CN201219293Y - 线阵ccd光电实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及线阵CCD光电实验装置。其构成有时序驱模块(11)、模拟处理模块(12)、数字处理与采集模块(13)以及光机组件模块(14)；采用模块化设计，可以实现增量式实验，并能对系统进行扩展；采用可编程逻辑器件CPLD产生CCD的各种驱动信号，线阵CCD的帧频及像元读出速率可以手动调节，CPLD内部程序可以在线更改升级，系统的灵活性和稳定性高；综合模拟处理和数字处理，可以进行CCD性能测试、物体直径测量以及二维图像采集不同的试验内容，也可以用于工业测量和检测，实现多种功能；设置ISP口以及USB2.0接口，可以对CPLD和单片机进行在系统编程下载；通过USB2.0接口，将CCD视频数据上传到计算机，进行实时显示和图像处理。

Description

线阵CCD光电实验装置

技术领域

本实用新型涉及线阵CCD光电实验装置。

背景技术

近几年激光和光学技术发展迅速，其涉及的领域也逐渐扩大，为此，各个高校都相继开展有关光电方面的专业。在光电教学方面，对光电传感器的研究是其中的一个主要的内容。电荷耦合器件(CCD)是光电传感器里比较热门的一种器件，很多高校都开展了有关CCD的课程，学生要掌握CCD的光电特性，迫切需要有关的实验装置来辅助教学。工业应用中的CCD光电测试系统集成度较高，难以对其数据处理的详细过程进行观察和测试，不便于作为教学实验装置。目前国内有关CCD的教学实验装置仅有少数单位进行研发，而且技术并不成熟。这些实验装置功能单一，只能进行演示性实验，并依存第三方模块，速度慢，可靠性较低，不具备计算机接口，学生难以对CCD信号处理的具体过程进行详细理解。

在“CCD测试实验装置”(中国专利申请，公开号：CN 2702319Y)中，线阵CCD驱动电路采用数字门电路，将整个CCD实验装置封装成一个壳体，以标注有外接测试点位置的电路图作为整机面板，各外接测试点以及外引调试端口设置在面板上，可以对线阵CCD的各个信号进行测试，具有数字显示功能。该装置采用数字门电路产生线阵CCD的时序驱动，不能在线更改升级，灵活性低，不便于实验调试。虽然采用透明壳体并将测试点外引，但作为实验装置，不便于对CCD信号的处理流程进行详细的观察和测试。该装置通过BCD并口可以与计算机相连，数据传输速度慢，不能对实时采集图像，功能单一，不能进行开发性实验。

发明内容

本实用新型是为了解决以往CCD实验装置在功能、数据传输速度以及灵活性上的不足，提供了线阵CCD实验装置。

如图1所示，本实用新型提供线阵CCD光电实验装置采用模块化设计，本实用新型提供线阵CCD光电实验装置的构成有：

时序驱动模块11、模拟处理模块12、数字处理与采集模块13及光机组件模块14；其中，时序驱动模块11与模拟处理模块12、数字处理与采集模块13及光机组件模块14连接，光机组件模块14与时序驱动模块11、数字处理与采集模块13和模拟处理模块12连接；

所述的时序驱动模块11产生模拟处理模块12、数字处理与采集模块13和光机组件模块14的驱动信号；同时，模拟处理模块12的输出反馈给时序驱动模块11；光机组件14中的线阵CCD相机产生的视频输出信号分为两路各接到模拟处理模块12及数字处理与采集模块13分别进行模拟的和数字的处理；

时序驱动模块11、光机组件模块14以及模拟处理模块12组合，实现线阵CCD性能测试以及物体直径测量功能；时序驱动模块11、光机组件模块14以及数字处理与采集模块13组合，实现线阵CCD视频信号数字化以及图像采集功能。

图2(a)、图2(b)、图2(c)为本实用新型时序驱动模块11电路原理图。时序驱动模块11电路的构成有：

接口单元111、缓冲单元112、时序驱动产生单元113和时序驱动控制单元114；其中：接口单元111、缓冲单元112、时序驱动产生单元113和时序驱动控制单元114依次连接；

所述的接口单元111分别连接模拟处理模块12、数字处理与采集模块13、光机组件模块14，通过接口单元111在模块间进行信号交换；时序驱动控制单元114控制时序驱动产生单元113产生的CCD积分时间以及像素读出速率，可以调节不同的积分时间以及像素读出速率；缓冲单元112对时序驱动产生单元产生的驱动信号进行缓冲以增强其驱动能力，并和模拟处理模块12、数字处理与采集模块13以及光机组件模块14进行隔离，增强系统的稳定性；

时序驱动产生单元113采用复杂可编程逻辑器件ISPLSI1032E U5产生线阵CCD时序驱动，相比采用模拟电路或采用分立数字组合电路以及采用单片机产生时序驱动来说，速度更快，稳定性好，尤其灵活性更高，容易在不改变硬件电路的情况下，实现系统升级；此外，模块中采用8个拨动开关，可以对线阵CCD的积分时间以及像素读出速率进行手动调节。

图3为本实用新型模拟处理模块12电路原理图。模拟处理模块12电路的构成有：

接口单元121、放大单元122、采样保持单元123、比较单元124和数码显示单元125；其中：接口单元121、放大单元122、采样保持单元123、比较单元124依次连接；接口单元121和比较单元以及数码显示单元125相连接；

所述的接口单元121分别与时序驱动模块11和光机组件模块14相连接，进行信号交换；放大单元122对线阵CCD输出模拟信号进行放大；采样保持单元123对放大后的信号进行采样；比较单元124将采样后的信号和阈值电平进行比较，比较的结果反馈给时序驱动模块11；数码显示单元125实时显示测量的物体直径信息；

模拟处理模块12中比较单元124输出的比较结果通过接口单元121反馈回时序驱动模块11中的ISPLSI1032E U5，对比较结果进行计数，然后计数结果通过接口单元121传输至数码显示单元125对比较结果进行显示。相比采用分立计数器和锁存器对比较结果计数和锁存来说，简化了系统结构，而且稳定性和实时性更高。

图4(a)、图4(b)、图4(c)为本实用新型数字处理与采集模块13电路原理图。数字处理与采集模块13电路的构成有：

接口单元131、数字化处理单元132和数据采集单元133和控制单元134；其中：接口单元131、数字化处理单元132和数据采集单元133和控制单元134依次连接；接口单元131和数据采集单元133还连接；

所述的接口单元131分别与时序驱动模块11和光机组件模块14相连接，进行信号交换；数字化处理单元132对线阵CCD输出的视频信号进行相关双采样以及模数转换，转化成的数字信号输入数据采集单元133；数据采集单元133将数字化后的CCD信号通过USB2.0接口传输到计算机进行进一步处理；控制单元134通过数据采集单元133中的单片机对数字化处理单元132进行参数控制。

数字处理与采集模块13采用CCD视频信号专用处理芯片XRD4460 U12对CCD视频信号进行数字化处理，相比采用分立元件对CCD视频信号进行数字化处理来说，降低了电路复杂度，减少了系统功耗，获得更好的性能。数字处理与采集模块13设置USB2.0接口可与计算机相连接，数据传输速率最快能达到480Mbit/s，可以对采集到的图像数据进行实时传输。

图5为本实用新型光机组件模块14结构示意框图。光机组件模块14的构成有：

匀速转台141、转筒142、分辨率测试板143、物体直径测试板144、测试板插座145、光机组件基板146、F口镜头147、近摄适配器148和线阵CCD相机149；其中：匀速转台141和转筒142以及光机组件基板146相连接；测试板插座145和分辨率测试板143、物体直径测试板144以及光机组件基板146相连接；F口镜头147和近摄适配器148相连接；近摄适配器148和线阵CCD149相连接；线阵CCD相机149和光机组件基板146相连接；

所述的光机组件基板146为光机组件模块14提供承载；匀速转台141带动转筒142匀速转动；转筒142、分辨率测试板143以及物体直径测试板144提供测试目标；测试板插座145将分辨率测试板143和物体直径测试板144固定在光机组件基板146上；近摄适配器148连接F口镜头147和线阵CCD相机149，对物距和像距进行调节；线阵CCD相机149接收时序驱动模块11产生的时序驱动信号，分别对转筒142、分辨率测试板143以及物体直径测试板144进行成像，将图像信息转换成视频信号分别输出到模拟处理模块12和数字处理与采集模块13；

光机组件模块14提供了：线阵CCD相机149、近摄适配器148、分辨率测试板143、物体直径测试板144以及能够匀速转动的带有测试图案的转筒142，可以进行CCD各种性能测试、物体直径测量以及二维图像采集不同的试验内容。

下面介绍本实用新型的动态工作过程，以便更清楚了解本实用新型。

时序驱动模块11放置有T1、T2、T3、T4四个测试点，依次对CCD行转移驱动信号SH、移位驱动信号CR2、移位驱动信号CR1以及像素复位信号RS进行跟踪测试；模拟处理模块12放置有T5、T6、T7、T8、T9、T10、T11、T12共8个测试点，依次对采样保持单元123输出、采样时钟信号、CCD输出有效模拟信号、放大单元122输出、比较单元124输出、放大器U8正端电压、比较器U9阈值电压以及CCD补偿输出信号进行跟踪测试；数字处理与采集模块13放置有T13、T14、T15、T16、T17、T18、T19、T20、T21共9个测试点，依次对CCD输出有效模拟信号、XRD4460 U12输入RSTCCD信号、XRD4460 U12输入SHP信号、XRD4460 U12输入SHD信号、XRD4460 U12输入CLAMP信号、XRD4460 U12输出TEST信号、XRD4460 U12输入ENCAL信号、XRD4460 U12输出OVER信号以及XRD4460 U12输出UNDER信号进行跟踪测试。

如图2(a)、图2(b)、图2(c)所示，时序驱动模块11中的时序产生单元113核心是Lattice公司生产的复杂可编程逻辑器件(CPLD)——ISPLSI1032E U5，它具有在系统编程的功能。对ISPLSI1032E U5编程后，由它产生光机组件模块14中的线阵CCD相机149驱动时钟、模拟处理模块12中采样保持单元123的采样时钟和数码显示单元125的显示驱动时钟以及数字处理与采集模块13中数字处理单元132的驱动时钟。ISPLSI1032EU5具有很丰富的IO端口可以使用，时序驱动模块11将多余的IO端口引出来，可以扩展其他开发性实验。接口单元111设置有ISP接口P4可以与计算机相连接，通过ISP接口P4对ISPLSI1032E U5进行编程。本实用新型通过时时序产生单元112中的复杂可编程逻辑器件CPLD——ISPLSI1032E U5产生线阵CCD时序驱动，相比采用模拟电路或采用分立数字组合电路以及采用单片机产生时序驱动来说，速度更快，稳定性好，尤其灵活性更高，容易在不改变硬件电路的情况下，实现系统升级。此外，时序驱动控制单元114采用8个拨动开关K5、K6、K7、K8、K9、K10、K11、K12对线阵CCD的积分时间以及像素读出速率进行手动调节。晶振采用20MHz的有源晶振，可以采用更高速的晶振以提高系统速度。ISPLSI1032E U5生的线阵CCD驱动、模拟处理模块12中采样保持器的采样时钟、数字处理与采集模块13所需要的驱动时钟信号首先经过三个74LS244(U1、U2、U3)进行缓冲，然后通过接口P2、P3、P6分别传输到光机组件模块14、数字处理与采集模块13以及模拟处理模块12。增加74LS244缓冲，增强了驱动能力，同时进行隔离保护，一个模块处故障不会对另一个模块造成损害，提高了可靠ISPLSI1032EU5时对模拟处理模块12比较单元124输出的比较结果count进行时钟计数，然后将计数结果输出到模拟处理模块12数码显示单元125中的LED数码管U7显示。LED显示驱动采用74LS47U6，其内部包含译码功能，可以实现二进制BCD码到7段码间的转换。

如图3所示，线阵CCD输出视频信号通过航空插头P8进入模拟处理模块12。放大单元122对CCD视频信号采用放大器进行反向放大，在此基础上，对放大器的输出信号输入采样保持器进行采样保持，又将采样保持结果输入比较器与阈值进行比较，从而得到比较结果。将比较结果count信号，经过接口P9反馈回时序驱动模块11，对比较结果进行计数。本实用新型将这些功能在时序驱动模块11时序产生单元112中的ISPLSI1032EU5实现，简化了系统，而且稳定性和实时性更高。计数数结果通过接口P9传输至数码显示单元125中的LED数码管U7实时显示计数值，该计数值就是表示测得的物体的直径。放大单元122采用OP37低噪声精密放大器U8；采样保持单元123采用AD781高速采样保持放大器U10；比较单元124采用LM393双电压比较器U9。

如图4(a)、图4(b)、图4(c)所示，线阵CCD另一路视频信号输出通过航空插头P12进入数字处理与采集模块13。首先在数字处理单元132中经过CCD视频信号专用处理芯片XRD4460 U12进行数字化处理，然后将数字化后的图像数据通过数据采集单元133中的USB接口控制芯片CY7C68013U14进行USB数据传输。XRD4460内部含有相关双采样电路、钳位电路、可编程增益控制电路、AD转换电路、时序控制发生器以及串行接口，专用于CCD视频信号处理。采用CCD视频信号专用处理芯片XRD4460 U12对CCD视频信号进行数字化处理，降低了电路复杂度，减少了系统功耗，获得更好的性能。XRD4460本身工作需要的时序由时序驱动模块11产生，并通过接口P11传输至XRD4460U12。数据采集单元133设置USB2.0接口实现与计算机的连接，数据传输速度最高能达到480Mbit/s，可以将线阵CCD采集到的图像实时传输到计算机进行图像处理，速度更快，实时性更高。USB2.0协议由USB接口控制芯片CY7C68013 U14实现，CY7C68013U14内有8051内核，可以对其进行编程下载。CY7C68013 U14的三个IO端口PD0、PD1、PD2分别XRD4460 U12的串行接口LOAD、SDI、SCLK相连接，由CY7C68013 U14对XRD4460 U12的内部寄存器进行在线配置。XRD4460 U12数据输出连接至CY7C8013U14的PB端口。CY7C68013 U14采集线阵CCD图像数据需要行同步控制，该同步控制信号V_VALID由时序驱动模块产生并通过接口P11输入至CY7C68013 U14。该数字处理与采集模块13的控制单元134设有三个设置按键K14、K16和K17来对XRD4460 U12内部寄存器进行手动设置，通过三个LED数码管U21、U22和U23显示设置参数相应的值。数字处理与采集模块13使用USB总线供电，通过AMS1117-3.3电源转换芯片U13将+5V的USB总线电源转换成+3.3V电源。

如图5所示，光机组件模块14对检测目标进行成像。本实用新型的光机组件模块14除了提供线阵CCD相机149，还提供了近摄适配器148、分辨率测试板143、物体直径测试板144以及能够匀速转动的带有测试图案的转筒142，可以进行多种不同的实验。线阵CCD相机物距较近，在CCD和镜头之间增加了一个近摄适配器148。近摄适配器148带有刻度，可以对物距进行细微调节从而得到更好的成像效果。在光机组件模块14基板上装有测试板插座145，可以将分辨率测试板143、直径测试板144分别插入测试板插座145来做不同的实验。测试板插座145后面安置有匀速转台141，它由直流减速电机带动，保证其匀速转动。在匀速转台上放置转筒142。该转筒142表面覆有测试图案。线阵CCD可对转筒142表面的测试图案进行逐列扫描成像。图像信息经数字处理与采集模块13数字化并通过USB2.0接口传输到计算机，可以通过计算机软件将一维的图像信息进行合并，形成完整的二维图像进行实时显示。

本实用新型的有益效果：本实用新型由于采用模块化设计，在教学实验过程中可以实现增量式实验，便于学生逐步理解CCD光电特性，并能对系统进行扩展，提高学生的创新和综合应用能力；采用可编程逻辑器件CPLD产生CCD的各种驱动信号，速度快，稳定性高；线阵CCD的积分时间及像元读出速率可以手动调节，CPLD内部程序可以在线更改升级，系统的灵活性和稳定性高；综合模拟处理和数字处理，可以进行CCD性能测试、物体直径测量以及二维图像采集不同的试验内容，也可以用于工业测量和检测，实现多种功能；设置ISP口对CPLD进行编程下载；设置USB2.0接口，数据传输速率最快能达到480Mbit/s，可以将视频数据上传到计算机进行图像处理。

附图说明：

图1为本实用新型结构示意框图。

图2(a)为本实用新型时序驱动模块11接口单元111电路原理图。图2(b)为本实用新型时序驱动模块11时序产生单元113电路原理图。图2(c)为本实用新型时序驱动模块11缓冲单元112和时序控制单元114电路原理图。

图3为本实用新型模拟处理模块12电路原理图。

图4(a)为本实用新型数字处理与采集模块13接口单元131和数字化处理单元132电路原理图。

图4(b)为本实用新型数字处理与采集模块13数据采集单元133电路原理图。

图4(c)为本实用新型数字处理与采集模块13控制单元134电路原理图。

图5为本实用新型光机组件模块14结构示意框图。其中：匀速转台141；转筒142；分辨率测试板143；物体直径测试板144；测试板插座145；光机组件基板146；F口镜头147；近摄适配器148；线阵CCD相机149。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实用新型提供线阵CCD光电实验装置的构成有：

时序驱动模块11、模拟处理模块12、数字处理与采集模块13、及光机组件模块14；其中，时序驱动模块11与模拟处理模块12、数字处理与采集模块13及光机组件模块14连接，光机组件模块14与时序驱动模块11、数字处理与采集模块13和模拟处理模块12连接；

所述的时序驱动模块11产生模拟处理模块12、数字处理与采集模块13和光机组件模块14的驱动信号；同时，模拟处理模块12的输出反馈给时序驱动模块11；光机组件14中的线阵CCD相机产生的视频输出信号分为两路各接到模拟处理模块12及数字处理与采集模块13分别进行模拟的和数字的处理；

时序驱动模块11、光机组件模块14以及模拟处理模块12组合，实现线阵CCD性能测试以及测量物体直径功能；时序驱动模块11、光机组件模块14以及数字处理与采集模块13组合，实现线阵CCD视频信号数字化以及图像采集功能；

参见图2(a)、图2(b)、图2(c)，时序驱动模块11中采用Lattice公司生产的复杂可编程逻辑器件(CPLD)——ISPLSI1032E U5产生系统工作时序驱动信号，其速度快，可靠性和灵活性高。ISPLSI1032E输出驱动信号首先传输到三个74LS244 U1、U2、U3进行缓冲并与模拟处理模块12、数字处理与采集模块13以及光机组件模块14进行隔离保护，一个模块发生故障不会导致其他模块也受到损害。线阵CCD驱动信号包括行转移信号SH，移位驱动信号CR1、CR2以及像素复位信号RS。这四个驱动信号从ISPLSI1032E的IO8、IO9、IO10、IO11四个IO口输出后输入74LS244 U1，74LS244 U1的四个输出SH、CR1、CR2、RS通过航空插头P2与线阵CCD相机149相连。ISPLSI1032E U5可以通过ISP接口P4在系统重新编程下载。该模块11设置有8个拨动开关K5、K6、K7、K8、K9、K10、K11、K12可以对CCD积分时间以及像素读出速率进行手动调节。像元输出频率分为4档，分别设定为1.5MHz、1.0MHz、0.5MHz、0.1MHz。每一档像元输出频率对应4档积分时间，共16档积分时间，每一档积分时间步长为2ms。各档像元输出频率及积分时间按照下表进行设定：

拨动开关K5、K7、K9、K11选择像素读出速率；拨动开关K6、K8、K10、K12选择积分时间。通过这8个拨动开关进行档位选择，实现CCD积分时间和像元读出速率手动调节。时序驱动模块11放置有T1、T2、T3、T4四个测试点，依次对CCD行转移驱动信号SH、移位驱动信号CR2、移位驱动信号CR1以及像素复位信号RS进行跟踪测试。

参见图3，线阵CCD相机149输出一路视频信号通过航空插头接口P8进入模拟处理模块12。CCD输出有效视频信号幅值在几百毫伏，要进行下一步处理，必须要对其进行放大处理。低噪声精密放大器OP37 U8对CCD输出视频信号进行放大。OP37 U8使用+5V和-5V双电压供电。通过改变电位器R34的阻值可以控制放大器OP37 U8的增益，使放大器OP37 U8输出最高电压在4～5V左右。放大器OP37 U8输出信号传输到高速采样保持放大器AD781 U10进行采样。采样时钟由时序驱动模块11产生。采样时钟频率和CCD像素读出速率相同并在CCD输出有效信号区域进行采样。AD781 U10输出送至比较器LM393 U9输入端，将其和参考阈值电压进行比较。阈值电压可以通过改变电位器R42的阻值进行调节。比较器LM393 U9输出端连接一个5V的稳压管D3将比较器LM393 U9的输出限定在高电平+5V和低电平0V两种结果。当输入电压高于阈值电压时，比较器LM393 U9输出高电平+5V；当输入电压低于阈值电压时，比较器LM393 U9输出低电平0V。比较器LM393 U9输出结果反馈至时序驱动模块11中的ISPLSI1032E U5，ISPLSI1032E U5对高电平期间的采样脉冲个数进行计数。该数值即代表被测物体的直径宽度信息。模拟处理模块11通过接口P9接收ISPLSI1032E U5输出的计数值，驱动LED数码管U7实时显示。

参见图4(a)、图4(b)、图4(c)，线阵CCD相机149输出另一路视频信号传输至数字处理与采集模块13。CCD视频信号通过航空插头P12连接至数字处理与采集模块13。该视频信号首先通过一个0.01μF的电容C17耦合到CCD信号专用处理芯片XRD4460 U12输入端InN。在XRD4460 U12内部进行相关双采样、可编程增益控制、暗电平自动校正、数字偏置控制、模数转换一系列处理，最后经过缓冲输出10位的数字信号。其最高采样速率达到16MHz，完全满足线阵CCD输出像素速率的要求。XRD4460 U12所需要的时序信号由时序驱动模块11产生并通过接口P11输入。利用XRD4460 U12的测试点输出TEST引脚，可以在线观察经过钳位和相关双采样处理后的CCD视频信号。XRD4460 U12内部有一系列的寄存器来控制其工作状态以及输出，这些寄存器通过串行接口总线LOAD、SDI、SCLK来设置。串行接口总线LOAD、SDI、SCLK分别和CY7C68013 U14三个IO端口PD0、PD1、PD2相连接。根据该串行接口总线的协议，由CY7C68013 U14实现对XRD4460 U12内部寄存器参数的设置。数字处理与采集模块13控制单元134中设有三个设置按键K14、K16、K17和一个4路的拨码开关K15。按键K14对XRD4460 U12内部寄存器值进行设置；按键K16实现设置参数值在原值基础上加1；按键K17实现设置参数在原值基础上减1。拨码开关K15第一路选择CY7C68013 U14的工作模式，第二路选择XRD4460 U12内部寄存器，第三路选择XRD4460 U12测试点TEST的打开状态，第四路选择XRD4460 U12数字偏置控制工作使能状态。XRD4460 U12输出10位数据的高8位(最低两位舍弃)输入置CY7C68013 U14端口PB。CY7C68013 U14支持USB2.0协议，数据传输速度最高能达到480Mbit/s，具有8051内核。在数据传输时，有两种工作模式：SLAVE FIFO模式和GPIF模式。拨码开关K15第一路打开时，选择SLAVE FIFO模式；拨码开关K15第一路闭合时，选择GPIF模式。通过CY7C68013 U14的I2C总线，将设置的寄存器参数值显示在三个LED数码管U21、U22、U23上。通过两个PCF8574AU16、U17对I2C总线进行扩展。三个LED数码管U21、U22、U23显示的数值首先通过三个锁存器74LVC573 U18、U19、U20进行锁存，然后驱动LED数码管U21、U22、U23进行显示。CY7C68013 U14使用24MHz无源晶振Y1，CY7C68013 U14固件程序存储在一片E2PROM 24LC64 U15中，系统上电后，CY7C68013 U14自动从24LC64 U15中读取固件程序。通过USB接口P13可以与计算机相连接。数字处理与采集模块13使用USB总线供电。通过AMS1117-3.3U13将+5V的USB总线电源转换成+3.3V电源为数字处理与采集模块13供电。

参见图5，光机组件模块14包括：匀速转台141、转筒142、分辨率测试板143、物体直径测试板144、测试板插座145、光机组件基板146、F口镜头147、近摄适配器148、线阵CCD相机149。线阵CCD相机149留有DB9接口和视频输出接口与时序驱动模块11、模拟处理模块12以及数字处理与采集模块13相连接。线阵CCD相机149与近摄适配器148密闭联接。近摄适配器带有刻度，可以对物距进行细微调节。在光机组件模块14基板上装有测试板插座145，可以将分辨率测试板143、直径测试板144分别插入测试板插座145，可以进行CCD分辨率测试、CCD动态范围测试、CCD暗电流测试、物体直径测试不同的测试实验。转筒142放置在匀速转台141上面，其表面覆有测试图案。转筒142随匀速转台141一起做匀速转动，线阵CCD相机149对转筒142表面上的测试图案进行逐行扫描。

Claims (2)

1、线阵CCD光电实验装置，其特征在于，其构成有：时序驱动模块(11)、模拟处理模块(12)、数字处理与采集模块(13)及光机组件模块(14)；其中，时序驱动模块(11)与模拟处理模块(12)、数字处理与采集模块(13)、光机组件模块(14)连接，光机组件模块(14)与模拟处理模块(12)、数字处理与采集模块(13)连接；

所述的时序驱动模块(11)产生模拟处理模块(12)、数字处理与采集模块(13)和光机组件模块(14)的驱动信号；同时，模拟处理模块(12)的输出反馈给时序驱动模块(11)；光机组件(14)中的线阵CCD相机产生的视频输出信号分为两路各接到模拟处理模块(12)及数字处理与采集模块(13)分别进行模拟的和数字的处理；

时序驱动模块(11)、光机组件模块(14)以及模拟处理模块(12)组合，实现线阵CCD性能测试以及物体直径测量；时序驱动模块(11)、光机组件模块(14)以及数字处理与采集模块(13)组合，实现线阵CCD视频信号数字化以及图像采集。

2、如权利要求1所述的线阵CCD光电实验装置，其特征在于，所述的时序驱动模块(11)结构的构成有：接口单元(111)、缓冲单元(112)、时序驱动产生单元(113)和时序驱动控制单元(114)；其中：接口单元(111)、缓冲单元(112)、时序驱动产生单元(113)和时序驱动控制单元(114)依次连接；

所述的接口单元(111)分别连接模拟处理模块(12)、数字处理与采集模块(13)、光机组件模块(14)，通过接口单元(111)在模块间进行信号交换；时序驱动控制单元(114)控制时序驱动产生单元(113)产生的CCD积分时间以及像素读出速率，可以调节不同的积分时间以及像素读出速率；缓冲单元(112)对时序驱动产生单元产生的驱动信号进行缓冲以增强其驱动能力，并和模拟处理模块(12)、数字处理与采集模块(13)以及光机组件模块(14)进行隔离，增强系统的稳定性；

时序驱动产生单元(113)采用复杂可编程逻辑器件ISPLSI1032E U5产生线阵CCD时序驱动；此外，模块中采用8个拨动开关，对线阵CCD的积分时间以及像素读出速率进行手动调节；

模拟处理模块(12)的构成有：接口单元(121)、放大单元(122)、采样保持单元(123)、比较单元(124)和数码显示单元(125)；其中：接口单元(121)、放大单元(122)、采样保持单元(123)、比较单元(124)依次连接；接口单元(121)和比较单元以及数码显示单元(125)相连接；

所述的接口单元(121)分别与时序驱动模块(11)和光机组件模块(14)相连接，进行信号交换；放大单元(122)对线阵CCD输出模拟信号进行放大；采样保持单元(123)对放大后的信号进行采样；比较单元(124)将采样后的信号和阈值电平进行比较，比较的结果反馈给时序驱动模块(11)；数码显示单元(125)实时显示测量的物体直径信息；

模拟处理模块(12)中比较单元(124)输出的比较结果通过接口单元(121)反馈回时序驱动模块(11)中的ISPLSI1032E U5，对比较结果进行计数，然后计数结果通过接口单元(121)传输至数码显示单元(125)对比较结果进行显示；

数字处理与采集模块(13)的构成有：接口单元(131)、数字化处理单元(132)和数据采集单元(133)和控制单元(134)；其中：接口单元(131)、数字化处理单元(132)和数据采集单元(133)和控制单元(134)依次连接；接口单元(131)和数据采集单元(133)还连接；

所述的接口单元(131)分别与时序驱动模块(11)和光机组件模块(14)相连接，进行信号交换；数字化处理单元(132)对线阵CCD输出的视频信号进行相关双采样以及模数转换，转化成的数字信号输入数据采集单元(133)；数据采集单元(133)将数字化后的CCD信号通过USB2.0接口传输到计算机进行进一步处理；控制单元(134)通过数据采集单元(133)中的单片机对数字化处理单元(132)进行参数控制；

光机组件模块(14)的构成有：匀速转台(141)、转筒(142)、分辨率测试板(143)、物体直径测试板(144)、测试板插座(145)、光机组件基板(146)、F口镜头(147)、近摄适配器(148)和线阵CCD相机(149)；其中：匀速转台(141)和转筒(142)以及光机组件基板(146)相连接；测试板插座(145)和分辨率测试板(143)、物体直径测试板(144)以及光机组件基板(146)相连接；F口镜头(147)和近摄适配器(148)相连接；近摄适配器(148)和线阵CCD(149)相连接；线阵CCD相机(149)和光机组件基板(146)相连接；

所述的光机组件基板(146)为光机组件模块(14)提供承载；匀速转台(141)带动转筒(142)匀速转动；转筒(142)、分辨率测试板(143)以及物体直径测试板(144)提供测试目标；测试板插座(145)将分辨率测试板(143)和物体直径测试板(144)固定在光机组件基板(146)上；近摄适配器(148)连接F口镜头(147)和线阵CCD相机(149)，对物距和像距进行调节；线阵CCD相机(149)接收时序驱动模块(11)产生的时序驱动信号，分别对转筒(142)、分辨率测试板(143)以及物体直径测试板(144)进行成像，将图像信息转换成视频信号分别输出到模拟处理模块(12)和数字处理与采集模块(13)。

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