基于线阵CCD的运动板材边缘检测方法
基于线性CCD循迹的智能车系统设计
２
心距变化 率＋ ＫＡ× 二 ＿， 其 中ｖ为小车当前速度，
尺
参考文献
［ １ 】 邹淑彩 ． 刷卡 式无人车在物料搬运 系统 中
的应用 … ．航 空精密制造技术 ， ２ ０ １ ４ ． ［ ２ ］郭佳 ，刘晓玉 ，昊冰 ，付 晓薇 ．一种光 照
ＫＩ ＝ ０ ． ０ ９ ５ 。 占空 比在 ２ Ｏ ％ 的 情 况 下 ， 智 能 车 能 以 ２米 ／ 秒 的速 度 完 成 赛 道 。
移量转换成脉冲 或数 字量进 行输出，编码器 每 确的将 １ ２ ８个线性点 中间部分存在障碍物 的部
当赛道左 右边沿都 出现在线性 ＣＣ Ｄ采集 的图像中 ，即智能车行驶在直道上 ，直接通过 计算得到左右边沿 中间点作为赛道 中心线 。当 赛道左边 沿或右边 沿未能 出现在线性 ＣＣ Ｄ采 集的图像 中，即智能车处于弯道上 ，使用设置 好的赛道值分别对左、右边沿做加 、减运算得 到赛道中心线。当赛道左边沿和右边沿都未能
死。 确 定 要 给 的 转 角 公 式 为 Ｇ ｉ ｖ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ
＝
减 速依赖于速度 闭环返 回的速度脉冲值的可靠 在 的少 数高电平置换成为低 电平，保证智能车 度和精确 度，因此为 了提高检测精 度选用精度 准确地扫 描到正确的图像。之后找出灰度值与
较 高的欧姆龙 ５ ０ ０线光 电编码器。编码器安装
面 ，采用 ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 建模 ，这样 的仿真模 型可以
找到 Ｐ Ｉ Ｄ参数 Ｋ Ｐ、 Ｋ Ｉ 、 ＫＤ 的变 化 ，避 免 了 “ 黑
箱 ”调试参数的弊端 ，方便地 实现 、验证 和改 舵机控制采用 Ｐ Ｄ控制 ，增加 响应的快速 性及稳定 性，舵机 Ｐ ＷＭ 输 出占空 比＝ ＫＰ ｘ偏 心距 ＋ Ｋ Ｄｘ偏心距变化率 。通过对智能车系统 进行建模 ，将向心加速度的影响分量加入 ，最
光电检测与显示实验五 线阵CCD应用实验
实验5 线阵 C CD 应用实验电荷耦合器件（Charge coupled devices）是70年代初期发现的新型集成光电传感器件。
它有线阵列与面阵列两种基本类型，各有不同的工作原理与特性。
它们的应用为机器视觉领域的改革创新立下了汗马功劳，使机器有了获取70%以上信息的能力，加之它易于与计算机配合，使机器安装“眼睛”与“大脑”成为可能，使机器走向自动化、智能化的趋势进入现实阶段。
线阵CCD的工作原理简单，易于掌握，而它在机器视觉领域的地位举足轻重。
线阵CCD 通常用于工业领域的非接触自动检测设备上，尤其是自动化生产过程或生产线上，用作在线非接触光电检测设备或俗称为“电眼”。
非接触检测物体的尺寸、运动速度、加速度、运动规律、位置、面形、粗糙度、变形量、光学特性变化、条码信息和其他应用。
本实验共有9 项实验容，前2 项实验属于原理性或认识性实验，实验3~9 属于典型应用的实验，学生通过这些代表性的应用实验能够充分认识与理解线阵CCD 在工业领域非接触测量工作中的重要地位。
（一）线阵CCD 原理与驱动特性一、实验目的1、掌握彩色线阵CCD开发应用实验仪的基本操作和功能。
2、掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等测量方法。
3、通过对典型线阵CCD 驱动脉冲的时序和相位关系的观测，掌握二相线阵CCD的基本工作原理，尤其要掌握RS 复位脉冲与CR1、CR2 驱动脉冲间的相位关系，分析它对CCD输出信号的影响。
SH转移脉冲与CR1、CR2驱动脉冲间的相位关系，掌握电荷转移的几个过程。
二、实验仪器1.LCCDAD-Ⅱ-A型线阵CCD应用开发实验仪一台；2.装有VC++软件及相关实验软件的PC计算机一台；3.双踪迹同步示波器（推荐使用数字示波器，带宽应在50MHz以上）一台；三、实验容及步骤1．实验预备（1）首先将示波器的地线与实验仪上的接地线连接好，并确认示波器和实验仪的电源插头均已插入交流220V电源插座上；（2）取出双踪迹同步示波器的测试探头待用；（3）打开示波器的电源开关，选择自动测试方式（按下示波器右上角“自动设置”按钮），旋转“垂直设置”旋钮，调整显示屏上出现的扫描线处于便于观图1-1线阵CCD的参数设置界面察的位置；（4）通过USB总线将实验仪与计算机或GDS-Ⅲ实验平台的USB输入端口相连；（5）将LCCDAD-Ⅱ-A型线阵CCD应用开发实验仪的电源开关打开，红色指示灯亮；（6）启动计算机，打开桌面上的快捷方式“线阵CCD”，点击“1-LV”，弹出如图1-1所示的执行界面，点击需要设置的参数，该参数会以较大数字显示在下方，用鼠标点击“设置”，完成设置工作。
一维线阵CCD边缘检测中阈值电平的确定
布可以用下式表示 :
P (V) =θP1 (V) + ( 1 -θ) P2 (V )
(2)
P2 (V)
=
1 exp[ 2πσ2
(V - μ2 ) 2 2σ22
]
(8)
将 P1 (V)和 P2 (V)代入式 (6 )并求对数 ,有
lnσ1 + ln ( 1 - θ)
-
( V0 -μ2 ) 2 2σ22
作为光电传 感器接收 被测对象 的图像 信号 。 CCD 个区域设置一个阈值进行二值化 ,或者对图像中的
传感器将被测对象的光学图像信号转换为离散电压 每一个像素点 ,根据其邻域的像素点的灰度变化情 信号 ,其中每一个离散电压信号的大小对应于光敏 况来设定一 个阈值 ,然 后逐点对图像进 行二值化 。 元所接收光强的强弱 ,信号输出的时序则对应 CCD 局部阈值法算法的时间复杂程度和空间复杂程度都
2
像素灰度级两个均值的平均值 。又因为 μ1 +μ2 =Va
+ Vb 成立 ,故有 :
V0
=Va
+ Vb 2
( 11 )
可见 ,阈值电平应取在最大电压 Vb 与最小电压 Va 的中间值 。 4 阈值电平应用实例
在平行光投影法线径测量系统中 ,采用平行光
关键词 :边缘检测 ; 电耦合器件 ;信号处理 ;阈值电平 中图分类号 : TN206 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 4288 ( 2008) 02 - 0026 - 03
1 引言
际的边缘信号是一个渐变的信号 ,是一个逐渐增大
随着 CCD 技术的快速发展 , CCD 在测量中的应 的信号 ,如图 1所示 ,从 a点到 b点上升过渡区为图
线阵CCD原理及应用实验指导书V1.1
2、 驱动脉冲及时序要求 要使CCD器件正常工作，至少要在SH、φ1、φ2、RS电极上加四路脉冲电压。这四路脉冲 的周期和时序要满足图 1-2 所示要求，图中UO为CCD输出信号。
2、驱动时序和相位的测量 （1） 用 CH1 探头测试转移脉冲 SH，用 CH1 做触发信号，调节扫描速度和同步使之同步，使 SH 脉冲至少出现一个周期。 （2） 用CH2 探头测试Φ1，调节示波器扫描速度展开SH，观察Φ1和SH的时序和相位是否符合 要求。 （3） 用CH1 探头测试Φ1，用CH2 分别测试Φ2、RS，，观察时序和相位是否符合要求。
-4-
线阵 CCD 原理及应用实验指导书
图 1-2 CCD 驱动时序示意图
SH 为电荷转移电极控制脉冲。SH 为低电平时处于“采光期”，进行摄像，摄像区的 MOS 电容对光生电子进行积累；SH 为高电平时，摄像区积累的光生电子按奇偶顺序移向两侧的移 位寄存器中，时间很短，所以 SH 脉冲的周期决定了器件采光时间的长短。SH 脉冲的周期称 为积分时间。
U1的输出引出端。 USB 数据采集电路：为 CCD 输出与计算机接口电路，目的是通过软件对 CCD 输出信号进行
二值化处理。 附件：包括 CCD 组件及信号电缆，实验时用信号电缆线连接 CCD 组件的航空插座及箱体的
CCD 插座
六、实验步骤
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线阵 CCD 原理及应用实验指导书
注意：使用多踪示波器检测信号时，示波器与 CCD 原理应用实验箱应共地。 1、实验准备 本次实验不需要使用结构件，只需用单相三极电源线给实验箱供电，打开 CCD 原理与应 用实验箱的电源开关即可。用“积分时间”按钮调整转移脉冲 SH 周期档为 0 档，用“驱动频 率”按钮调整时钟脉冲频率为 0 档，观察积分时间显示窗口和驱动频率显示窗口的显示数据， 并用积分时间设置按钮调整积分时间档为 0 档（按黑色按钮依次由 0→1→2→3→0），用频率 设置按钮调整频率为 0 档（按黑色按钮依次由 0→1→2→3→4→5→0）。然后打开示波器的电 源开关，用双踪示波器检查 CCD 驱动器的各路脉冲波形是否正确（参考实验箱面板上时序图）。 如符合，则继续进行以下实验；否则，应请指导教师进行检查。
基于线阵CCD的带材边缘检测系统研究
得像软件设计那样灵活而又易于修改。 硬件 的功 能 可 以实 时 地 加 以 修 本 文 结 合 实 际 应 用 需 要 。设 计 了基 于线 阵 Ｃ Ｄ 的 带材 边 缘 检 测 Ｃ 改或按规定程序改变组态。 大规 模 可 编 程逻 辑 器 件 的应 用 已经 是 电 子 系 统 。 线 阵 Ｃ Ｄ（ｈｒｅＣ ｕ ｌｄＤ ｖｃ）的突 出特 点 是 以 电荷 作 为 信 Ｃ Ｃ ａｇ ｏ ｐｅ ｅ ｉ ｅ 系统设计的趋势。 因此 结 合 实 际应 用 需 要 设 计 了基 于 复 杂 可 编 程 逻 辑 号 而 不 同 于 其 他 大 多 数器 件 是 以 电流 或 电压 为信 号 。 的 工 作 过程 中 它 器 件 的 线 阵 Ｃ Ｄ 驱 动 电 路 和数 据 采集 系统 。 Ｃ 的主 要 问 题 是 信 号 电 荷 产 生 存 储 传 输 和 检 测 。采 用 Ｃ Ｄ 和 单 片 机 相 Ｃ Ｃ Ｌ 是 由 用 户进 行 编程 ．从 而 实 现 所 需 逻 辑 功 能 的 数 字 集成 电 ＰＤ 结 合 ， 被 测 图像 信 息 进 行 快 速 采 样 、 储 及 数 据 处 理 ， 线 阵 Ｃ Ｄ 路 （Ｃ ， 用 Ｃ Ｌ 内部 的逻 辑结 构 可 以实 现 任 何 布 尔 表 达 式 或 者 寄 对 存 是 Ｃ ｆ ）利 Ｉ ＰＤ 在 带 材 边 缘 检 测 系统 发 展 的新 方 向 。 出 了一 种 利 用 Ｃ Ｌ 实 现 Ｃ Ｄ 提 ＰＤ Ｃ 存 器 函 数【 ” 。 驱 动 及 Ｃ Ｄ输 出 信 号 处 理 的 方 法 ， 件 结 构 简 单 ． 而 产 品 体 积 小 ， Ｃ 硬 因 本 系 统 采 用 Ａ Ｔ Ｒ 公 司 的 ＭＡ ０ ０ ．他 是 基 于第 二 代 ＭＡ ＬＥ Ａ Ｘ７０ ｓ Ｘ 便 于 安 装 。 实验 证 明 ， 方 案 有 效 可 行 。 该 结 构 的 高 精 度 、高 性 能 在 系 统 中 可 编 程 的 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ芯 片 ， 采 用 高 级 Ｃ ＭＯＳ技 术 加 工 而 成 ．内 含 电 可 擦 除 只 读 存 储 器 Ｅ Ｐ Ｏ ，可 提 供 ２Ｒ Ｍ １ 检测 原 理 及 系统 构 成 ６０ ５０ ０ ～ ０ ０个 可 选 通 引 脚 、 Ｐ、 速 度 仅 有 ５ ｓ的 延 迟 以 及 频 率 可 达 Ｉ Ｓ ｎ
CCD技术及应用实验利用线阵CCD进行物体尺寸测量(精)
CCD技术及应用实验：利用线阵CCD进行物体尺寸测量一、实验目的通过本实验掌握利用线阵CCD进行非接触测量物体尺寸的基本原理和方法，用实例探讨影响测量范围、测量精度的主要因素，为今后设计提供重要依据。
二、实验准备内容1.利用线阵CCD进行非接触测量物体尺寸的基本原理线阵CCD的输出信号包含了CCD各个像元所接收光强度的分布和像元位置的信息，使它在物体尺寸和位置检测中显示出十分重要的应用价值。
CCD输出信号的二值化处理常用于物体外形尺寸、物体位置、物体震动（振动）等的测量。
如图3-1所示为测量物体外形尺寸（例如棒材的直径D）的原理图。
将被测物体A置于成像物镜的物方视场中，将线阵CCD像敏面恰好安装在成像物镜的最佳像面位置上。
当被均匀照明的被测物体A通过成像物镜成像到CCD的像敏面上时，被测物体像黑白分明的光强分布使得相应像敏单元上存储载荷了被测物尺寸信息的电荷包，通过CCD及其驱动器将载有尺寸信息的电荷包转换为如图3-1右侧所示的时序电压信号（输出波形）。
根据输出波形，可以测得物体A 在像方的尺寸D'，再根据成像物镜的物像关系，找出光学成像系统的放大倍率β，便可以用下面公式计算出物体A的实际尺寸Dβ/=（3-1）D'D显然，只要求出D'，就不难测出物体A的实际尺寸D。
线阵CCD的输出信号U O随光强的变化关系为线形的，因此，可用U O模拟光强分布。
采用二值化处理方法将物体边界信息（图3-1中的N1与N2）检测出来是简单快捷的方法。
有了物体边界信息便可以进行上述测量工作。
2.二值化处理方法图3-2所示为典型CCD输出信号与二值化处理的时序图。
图中FC信号为行同步脉冲，FC的上升沿对应于CCD的第一个有效像元输出信号，其下降沿为整个输出周期的结束。
U G为绿色组分光的输出信号，它为经过反相放大后的输出电压信号。
为了提取图3-2所示U G的信号所表征的边缘信息，采用如图3-3所示的固定阈值二值化处理电路。
图像边缘检测原理及方法
1、差分边缘检测 在处理数字图像的离散域时，可用图像的一阶差分直接代替图像函数的导 数。 二维离散图像函数在 x 方向的一阶差分定义为： f ( x 1, y ) f ( x, y ) ， 在y 方 向的一阶差分定义为： f ( x, y 1) f ( x, y ) [4]。 差分边缘检测通过求图像灰度迅速变化处的一阶导数算子的极值来检测奇 异点。某一点的值则代表该点的“边缘强度”，通过对这些值设定阈值进一步得到 边缘图像。同时，差分边缘检测要求差分方向与边缘方向垂直，此时需对图像不 同方向进行差分运算。边缘检测一般分为垂直边缘、水平边缘、对角线边缘， 各 [5] 自方向模版如图 2-1 所示 。
二、图像边缘检测方法
边缘检测算子是利用图像边缘的突变性质来检测边缘的。 主要分为两种类型 ：一种是以一阶导数为基础的边缘检测算子，通过计算图像的梯度值来检测图 像边缘，如：差分边缘检测、Roberts 算子、Sobel 算子、Prewitt 算子；一种是 以二阶导数为基础的边缘检测算子，通过寻求二阶导数中的过零点来检测边缘， 如：Laplacian 算子、LOG 算子、Canny 算子。
2 f ( x, y )
2 f ( x, y ) 2 f ( x, y ) x 2 y 2
（2-10）
使用差分方程对x 和y 方向上的二阶偏导数近似如下。
2 f Gx ( f (i, j 1) f (i, j )) f (i, j 1) f (i, j ) x 2 x x x x f (i, j 2) 2 f (i, j 1) f (i, j )
s x { f ( x 1, y 1) 2 f ( x 1, y ) f ( x 1, y 1)} { f ( x 1, y 1) 2 f ( x 1, y ) f ( x 1, y 1)} s y { f ( x 1, y 1) 2 f ( x, y 1) f ( x 1, y 1)} { f ( x 1, y 1) 2 f ( x, y 1) f ( x 1, y 1)}
线阵CCD的板材边缘检测与发展
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－ ■，
置 。 系统 结 构 框 图如 图 １ 。
驱动信号
用 下 移 位 输 出 ，类 似 于 数 字 移 位 寄 存 器 ，而 且 作 为 我们 关 心 的检 测 结 果 ， 每 个 象 素 中 光 生 电 荷 的 有 无 才 是 重 要 的 ，而 非 电 荷 量 的 多 少 。综 合 两 方 面 的情况说 明 Ｃ ＣＤ 信 号 具 有 模 拟 性 和 数 字 性 ， 因此 往 往 被 称 为数 字 视 频 信 号 。
选 用 Ａ Ｔ ＭＥＧ Ａ１ ２ ８单 片 机 产 生 ＣＣ Ｄ 驱 动 信 号 及 对 ＣＣ Ｄ 输 出 信 号 进 行 处 理 ，从 而 利 用 Ｌ Ｃ Ｄ 不 均 匀 等 缺 点， 无疑 是 一 种 理 想 的驱 动 方 法 。
单片 机 是靠指 令产 生 Ｉ ／ Ｏ 口 的输 出 逻 辑 状 态 来 产 生 驱 动 时 序， 由 于 线 阵 ＣＣ Ｄ 的典 型 复 位脉 冲是 １ ＭＨｚ， 对 单 片 机 的速度 有 一 个 最 低 要 求 ， 所 以 要 实 现 这 种 驱 动 方 法 必 须 使 用 指 令 周 期 小 于
二值 化 信 号
ｒ
图 ２ 二 值 化 处 理 原 理 图
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３ ． ４ ＡＴＭＥＧＡ１ ２ ８处 理 器
件， 在 电路 结 构 上最 为 简 单 ， 系统成 本也最 低， 因
此， 只 要能 克 服 其 驱 动 频 率 低 、 资源 浪 费 多 、 时序
界 点 处 恰 位 于 某 个 像 元 上 ， 致 使 输 出 信 号 不 能
严 格 反 映 被 测 边 缘 的 位 置 ， 为 了 将 边 缘 信 息 提
取 出 来 以 便 进 行 信 息 处 理 ，通 常 采 用 二 值 化 的 处理 方 法 ． 原 理 图如 图 ２ 。 线 阵 ＣＣ Ｄ 输 出 信 号 经
基于线阵CCD扫描的测量技术
在基于机器视觉的零件二维尺寸测量通常采用面阵CCDCCD相机作为图像采集设备，由于面阵CCD相机的像素分辨率较低。使得在测量精度要求较高的场合很难完成测量任务。线阵线阵CCD器件具有空间分辨率高的特点，可以实现高精度测量。近年来，利用线阵CCD进行无接触一维测量已经得到广泛应用。本文提出采用线阵CCD相机对零件进行平行扫描扫描采集零件图像，实现零件二维尺寸的高精度测量。1 线阵CCD扫描测量原理线阵CCD扫描测量系统主要由线阵CCD相机、运动工作台、控制电路及线光源等组成，扫描测量原理。被测零件放置于运动工作台上，随工作台一起以速度v向右方行进，零件未进入相机视场AB时，线光源所发射光线直接通过光学成像系统成为一帧灰度值较高的背景图像，当零件进入相机视场时，零件遮挡光线使得采集图像含有零件轮廓信息，将所有输出图像按采集的先后关系进行拼接，即可得到完整的高分辨率零件图像，通过图像处理得到零件的二维几何尺寸。2 扫描同步控制扫描同步控制是线阵CCD扫描测量零件二维几何尺寸的关键技术，也是影响系统测量精度的最主要因素。所谓扫描同步是指：单位时间内线阵CCD相机所采集图像总和对应的物方实际尺寸与零件的行进速度相同。当扫描同步时，获取的零件图像与实际零件相比没有发生变形，，对其进行处理的结果最接近零件尺寸的真实值；当相机采集速度大于零件行进速度时，零件图像被拉长，，对其进行处理的结果将大于零件尺寸的真实值；当相机采集速度小于零件行进速度时，零件图像被压缩，。对其进行处理的结果小于零件尺寸的真实值。为保证对零件尺寸测量的准确性，需要进行同步控制。线阵CCD的像素尺寸S为14μm×14 μm，线扫描速度vx为500帧／秒，镜头焦距f为50 mm，镜头到零件的距离D为150 mm，则CCD像素所对应的物方尺寸L为：则单位时间内线阵CCD相机所采集图像总和对应的物方实际尺寸(即CCD相机扫描图像速度v)为：在这种情况下，要实现零件扫描同步则要求零件的行进速度为21 mm／s。3 图像处理算法通过以上分析，对系统的运动工作台的行进速度进行严格控制，使之与CCD相机的扫描速度达到很好的同步效果，实际采集零件图像。3．1 图像边缘提取由于需布置光源，而光源随时间会有所衰减。所以对图像采用边缘检测的算法，以减小光源亮度变化对图像检测的影响。要得到图像的轮廓尺寸，边缘检测是测量的基础和关键。由于图像往往含有噪声。而边缘和噪声在空间域都表现为灰度有较大的起落，给边缘提取带来困难。通过仿真比较，最终采用了3*3的平滑算子和抗噪能力较强的sobel检测算子，它对灰度渐变和噪声较多的图像处理效果较好，对边缘定位比较准确，能够满足我们对图像测量的需要。由sobel算子提取被测零件的图像边缘，图像边缘是一条细环，由于图像太大，显示图为33％的缩略图，看起来间断的地方很多，其实是连续的，大部分边是单像素宽，左下角部分400％的显示图。
基于线阵CCD的自动纠偏控制系统设计
Ａｂｓｒ ｃ ｔａ ｔ： Ａ ｙ ｔｍ ｆａ ｔ ｍａｉ ｅ ｉ ｔ ｎｂ ｓ ｄ ｏ ｉｅ ｒＣＣＤ Ｓｐ ｅ ｅ ｔ ｄｔ ｅ ｌｗｉ ｅｄ ｖ ａ ｏ ｈ ｎ ｍ ｅ ｏ ｓ ｓｅ ｏ ｕ ｏ ｔ ｄ ｖ ａｉ ａ ｅ ｎ ｌｎ ａ ｃ ｏ Ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ｏｄ ａ ｔ ｔ ｅ ｉｔ ｎ ｐ ｅ ｏ ｎ ｎ ｈｈ ｉ
ｄ ｒｎ ｈ ｒ ｃ ｓ ｆ ｒ ｎ ｍ ｉｓｏ ｆｆｅ ｉ ｌ ａｅ ａ． ｔ ａ ｃ ｕ ａｅｙ ａ ｄ ｒｐ ｄ ｙｄ ｔ ｃ ｅｐ ｓｔ ｎ ｏ ｈｅｃ ａ ａ ｔｒｓ ｃ ｕ ｉ ｇｔｅｐ ｏ ｅ ｓｏ ａ ｓ ｓ ｉ ｎｏ ｘ ｂｅｍ ｔｒ １ Ｉ ｎ ａ ｃ ｒｔ ｌ ｎ ａ ｉ ｌ ｅｅ ｔ ｈ ｏ ｉ ｏ ｆ ｔ ｈ ｃｅｉｔ ｔ ｌ ｉ ｃ ｔ ｉ ｒ ｉ
０ 引 言
在轻 工 、印刷 、纺织 等行业 中 ，要进 行薄型 物料
的跑偏 …。为 了消 除卷材跑 偏对产 品质量 的影响 ， 以 及 因卷材跑偏 带来 的能源与原 材料 的不 必要消耗 ，实
现对上述卷 材生产 流程 的 自动 化控制 ，本文设计 了一
（ 如塑料 薄膜 和纸张 、布匹等可绕行带材 ）的线位 自动
Ｅｘ ｅｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｈ ｐ ｒｍｅ ｔｌｒ ｓ ｌｓｓ ｏｗ ｈａ ｔ ｔｔ ＣＣＤ ｕ ｏ ａｉ ｅ ｉｔｏ ｙ ｔｍ ａ ｅｈ ｇ ｒ ｃ ｓｏ ｎ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｆｍ ｏ ｔ ｈｅ ａ ｔ ｍ ｔｃｄ ｖ ａｉ ｎ ｓ ｓｅ ｈ ｖ ｉ ｈ ｐ ｅ ｉｉ ｎ ａ ｄ ｉ ｍ ｅｓｔ ｅｎ ｅ ｓｏ ｓ
ｓｒ ｉｈ ｎ ｙ ｕ ｉｇ ｔｅｌｎ ａ ｒａ ｔａｇ ｔｌ ｅｂ ｓｎ ｉｅ ａｒ ｙ ＣＣＤ ｎ ｅ ｌｔｍｅｄ ｖ ｔｒａ ｄ ｂ ｌ ｓ ｒ ｗ ｒ ｍｏ ｅｔ ： ｎ ｃ ｕ ａｅｌｃ ｔｏ ｉ ｈ ｒ ａ ｄｒ ａ—ｉ ｒ ｅｍｏｏ ｎ ａｌ ｃｅ ｔ ｐ ｏ ｔ ｍｅｙａ ｄ ａ ｃ ｒｔ ｏ ａｉｎ． ｉ ｏ ｉ ｌ
基于线阵 CCD传感器的道路划线自动检测系统
基于线阵 CCD传感器的道路划线自动检测系统郝琳【摘要】针对目前公路划线机手工喷涂的诸多缺点，提出采用TCD1206线阵CCD图像传感器作为标线测量器件，对已知标线进行实时测量，并反馈给寻迹系统，并与检测光路及单片机P89 V51 RD2的控制下构成标线闭环检测环节，检测偏差大小和方向，完成寻迹与纠偏工作。
%Aiming at the disadvantages of the highway line machine with manual spraying, a linear CCD image sensor of TCD1206 is proposed as a line measuring devices.Its deviation size and direction could be detected and finished the tracing and correcting work by the known lines datas which being measured in real-time for the tracing system and the line closed loop testing link which controlling by light detection path and single chip microcomputer P89V51RD2.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】3页(P182-184)【关键词】CCD图像传感器;实时测量;闭环检测;寻迹与纠偏【作者】郝琳【作者单位】许昌电气职业学院，河南许昌 461000【正文语种】中文【中图分类】TP274+.51 引言近几年，随着经济的飞速发展，我国的公路建设速度也有了显著提高，公路上车道及路标的划线工作任务和要求也随之加大。
传统的公路划线机在划线前需要通过人工手推式喷涂机沿已知标线进行喷涂，工作量大且受人的影响较大，精度较差，不适合在高等级公路及城市道路上划各种路面标线[1]。
线阵CCD位移测试技术的误差分析
利用线阵 CCD 进行位移测量 , 是根据 CCD 靶 面上成像光斑位置来确定的 。确定该位置有两种方 法 : 一种是检测光斑边缘 , 另一种是判断光斑中心 。 光斑的中心是指光斑的几何中心点 ; 而光斑的边缘 是光斑中的一个点 ,相对于 CCD 输出信号中的特定 阈值和相应的像元或像素 。 在中心检测法中 , 借助信号的对称性来判断光 斑的中心 ,无须设定判断阈值 。而在边缘检测法中 , 不用考虑光斑的对称性 , 利用设定的阈值来确定光 斑的边缘 。 11 位移测量原理 典型位移测量原理以图所示的角位移测量来分 [ 2 ,3 ] 析 。由光源发连续平行光入射到与运动部件连 接在一起的平面反射镜上 , 使被测物体不同位置对 应着不同的反射光线 。光源成像于线阵 CCD 上 ,转 镜位于其平衡位置时 , 反射光线与透镜光轴重合 。
・16 ・
测量与设备
根据图中所示可得出下面的关系式 : φ y = Ftan2 式中 y 为 CCD 靶面上的光斑中心到光轴的距 离 ; F 为透镜的焦距 ;φ 为被测物体的转角 。由线阵 CCD 检测 y ,求反函数就可得φ ,从而判断目标运动 规律 。 如果保持转镜位置不动 , 让光源随待测物体运 动 ; 或光源不动 ,镜子随待测物体运动 , 也可检测以 其它规律运动的物体位移 。当然 , 图中所示的光学 系统需要作相应的改变 [ 5 ] ,此处不再细述 。
式中 , w 0 为高斯光束的基模腰斑半径 ( 束腰半 径) ; z 为光束的纵 向坐标 ,其原点在束腰截面上 ; f 为高斯光束的共焦参数 。不同的光源功率 ,CCD 检 测到的光斑尺寸也不同 。此时 ,
r ( z) = w 0
1 + ( Z/ f ) 2 ・ e ( t)
实验四 线阵CCD特性测试实验
光电成像器件实验报告实验题目实验二线阵CCD特性测试实验日期2016.6.1 姓名杨智超组别双2 班级13光电子班学号134090340 【实验目的】通过对典型线阵CCD在不同驱动频率和不同积分情况下输出信号的测量，进一步掌握CCD的有关特性，掌握积分时间的意义，以及驱动频率与积分时间对CCD输出信号的影响。
【实验器材】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【实验原理】两相线阵CCD电荷传输原理示意图如图1所示：图1 两相线阵CCD电荷传输原理示意图每一相有两个电极（即原理中的一个CCD转移寄存器的MOS电容实际中用两个），这两个电极与半导体衬底间的绝缘体厚度不同，在同一外加电压下产生两个不同深度的势井，绝缘体薄的那个MOS电容比绝缘体厚的那个MOS电容势井深，只要不是过多的电荷引入，电荷总是存于右边那个势井。
图b显示了相位相差180O的驱动脉冲Φ1为高电位，Φ2为低电位时MOS电容的势井深度及电荷存储情况。
图c表示Φ1和Φ2电位相等时的情况，这时电荷还不能移动；图d显示了Φ1为低电位，Φ2为高电位时的情况，这时电荷流入Φ2相的势井。
当Φ1和Φ2电位再相等时停止流动。
电荷传输机理证明，电荷从一个势井传输到下一个势井需要一定的时间，且电荷传输随时间的变化遵循指数衰减规律，只有由Φ1和Φ2的频率所确定的电荷传输时间大于或等于电荷传输所需要的时间，电荷才能全部传输。
但在实际应用中，从工作速率考虑，由频率所确定的电荷传输时间往往小于电荷本身传输所需要的时间。
这就是说，电荷的转移效率与驱动频率有关。
驱动频率越低，输出信号越强。
积分时间为光电转换的时间，显然，积分时间越长，光敏区的MOS电容存储的电荷越多，相应输出信号越强。
【实验步骤及注意事项】【实验结果与数据处理】。
基于帧间差的分算法的运动目标检测研究论文 案例范本
基于帧间差的分算法的运动目标检测研究论文案例范本摘要本文提出了一种基于帧间差的分算法的运动目标检测方法。
该方法通过计算相邻帧之间的差异来检测出视频中的运动目标，并采用自适应阈值法来进行目标的分割和去除噪声。
实验结果表明，该方法在运动目标检测方面具有较高的准确率和鲁棒性。
关键词：运动目标检测；帧间差；自适应阈值法；噪声去除AbstractIn this paper, a motion target detection method based on frame difference segmentation algorithm is proposed. This method detects moving targets in the video by calculating the differences between adjacent frames, and uses an adaptive threshold method to segment the targets and remove noise. The experimental results show that the proposed method has high accuracy and robustness in motion target detection.Keywords: motion target detection; frame difference; adaptive threshold method; noise removal1.引言运动目标检测是计算机视觉领域的一个重要研究方向，其应用广泛，包括视频监控、交通管理、自动驾驶等。
目前，运动目标检测方法主要分为两类：基于背景建模的方法和基于帧间差的方法。
前者适用于静态场景，后者适用于动态场景。
本文提出了一种基于帧间差的分算法的运动目标检测方法，该方法具有较高的准确率和鲁棒性。
光电探测器件典型应用
（2） 测量精度
L
S0
1
N1
S0
2
N 2
显然，测量精度与CCD的像元长度S0、光学系统的放大倍率β等参 数有关。
3.测量速度
线阵CCD测量周期为其转移脉冲SH的周期T，它由所选线阵 CCD的像元数N及驱动频率f决定，
T (N Nd) f
式中，Nd为大于线阵CCD虚设单元的任意数（由设计驱动器者 决定）。显然，N与Nd值越大，SH的周期T越长，而提高驱动 频率f将缩短SH的周期T，提高测量速度。
L
l0
(
N1S0
1
N2S0
2
)
式中，β1与β2分别为两个探测器光学成像物镜的横向放大倍率，S0 为CCD像敏单元长，式中的正负号要根据CCD的安装方向确定。
2.测量范围与测量精度 （1）测量范围
L
l0
(
N1S0
1
N2S0
2
)
钢板宽度的测量范围与两探测器的中心距l0有关，即与探测 器安装架的调整与锁定方式有关。钢板的宽度L直接与l0有关， 若l0可以大范围的调整与锁定，系统的测量范围将会很大。另外， 宽度的测量范围还与两探测器成像物镜的横向放大倍率β1与β2 有关，与所选用的CCD像敏单元长及像元数N等参数有关。
严格的方波输出。当R1=R2时，输出为方波信号。其输
出频率为：
1
1
f
VCC
T1 T2 2R1C1 ln 2
R2
D
R1 7 8 4
NE555 3
6
A
2 15
R1 5.6K，R2 5.6K，C1 0.1uF
VO
C1
f 1.44 2R1C1 1.3KHZ
基于单片机的CCD检测系统
科 技 天 地50INTELLIGENCE························基于单片机的CCD 检测系统塘沽中专 李雪粉摘 要：线阵CCD 传感器是一种新型图像传感器，利用该传感器进行尺寸测量同使用单片机进行信号处理使快速测量成为可能。
本装置以AT90S8535单片机为控制核心，以线阵CCD 光电检测器件为检测传感器完成自动检测对边。
该系统快速、精确、成本低廉，具有一定的推广价值。
关键词：线阵CCD AT90S8535单片机 边缘检测某些带材生产厂家在生产过程中需要将带材卷到卷轴上，这种生产动作速度快，手工干预已经达不到现代的生产速度和精度。
需要一种快速准确的对边系统完成该操作。
利用CCD 和单片机相结合，无论在操作功能、检测精度、使用可靠性上比传统方法都有很大的提高。
CCD 光电检测能够实现非接触式在线检测。
AT90S8535是一种AVR 系列单片机，自带A/D 转换器，极大的简化了硬件的设计。
该系统由光源、CCD 检测装置、单片机、键盘与显示装置组成。
CCD 检测装置包括光学系统、线阵CCD、CCD 的外围驱动电路以及信号检测处理模块电路，系统硬件示意图如图所示。
由于检测的物体是不透明，会在中间部形成黑暗的地带，两侧形成亮带。
亮带之间的暗带的宽度是工件尺寸大小。
CCD 传感器英文全称Charge Coupled Device ，它是电荷耦合器件、是一种特殊半导体器件，能将感应到的光信号转换成电信号，以数码的方式储存起来。
它有一维和二维两种，此装置用一维来完成，即线阵CCD。
线阵CCD 图像传感器中的光敏单元以行的形式排列，它能实时、准确地检测物体的边缘、并能准确地输出信号。
基于线阵CCD图像亚像素级别边缘检测方法
基于线阵CCD图像亚像素级别边缘检测方法
黄春霞
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2022(30)10
【摘要】研究线阵CCD采集一维图像亚像素级别边缘检测方法;该方法经过图像平滑滤波、基于梯度算子边缘粗定位、拟合区间搜索、最小二乘直线拟合边缘精确定位几个步骤,定位出线阵CCD图像边缘位置;基于FPGA的图像采集卡接收基于DSP的图像处理卡下发的控制指令,接收CCD图像数据,并且负责图像数据的平滑滤波和梯度值计算,粗定位出边缘位置,然后把边缘粗位置坐标,以及截取粗定位的边缘点附近段数据上传给图像处理卡,以供后者进行下一步拟合区间搜索和最小二乘拟合精确定位出边缘位置;通过图像采集卡的前期处理,可以大大减少其与图像处理卡之间的通讯数据量,FPGA+DSP这种分工处理模式发挥了各自处理芯片的优势,大大提高了运算处理效率;实验结果表明,该算法检测精度达到亚像素级别,3σ小于0.5像素,处理时间小于90μs。
【总页数】6页(P45-50)
【作者】黄春霞
【作者单位】厦门理工学院光电与通信工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP23
【相关文献】
1.基于线阵CCD的在线亚像素边缘测量系统
2.线阵CCD图像两种直线拟合边缘检测方法比较研究
3.基于梯度算子的线阵CCD图像边缘检测方法研究
4.改进的直线拟合线阵CCD图像边缘检测方法
5.基于驱动脉冲延迟的线阵CCD亚像素测量系统
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直线拟合方法在一维图像边缘检测中的应用
第２８卷第６期 光电工程V ol.28,No.6 ２００１年１２月Opto-Electronic Engineering Dec,2001文章编号：1003-501X（2001）06-0056-03直线拟合方法在一维图像边缘检测中的应用俞巧云，邢晓正，胡红专，李为民，邓伟平 （中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 ２３００２７） 摘 要：在线阵ＣＣＤ测量系统中采用直线拟合方法检测一维图像边缘。
首先，测量系统通过线阵ＣＣＤ获得一维图像，基于阈值比较法，对图像信号设置高、低阈值，截取边缘信号的中间部分作为拟合窗口；然后，利用最小二乘法，对拟合窗口内的边缘信号进行直线拟合；最后，利用图像亮、暗电平的中间电平作为阈值截交拟合直线，以此交点作为图像边缘点的位置。
实验结果和分析表明，与阈值比较法相比较，直线拟合方法具有重复精度高、稳定性好的优点，能有效抑制随机噪声的影响，因此可以有效检测一维图像边缘位置。
关键词：直线拟合方法； 边缘检测； 最小二乘法； 电荷耦合器件 中图分类号：ＴＮ２０６ 文献标识码：A Application of Straight Line Fitting Method to theEdge Detection of One-Dimension ImageYU Qiao-yun, XING Xiao-zheng, HU Hong-zhuan,LI Wei-min ,DENG Wei-ping,(Department of Precision Machinery and PrecisionInstrumentation, University of Science andTechnology of China, Hefe 230027, China)Abstract:A straight line fitting method is adopted in edge detection of one-dimension image in the linear CCD measuring system. First, the one-dimension image is obtained with the linear CCD of the measuring system. Based on threshold comparison method, the high and low threshold values are set to cut out the middle part of the edge signal and use as fitting window. Then the edge signal within the fitting window will be linear fitted by means of least square method. Finally the middle threshold level between the bright and dark images is used to cut the fitting line and this crossing point is used as the position of image edge. The experimental results and the analysis show that compared with the threshold comparison method, the straight line fitting method can effectively inhibit the effect of random noise and has the advantages of high repeating accuracy and good stability, thus it can effectively detect the edge position of one-dimension image.Key words：Line fitting method；Edge detection；Least square method；Charge-coupled devices引 言 在线阵CCD检测系统中，经常用到一维图像的边缘检测算法，典型的一维图像边缘检测算法采用阈值电平比较法进行图像的二值化。
边缘检测基本步骤
边缘检测基本步骤图像的边缘是指图像局部区域亮度变化显著的部分。
该区域的灰度剖面一般可以看做一个阶跃，即从一个灰度值的很小的缓冲区域内急剧变化到另一个灰度相差较大的灰度值。
图像的边缘部分集中了了图像的大部分信息，图像边缘的确定与提取对于整个图像场景的识别与理解是非常重要的，同时也是图像分割所依赖的重要特征。
边缘检测主要是图像的灰度变化的度量，检测和定位，自从1959提出边缘检测以来，经过五十多年的发展，已有很多种不同的边缘检测方法。
边缘检测的基本思想是先利用边缘增强算子，突出图像中的局部边缘，然后定义像素的“边缘强度”，通过设置阈值的方法提取边缘点集。
但是由于噪声和图像模糊，检测到的边界可能会有间断的情况放声。
所以边缘检测包含以下两项内容：・用边缘算子提取边缘点集・在边缘点集合众去除某些边缘点，填充一些边缘点，将得到的边缘点集连接成线。
图像边缘检测的基本步骤如图3.2所示。
图3.2 边缘检测算法的基本步骤（1）滤波。
边缘检测算法主要是基于图像强度的一阶和二阶导数，，但导数的计算对噪声很敏感，因此必须使用滤波器来改善与噪声有关的边缘检测器的性能。
需要指出的是，大多数滤波器在降低噪声的同时也导致了边缘强度的损失。
因此，增强边缘和降低噪声之间需要折中。
边缘检测主要基于导数计算，但受噪声影响。
而滤波器在降低噪声的同时也导致边缘强度的损失。
（2）增强。
增强边缘的基础是确定图像各点邻域强度值有明显变化的点突显出来。
边缘增强一般是通过计算梯度幅值来完成的。
增强算法将邻域中灰度有显著变化的点突出显示。
（3）检测。
在图像中有很多点的梯度幅值比较大，而这些点在特定的应用邻域中并不都是边缘，所以应该用某种方法来确定哪些点是边缘点。
最简单的边缘检测判据是梯度幅值阈值判据。
但在有些图像中梯度幅值较大的并不是边缘点。
（4）定位。
如果某一应用场合要求确定边缘位置，则边缘的位置可在子像素分辨率上来估计，边缘的方位也可以被估计出来。
一种基于三帧差分和边缘信息的运动目标检测方法_甘明刚
ipi w1
i=t +1
(10) (11)
C0 和 C1 类的方差可由下式求得
∑t
σ02 = (i − μ0 )2Pi w0
i=0
(12)
∑L−1
σ12 =
(i − μ1 )2Pi w1
i=t +1
(13)
定义类内方差 σw ，类间方差 σB ，总体方差 σT 为
σw2 = w0σ02 + w1σ12
第 32 卷第 4 期 2010 年 4 月
电子与信息学报 Journal of Electronics & Information Technology
Vol.32No.4 Apr. 2010
一种基于三帧差分和边缘信息的运动目标检测方法
甘明刚 陈 杰 刘 劲 王亚楠
(北京理工大学自动化学院 北京 100081) (复杂系统智能控制与决策教育部重点实验室 北京 100081)
presented in this paper. Firstly, three continuous edge images are obtained by edge extract from three continuous
images, and then, the motion information is detected with three-frame-differencing, finally, the object is extracted
Hx = −2 0 2 , Hy = 0 0 0
(5)
−1 0 1
−1 −2 −1
3.3 2 值化阈值确定
2 值化阈值采用最大类间方差法确定。最大类
间方差法是一种自适应阈值确定方法，它以最佳门
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引言
在板材的连续生产中, 运行在作业线上的板材 应控制在一定的横向范围内, 如果跑偏, 则会影响 产品质量和外观, 严重时甚至会损坏生产设备。因 而, 运动板材的边缘检测在实际生产中有广泛的应 用。
目前, 国内采用的边缘检测设备多数从国外进 口, 以德国EMG 公司和BST 公司产品为主。EM G 光电边缘检测主要有电感式对中检测[ 1] 和电容式 对中检测, 近年来也有部分产品以光电池作为检测 元件。BST 边缘检测器有红外线[ 2] 和超声波 2 种。
超声波用于透明的物料; 红外线用于不透明物料, 精度可达到0. 02 mm , 但实际数据会由于被测物料 不同而有所不同。此类产品在实际应用中维护困 难, 可替换性差, 且价格昂贵[ 3] 。
本方案利用电荷耦合器件( CCD) 的图像快速采 集功能对板材边缘进行检测, 并在 L CD 上实时显 示, 精度及响应速度均可达到一般工程要求, 且抗干 扰能力强, 适用于生产工况条件的恶劣环境。提出了 一种利用AVR 单片机实现CCD 驱动及CCD 输出信 号处理的方法, 其硬件结构简单, 因而产品体积小, 便于安装。实验证明, 该方案有效可行。
2. 2 平行光投射系统 平行光投射系统的作用是将被测板材的边缘
清晰成像在线阵CCD 上, 然后由线阵CCD 输出边 缘信号, 适用 T CD1208A P 的光照强度及波长范围 ( 300 nm～1 000 nm) , 日光灯即可满足要求。光路 系统应保证投射到 CCD 上的光为平行光, 且光强 应尽量大, 这样可以减少外界光照对测量结果的 影响。
目前常用的二值化方法主要有固定阈值法、浮
动阈值法、微分法和直线拟合法[ 4] 。本设计采用低
频滤波电路和微分电路相结合的办法, 找出经滤 波后的 CCD 视频信号 输出波形中变 化率最大的 点, 根据 CCD 器件输出信号的特点, 这个点就是 受光像素与未受光像素的分界处。
微分电路的输入输出关系为
V ou t=
为减小光照误差, 使薄板边缘成像更清晰, 要 求光源、薄板及CCD 之间的间距均小于1 cm 。多次 测量后取平均值, 测量结果如表 1 所示, 散点图如 图 4 所示。
表 1 测量结果平均值 Table 1 Average values of measured results mm 板材 测量 板材 测量 板材 测量 板材 测量 偏移 结果 偏移 结果 偏移 结果 偏移 结果
第 29 卷 第 2 期 2008 年 3 月
Jo
ur
nal
应用光学 o f A pplied
O
p t ics
V ol . 2 9 N o . 2 M ar. 2008
文章编号: 1002-2082( 2008) 02-0275-04
基于线阵 CCD 的运动板材边缘检测方法
测量结果由 AVR 单片机驱动 L CD 进行显示, 显示结果具有很好的实时性, 且便于与计算机连 接。软件流程如图 3 所示。
每格分别设定为 0. 1 m m 和1 m m 进行 2 组实验, 2 组实验中薄板的运动距离分别为 1 mm 和 10 mm。 若实际工程中被测板材边缘跑偏距离大于CCD 镜 面长度, 可采用透镜成像原理将板材边缘移动距离 成比例地投影到 CCD 镜面上[ 8] 。
应用光学 2008, 29( 2) 李 杰, 等: 基于线阵 CCD 的运动板材边缘检测方法
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/ 仿真器和评估板) , 开发比较方便。
3 软件设计
软件程序主要由3 个功能模块组成: CCD 驱动 和数据采集功能模块、数据处理功能模块、数据通 信和显示功能模块。 3. 1 CCD 驱动与信号处理
图 1 检测系统原理图 Fig. 1 Principle diagram of detection system
1. 2 系统构成 利用 AVR 单片机产生线阵 CCD 的驱动脉冲
驱动 CCD 工作, 输出信号经外围模拟电路放大和 滤波后, 通过二值化电路进行处理, 输出信号送入 AVR 单片机, 通过 L CD 实时显示边缘位置。硬件 结构框图如图 2 所示。
利用AVR 单片机产生线阵CCD 的驱动程序, 即产生保证 CCD 器件正常工作的转移时钟、传输 时钟、采 样保持时钟、复位时钟、信号处理电路和 A/ D 转换电路所需要的同步脉冲、像元时钟和箝 位脉冲, 保证线阵 CCD 输出信号精确反应边缘位 置[ 7] 。复位脉冲RS 每到来1 次, CCD 将输出1 个光 敏单元信号, 此信号经放大滤波调理后, 由AVR 单 片机对该信号进行采集, 并控制二值化电路模块工 作, 从而得到清晰的边缘信号。 3. 2 测量结果显示
图 2 系统结构框图 Fig. 2 Block diagram of system structure
2 硬件构成
2. 1 线阵 CCD 根据系统的要求, 选择 T OSHIBA 公司生产的
T CD1208AP 作为摄像器件。T CD 1208AP 是一款 高灵敏度( 110 V / lx ·s) 、低暗电流、低功耗、具有 2 160个像元的线阵CCD 图像传感器。二相输出的线 阵CCD 器件, 像元中心距为14 m , 工作电压为5 V。
2. 5 微处理器
选 用 AT M EGA128 单片机产生 CCD 驱动信 号并对 CCD 输出信号进行处理, 继而利用 L CD 进 行实时显示。AT MEGA128 使用 RISC 指令集, 指 令周期绝大部分为单周期指令, 有相当高的执行速 度, 8 MH z 频 率 下 工 作 的 AT M EL 128 相 当 于 224 MHz 频率下工作的普通 M SC51, 可适应 CCD 驱动所要求的高频脉冲信号。此外, 工具包括 C 编 译器宏汇编程序 At mega128( 有整套的开发调试器
李 杰1, 崔玉龙1, 司维鹏2, 王圆月1, 金闻名1
( 1. 北京化工大学信息学院, 北京 100029; 2. 山东省 盛安建设集团有限公司, 山东 淄博 255032)
摘 要: 研究了一种利用线阵CCD 的图像快速采集功能对运动板材边缘进行检测的方法。该方 案用平行光投射系统来照明, 采用一片 AVR 单片机驱动 CCD 工作并对测量结果进行处理, 有效 地简化了硬件结构。介绍了一种 CCD 输出信号的处理电路及其二值化原理, 并给出了系统硬件、 软件设计方案。实验证明: 该方案的测量精度可达到 0. 03 mm , 响应时间少于 2 m s。 关键词: 平行光投射系统; 线阵 CCD; 边缘检测; 二值化
( 1. Co llege o f Infor mation Science and T echnolog y, Beijing U niver sity of Chemical T echno lo gy , Beijing 100029, China; 2. Shandong Sheng ′an Co nstr uctio n G ro up L imited Co mpany Zibo 255032, China)
- 1. 0 - 1. 002 0. 1 0. 089 - 10 - 10. 082 1 0. 089
中图分类号: T H74-34 文献标志码: A
Edge detection method of moving plate objects based on linear array CCD
L I Jie1 , CU I Y u-long1 , SI Wei-peng2 , WA N G Y uan-yue1, JIN Wen-ming 1
1 检测原理及系统构成
1. 1 检测原理 在被测运动板材的上下两端对应装置平行光 源和检 测用线阵 C C D 。光源 发出的光经过 被测板材 边缘照射到线阵 CCD 上, 板材边缘的位置决定了线 阵CCD 的感光长度, 进而影响CCD 按时间顺序串行 输出的视频信号。经信号处理后在LCD 上显示被测 板材的边缘位置。如有工程需要, 还可以将检测结果 通过接口输入计算机进行数据分析与运算。测量系 统的精度略大于线阵 CCD 的像元中心距, 量程为线 阵 CCD 的感光长度。检测原理如图1 所示。
பைடு நூலகம்
2. 3 二值化处理 由于被测板材遮挡部分背景光, 反映在 CCD
视频信号所对应的图像谱上, 是在边界处会有明 显的电平变化。线阵CCD 工作时, 有时会造成某些 像元只能感受部分光照, 即亮/ 暗的分界点处恰好 位于某个像元上, 致使输出信号不能严格反映被测 边缘的位置, 为了将边缘信息提取出来以便进行信 息处理, 通常采用二值化的处理方法。
由于在 CCD 应用系统中, 一般都 要用到 微处 理器, 所以若采用“软件驱动”法, 则无需增加硬件, 在电路结构上最为简单, 系统成本也最低。因此, 只 要能克服其驱动频率低、资源浪费多及时序不均匀 等缺点, 无疑是一种理想的驱动方法[ 5-6] 。本系统选 用 AT M EGA128 单片机产生 CCD 驱动信号。
收稿日期: 2007-10-11; 修回日期: 2007-12-10 作者简介: 李杰 ( 1981- ) , 男, 山东 淄博人, 助教, 硕士, 主要从事自动化检测和智能传感器应用等 方向的研究工作。
E-mail: lijie -sdu@ 163. com
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应用光学 2008, 29( 2) 李 杰, 等: 基于线阵 CCD 的运动板材边缘检测方法
Abstract: An edge detection met ho d of mov ing plat e object s w as designed by means of t he im ag e gat her ing funct ion of a l inear array CCD. T he hardw are st ruct ur e w as ef fectively simplified w it h a parallel beam pro jecto r as an ill um inat ing source, an AVR sing le-chip co mput er t o driv e t he CCD and t o dispose t he det ect ed result s. T he m easurement circuit and t he binarizat ion principle of CCD out put sig nals are int roduced. T he design plan o f t he har dw are and so ft w are are also pr ovided. T he ex periment sho ws t hat t he measuring accuracy of t his instr ument is bet t er t han 0. 03 mm , and t he response t ime is few er t han 0. 2 m s. Key words: parall el beam pro jecto r; linear arr ay CCD; edge position detection; binary