基于单片机的岩心扫描仪

2013年重庆地区第六届“盛群杯”大学生单片机应用设计竞赛

作品创意书

20130289

基于HT66芯片的低成本高分辨率岩心扫描仪

重庆理工大学

光电信息学院电子信息科学与技术系

张红民老师

(胡强1)

(邓枭龙2)

(游靖3)

(高秀秀4)

公元2013 年 1 月4 日

作品创意书

一、摘要

岩心扫描仪是采用自动控制的方法，对岩心图像进行采集，通过高分辨率CCD岩心图像采集仪的采集头把图像信号转换成数字信号，然后经过采集板的转换，把数字信号还原成图像信号的一种仪器。本仪器可完成石油行业各种地质矿藏的实时分析和开发、智能化采集、分析岩心图像、永久性保存岩心信息等工作。具有减少石油岩心的管理成本及人为原因、自然风化等因素造成的岩心信息资料损失和环保的显著优点。实现了科学化管理、信息化分析岩心。

二、作品介绍

油气勘探获取的岩心样本是一种宝贵的不可再生资源,石油地质分析数据和地球物理勘探的物理参数均来自于岩心。由于岩心出桶后,经人工劈开、截断和现场采样,会被破坏并造成缺失;而且岩心风化后,破损就更加严重。为后期能进行更深入的地质研究,先对其进行数字化保存就显得极为重要。岩心图像扫描仪是一种利用光学电子技术和图像处理技术进行岩心图像数字化采集的仪器,它利用图像采集系统作为核心,将岩心扫描成图像后,存入图文数据库,作后期分析。

目前,绝大多数图像采集设备都是采用分离模块搭建,这类系统实现比较复杂,开发难度较大,周期较长,不便于成本的控制,而且系统稳定性不高,干扰大,很难达到高精度成像的要求"为此,我们提出采用HT66F50主控芯片、线阵CCD和USB接口技术研究高精度图像采集系统的课题,以解决原有图像采集系统稳定性不高、干扰大、成本高等一系列问题"

本研究设计实现的系统,所采用的CCD器件像元数高达10550x3。核心控制芯片采用功能强大的HT66F50。该芯片用于CCD传感器时序控制、两种光照模式控制、微型步进电机控制和UBS接口等功能模块,能完成从对CCD输出图像信息的采集,到最后处理成计算机能识别的数字信息的操作。并采用LM9833作为从控芯片，用于模拟信号前端处理、数字信号处理等控制。计算机通过与硬件采集系统相连的USB接口获取图像信息,并最后在应用程序中还原所采集的图像。

如将其用于很多油田的岩心数字化工作中,将达到了较好的应用效果。该系统结构更简单、成本更低廉、分辨率更高,为后继的岩心图像分析工作提供了可靠的依据。

三、工作原理

(一) 岩心图像扫描仪功能结构,主要由4部分组成分别是：

1) HT66F50功能控制模块

2) 线阵CCD扫描模块

3)LM9833信号处理模块

4)图像合成模块

（二） HT66F50功能控制模块

通过对HT66F50芯片的功能编写软件，以便实现对CCD传感器时序控制、两种光照模式控制、微型步进电机控制和UBS接口等功能模块的控制。

（三）线阵CCD扫描模块

1)功能要求

CCD器件的主要功能是把二维光学图像信号转变成一维视频信号输出,按照其组成形制的不同,一般分为线阵CCD和面阵CCD两大类,在本系统中,我们采用的是线阵CDC的扫描方式,本文中所指CCD,除特殊说明外,一律理解为线阵CCD。

CCD的突出特点是以电荷作为信号,而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号。CCD的基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和检测。一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器,及一些辅助输入、输出电路组成。

2)线阵CCD器件的选择

根据实际应用的需要,本系统选择东芝(TOSHBIA)公司的TCD2901D型号的线阵CCD作为图像采集的前端。

TCD290lD是日本东芝(TOSHIBA)公司生产的线阵CCD图像传感芯片,感光像元数高达10550个,像元尺寸及间距为4umx4um;分辨率高达1200DPI,TCD2901D具有灵敏度高、暗电流低等特点,并在器件内部集成了CCD驱动电路和箱位电路。TCD29O1D时专为通信传真、图像扫描、光学字符阅读机等场合设计。

（四） LM9833信号处理模块

1)模拟信号的处理

经过数据的采样和极性判断，对数据进行直流偏色和增益的校正，选择像素模式或者行模式，完成功能如下：

a.完成对CDC输出的采样

b.信号极性判断,以确定输入源是CDC还是CIS

c.偏色调整

d.增益调整和平衡

e.模拟数字转换

2)数字信号处理

从CCD三色通道输出的模拟图像信息,经过简单的偏色和增益处理后,进行AD转换,将模拟信息转换成为数字信息,然后对转换得到的数字信息进行一系列的处理,包括像素偏色校正!行缓冲器处理等等,以便于图像信息向PC机传输和处理。

（五）图像合成模块

通过理论计算和实验分析，编译出相应的应用软件，让用户更方便、省心、通俗易懂，开发平台是VC++6.0和HT-IDE3000。

四、作品功能、特色

(一) 作品功能

岩心扫描仪是采用自动控制的方法，对岩心图像进行采集，通过高分辨率CCD岩心图像采集仪的采集头把图像信号转换成数字信号，然后经过采集板的转换，把数字信号还原成图像信号的一种仪器。本仪器可完成石油行业各种地质矿藏的实时分析和开发、智能化采集、分析岩心图像、永久性保存岩心信息等工作。具有减少石油岩心的管理成本及人为原因、自然风化等因素造成的岩心信息资料损失和环保的显著优点。实现了科学化管理、信息化分析岩心。

另外，它可减轻录井技术人员的劳动强度，增强录井施工的安全性，预防各种事故的发生，提高经济效率，降低岩心的保存和管理成本，并给钻井工程、地矿分析提供有效的工程和地质资料。其次，科学的管理岩心和合理的开采石油等各种地质矿藏对地质资源、自然环境的保护和推动国民经济的发展起到一个重要的作用。由于远程传输网络的使用，