量，需通过软件来实现，由USB数据采集电路采集U0信号，再给出阈值电平，则可提取表示物体边缘的像元S1和S2，S1和S2的差值即为被测物体在CCD像面上所占据的像元数目。

若已知像元间距，
进而可求得物体ab的尺寸'L。

显然，这样求得物体ab的尺寸'L与阈值电平有关，这是固定阈值二值化处理的缺点。

（三）实验设备及材料
光电技术创新综合实验平台 1台双踪同步示波器（20MHz以上） 1台线阵CCD模块 1块连接导线若干光源特性测量模块 1块CCD光路组件 1套航空插座连接线 1根USB数据连接线 1根
二．实验报告
（一）、实验现象及观察结果
本次实验的现象和实验结果都以一定的图像展示：
图1遮挡物宽度24cm 频率0，积分时间2
图2遮挡物宽度1.5cm 频率0，积分时间3
图3遮挡物宽度0cm 频率0，积分时间2
图4遮挡物宽度16cm 频率1，积分时间2
图5遮挡物宽度1cm 频率1，积分时间2 图6遮挡物宽度0cm 频率1，积分时间2 图7遮挡物宽度10cm 频率2，积分时间2 图8遮挡物宽度0cm 频率2，积分时间2
图9遮挡物宽度0cm 频率2，积分时间3 图10遮挡物宽度7cm 频率3，积分时间0 图11遮挡物宽度0cm 频率3，积分时间0 图12 遮挡物宽度12cm 频率3，积分时间4。