光电检测技术实验指导书(2013新)new

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1、实验一面阵CCD尺寸测量实验一、实验目的①用面阵CCD摄像头与图像数据采集系统测量实际物体外形尺寸是CCD最广泛应用的领域，在尺寸测量应用中存在着许多实际问题。如何将这些实际问题分解成一个个的分立问题是学习和掌握该方法的关键。本实验采用标准几何图形代替实际被测物，可以将一些不必要的问题排除在外，突出主要问题；②通过对标准图形的点、线、面的测量过程掌握应用面阵CCD进行尺寸测量的基本方法；③通过对标准图形的点、线、面的测量过程掌握应用面阵CCD进行尺寸测量，掌握测量范围、精度和测量时间等问题。二、实验准备内容复习矩形、圆、三角形等典型几何图形的点、线、面的基本计算公式。三、

2、实验所需仪器设备①带有USB2.0输入端口的计算机；②MXY6001彩色面阵CCD多功能实验仪一台。四、实验内容及步骤1、开机过程①将被测的标准图片实心圆安装在“被测物夹持架”上，将USB接口线正确连接到计算机上；②将外置面阵CCD摄像机的镜头盖打开；③打开实验仪的电源开关；④将视频切换按钮按下，切换指示灯点亮表明采集外置CCD摄像机的图像信号；⑤运行“面阵CCD尺寸测量实验”程序；⑥点击“连续”按钮，将显示外置摄像头所采集到的图像，如图1.1，调整CCD摄像头与测量图片的相对位置使计算机显示的图像尽量清晰，在图像上移动鼠标，则软件右上方的“鼠标当前位置及灰度”区域的文本

3、框将显示图像当前位置点及灰度值。25图1.1尺寸测量界面2、关于点数据的测量单击“停止”按钮，然后在图像上移动鼠标，观察实心圆的灰度值和背景灰度值，选择合适的阈值（介于背景灰度和实心圆灰度之间，稍大于实心圆的灰度值），并设置待测的行和列，点击如图1.1所示的“计算”按钮，将在“测量结果”区域显示计算的水平尺寸（待测行的尺寸）和垂直尺寸（待测列的尺寸）。3、比例系数的计算如果已知圆的直径和对应的像元个数，那么就可以在“比例系数”区域的两个文本框输入对应的值，然后点击“计算”比例系数，就可以计算当前物像关系下的比例系数，然后再单击“计算”尺寸按钮就可以计算出被测物的实际尺寸。

4、显然，若光学系统存在畸变，就要对不同视场分别进行标定或进行更高精度的图像数据处理工作。7、关机与结束①保存采集的图像；②退出实验软件，将计算机关掉；③关掉实验仪的电源；④盖好镜头盖；⑤将被测图片，其他工具放回原处。五、实验总结写出实验总结报告，理解面阵CCD尺寸测量的原理。25实验二利用线阵CCD进行物体外形尺寸的测量一、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、实验原理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

5、强度的分布和像元位置的信息，使它在物体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2-1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2-1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

6、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DD=D′/β（2-1）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UO随光强的变化关系为线形的，因此，可用UO模拟光强分布。采用二值化处理方法将物体边界信息（图2-1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2-2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。UG25为绿色

7、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2-2所示UG的信号所表征的边缘信息，采用如图2-3所示的固定阈值二值化处理电路。该电路中，电压比较器LM393的正输入端CCD的输出信号UG，而反相输入端接到由电位器R2的动端，产生的可调的阈值电平，可以通调节电位器对阈值电平进行设置，构成固定阈值二值化电路。经固定阈值二值化电路输出的信号波形被定义为TH，它为方波脉冲。再进行逻辑处理，便可以提取出物体边缘的位置信息N1和N2。N1与N2的差值即为被测物体在CCD像面上所成图像占据的像元数目。物体A在像方的尺寸D′