基于CCD和USB的测温摄像机研究与设计

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1、基于CO)和USB的测温摄像机研究与设计基于CCD和USB的测温摄像机研究与设计摘要本文主要研究基于近红外增强型CCD的测温摄像机的软硬件设计和实现。在水泥、玻璃、电力等行业炉窑是最主要的生产设备，炉膛的温度的控制对产品质量、燃料消耗和温室气体排放有重要的作用，当前对炉膛温度监控主要由工作人员通过观察工业电视进行经验估计，主观性强、误差大，采用红外焦平面的红外热成像测温系统虽然精度高并在国外早已应用，但由于我国技术尚未成熟及国外对我国的禁运，我国无法广泛使用，针对这一现状，本文提出采用近红外增强型CCD作为探测器和双波段比值测

2、温方法研制测温摄像机，并用伪彩色显示温度分布图象，对于工业高温炉窑具有测温准确、抗干扰性能强及成本低廉的特点，本测温摄像机的使用对以高温炉窑为主要生产设备的企业提高产品质量、降低能源消耗、减少温室气体排放有重要的意义。本文首先对黑体辐射理论和双波段比值测温理论进行研究，探讨在近红外区域对高温炉窑进行比值测温的可行性；针对工业高温炉窑辐射的峰值位置在中红外区域，近红外区域的辐射仍然比较低，且普通CCD在近红外区域响应很低的状况，综合考虑后选择近红外增强型CCD作为探测器；根据所选CCD本文设计了一套完整的双波段测温系统的硬件框架

3、，由Sony公司的近红外增强型黑白CCD基于CL'D和USB的测温摄像机研究与设计ICX255AL、10位输出模数转换器AD9991、带有USB接口的可编程增强型8051处理器芯片Cy7c68013和EEPROM存储器等完成功能，并提出双波段测温摄像机的分束和滤光系统的设计方案；由于光学分束镜和滤光片都需要定制镀膜，本文首先设计的硬件系统是单波段系统，本系统的硬件电路有两块线路板：以ICX255ALCCD和AD9991为核心的图像采集板和带USB接口的8051处理器芯片Cy7c68013为核心的控制板，这两块PCB均为2层电路

4、板；还开发了相应的固件程序、设备驱动程序和应用程序，对所设计的各个功能模块分别进行了测试和调试，计算机能通过USB口读取图像并在屏幕上显示，获得了良好的效果；由于本文设计的硬件系统实际上是单波段的，为了验证双波段测温的效果，本文采用ASDFieldSpecHandHeld型光谱仪测量模拟黑体辐射源(工业炉窑的炉膛也是个近似黑体辐射源)的辐射，用测得的光谱数据模拟计算，获得了良好的测温效果。由于双波段系统的两个以CCD核心的图像采集电路是完全一样的，因此本文的单波段系统完成后，可方便地组成双波段电路，再加上分束镜就可完成真正的测

5、温摄像机。关键词近红外，比值测温，面阵CCD，摄像机，USBn基于CZD和USB的测温摄像机研究与设计RESEARCHANDDESIGNoFCCDⅥDEoCAMERAFoRTEMPERATUREMEASUREMENT、ⅣITHUSBINTERFACEABSTRACTThispapermainlyresearchesatemperaturemeasurementsystembasedonthenear-infraredenhancedCCDimagesensor．Incement，glass，andelectricpowerin

6、dustries，furnaceisthemainequipmentinproducingprocess．Fumace’Stemperaturecontrolhasanimportanteffectonproductquality,fuelconsumptionandgasemissions．Atpresentinfraredfocalplanearrayimagingsystemshavealreadyappliedabroad．SinceOurtechnologyisnotyetmatureandforeigncountr

7、ies’embargo，itisnotwidelyusedinChina．Inviewofthissituation，thispaperpresentsasystembasedonnear-infraredenhancedCCDdetectors．Bymethodofdual--bandtemperaturemeasurementandpseudo··colorimagetechnologies，thisvideocamerahastheadvantagesofstronganti-jammingperformanceandl

8、owcost．Ontheuseofcameras，therewillsuretoimproveproductquality,reduceenergyconsumptionandreducegreenhousegasemissionsinvariousindustrialcon