CCD精密测量系统及其数字信号处理研究.pdf

CCD精密测量系统及其数字信号处理 杨云志 〔电子工业部第十研究所 610036 摘 要 本文介绍了℃《D精密测量系统中的信号采集和处理的工作原理。并阐述了测量系统和数字信 号处理芯片 (DSP芯片〕在系统中的工作原理，同时还介绍了测量系统的软件工作过程。文中概要地介 绍了CCD器件的工作原理和CCD器件用于测量中的特点。通过本文，我们可以了解到CCD精密测量系统中 DSP芯片的作用。 关键词 CCD光电传感器、A/D变换器、数字信号处理 DSP芯片在工 ，黔C。精密测量系统中，、其输出的视频信号处理要求是非常高的。 却是一种比较新 业控制中己得到广泛地应用，但用它来处理CCD图象传感器输出的信号，却是一种比较新 颖的方法，我们采用DSP芯片来实时处理CCD精密测量系统中的信号，取得了非常好的 效果，不仅提高了测量系统的测量精度，而且提高了测量系统的自动化程度。 电荷祸合器件又称CCD器件川，是一种微型图象传感器，它的象元尺寸小、几何精度 高。CCD图象传感器是利用电荷祸合器件的光电转换和电荷转换的双重功能，在时钟控制 下，将每一位CCD的光生电荷按顺序转移出来，分别在同一电路上输出幅度与各光生电荷 包成正比的电脉冲序列，从而把照射在CCD上的光学图象变成了电信号形式的 “图象”。 若CCD配置适当的光学系统，可获得很高的空间分辨率。正是利用这一原理，我们研制的 精密测量系统，可以精确地测量出目标的微小变化。在该系统中采用高速A/D变换器对目标 信号进行采集，并用DSP芯片实时处理采集的大量数据，同时通过显示器和打印机输出处 理结果 。 乃 2 工作原理 2 1CCD测量系统工作原理 CCD精密测量系统的框图如图1所示。 图ICCD精密测量系统框图 该系统采用光学聚焦原理，把目标信号聚焦成象在线阵CCD器件光敏元上，当某光敏 .177. 夕感‘受到反射光时、该光敏元的对应视频输出为高电平，而没感受到反射光的光敏元的对应 祝频输出为低电平。 f%lyv输出为低电平。利用CCD器件的这一原理，研制成的CCD摄像机，摄取日标信号，目 标信号经前置放大和视频处理器处理后。生成视频信号:DSP系统在同步信号的推动下， 采集目标信号，进行数据处理后，就可计算出目标位置，并在显示器上显示，同时通过打印 机打 印4结 奥n 2.2 数字信号处理系统的工作原理 CCD器件输出的视频信号必须进行数字信号处理后，才能给出处理结果 (即目标的 位份)。我们选用线阵CCD器件，象元数为I。24个单元，单元长度为14 “m，采用同 岑I.作方式 恨据要求 ‘工作周期为Ims.在一个周期内有1。2凌个脉冲。时钟信号、同 步信写和视频信号的关系如图2所示。 }:1步Id101 1024 ft才 钟 视频信 号 图2 同步信号、时钟信号和视频信号关系 2.1 信号采集原理 根据系统设计要求，在一个CCD象元内必须完成信号采样，采样的时间为 10 11 即采样周期为100KH:，为了提高采样精度、使CCD的工作频率为1ME z 同时A /D变换器的转换速率也要达到IMH:。信号采集原理框图如图3所示。 图3 信号采集原理框图 信号采集电路由放大器、比较器、高速A/D5}换器I 原始数据存储器、地址产生器、 多路转换开关以及缓冲隔离器等几部分组成。当有信号来时，触发器产生