线阵CCD应用技术实验指导
王庆有
天津市耀辉光电技术有限公司
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实验规则及注意事项
为了确保CCD应用技术实验的顺利进行，保障人身安全，避免损坏设备，达到实验目的，要求实验人员必须严格遵守下述实验规则及注意事项，在教师的指导下有秩序、按步骤进行。
1、 在实验之前，实验人员必须阅读本实验指导书中所要求的实验准备内容，并阅读必要的参考资料。明确实验目的，了解实验内容的详细步骤，达到要求后方能进行实验。
2、 实验进行过程中，必须严格按照指导教师制定的步骤进行实验，不得自行随意进行，否则可能会损坏实验仪器或配件，造成严重后果。
3、 要爱护实验仪器、示波器和计算机等实验设备，不允许将其它不相关的仪器在未经许可情况下与实验仪进行连接。
4、 所有与实验仪器相关的线缆，如：电源线、示波器的地线、计算机与实验仪的USB数据线等必须在断电情况下进行连接，严禁带电插拔所有的线缆。
5、 应集中精力，认真实验；遇到问题时应找指导教师解决；不许自作主张、自行处理，否则，应承担相应责任。
6、 所有实验设备都应当有良好的接地线，并在确实保证接地线连接好后方能开机上电。
7、 一旦发生意外事故或者实验出现异常现象，应当立即切断实验设备的电源，并如实向指导教师汇报情况。故障排除后方可继续进行实验。
8、 做每个实验之前都应该预习实验指导书中提示的所须仪器、配件、实验原理、步骤和实验讨论的内容等，特别是需要临时拆装、改造装置时更应该按实验指导书所规定的步骤与方法进行；
9、 应该仔细阅读实验指导书后的附录，附录内容如“实验设备使用说明书”、“部件说明书”、“软件使用说明书”等是完成实验，使之达到实验目的的重要参考资料，必须事前阅读。
10、 实验报告不但要写实验指导每节规定的内容还要写通过实验自己的心得体会和所取得的进步。
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目 录
实验规则及注意事项 ................................................................................................................... 2 第一篇 线阵CCD实验指导..................................................................................................... 5 实验一 线阵CCD原理与驱动特性 ......................................................................................... 6
一、实验目的 ....................................................................................................................... 6 二、实验前准备内容 ........................................................................................................... 6 三、实验所需仪器设备 ....................................................................................................... 6 四、实验内容及步骤 ........................................................................................................... 6 五、实验总结与实验报告 ................................................................................................... 9 实验二 线阵CCD输出特性的测量 ....................................................................................... 10
一、实验目的 ..................................................................................................................... 10 二、实验准备内容 ............................................................................................................. 10 三、实验所需仪器设备 ..................................................................................................... 10 四、实验内容及步骤 ......................................................................................................... 10 五、实验总结 ..................................................................................................................... 12 实验三 利用线阵CCD进行物体外形尺寸的测量 ............................................................... 13
一、实验目的 ..................................................................................................................... 13 二、实验准备内容 ............................................................................................................. 13 三、实验所需仪器设备 ..................................................................................................... 14 四、实验内容及步骤 ......................................................................................................... 14 四、实验总结 ..................................................................................................................... 19 实验四 线阵CCD的A/D数据采集 ...................................................................................... 20
一、实验目的 ..................................................................................................................... 20 二、实验准备内容 ............................................................................................................. 20 三、实验所需仪器设备 ..................................................................................................... 20 四、线阵CCD的A/D数据采集基本原理 ...................................................................... 20 五、实验内容及步骤 ......................................................................................................... 21 六、实验总结 ..................................................................................................................... 22 实验五 用软件提取边缘信号的二值化 ................................................................................. 23
一、实验目的 ..................................................................................................................... 23 二、实验准备内容 ............................................................................................................. 23 三、实验所需仪器设备 ..................................................................................................... 23 四、软件提取边界信息的原理 ......................................................................................... 23 五、实验内容及步骤 ......................................................................................................... 24 六、实验总结 ..................................................................................................................... 25 实验六 利用线阵CCD测量物体的倾斜角度 ....................................................................... 26
一、实验目的 ..................................................................................................................... 26 二、实验准备内容 ............................................................................................................. 26 三、实验所需仪器设备 ..................................................................................................... 26 四、利用彩色线阵CCD测量物体倾斜角度的原理 ....................................................... 26 五、实验内容及步骤 ......................................................................................................... 27 六、实验总结 ..................................................................................................................... 29 实验七 条形码的测量与识别实验 ......................................................................................... 30
一、实验目的 ..................................................................................................................... 30 二、实验准备内容 ............................................................................................................. 30
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三、实验所需仪器设备 ..................................................................................................... 30 四、实验步骤 ..................................................................................................................... 30 五、实验总结 ..................................................................................................................... 35 实验八 用线阵CCD测量物体的振动 ................................................................................... 36
一、实验目的 ..................................................................................................................... 36 二、实验准备内容 ............................................................................................................. 36 三、实验所需仪器设备 ..................................................................................................... 36 四、用线阵CCD测量物体振动的原理 ........................................................................... 36 五、实验内容及步骤 ......................................................................................................... 37 六、实验总结 ..................................................................................................................... 38 实验九 利用线阵CCD进行图像扫描 ................................................................................... 39
一、实验目的 ..................................................................................................................... 39 二、实验准备内容 ............................................................................................................. 39 三、实验所需仪器设备 ..................................................................................................... 39 四、实验步骤 ..................................................................................................................... 39 五、 实验总结 ................................................................................................................... 42 实验十 编写线阵CCD的A/D数据采集程序 ...................................................................... 43
一、实验目的 ..................................................................................................................... 43 二、实验前的准备工作 ..................................................................................................... 43 三、实验所需仪器设备 ..................................................................................................... 43 四、实验步骤 ..................................................................................................................... 43 五、实验总结 ..................................................................................................................... 44 实验十一 利用外置相机进行实物尺寸测量 ......................................................................... 45
一、实验目的 ..................................................................................................................... 45 二、实验准备内容 ............................................................................................................. 45 三、实验所需仪器设备 ..................................................................................................... 45 四、实验内容与步骤 ......................................................................................................... 45 五、实验总结 ..................................................................................................................... 46 附录一 TCD2252D手册 ......................................................................................................... 47
一、 结构特点： ............................................................................................................... 47 二、特性参数： ................................................................................................................. 47 三、电路原理图 ................................................................................................................. 48 四、CCD驱动波形与同步脉冲的关系： ....................................................................... 50 附录二 TCD1251UD ............................................................................................................... 51
一、结构特点： ................................................................................................................. 51 二、光学与电气特性参数： ............................................................................................. 51 附录三 实验仪使用说明 ....................................................................................................... 57
一、仪器各部件介绍 ......................................................................................................... 57 二、更改实验过程对仪器的改装方法 ............................................................................. 57 三、线阵CCD工作参数的调整 ....................................................................................... 57 四、外置线阵CCD相机 ................................................................................................... 58 五、配件说明 ..................................................................................................................... 58 附录四 编程手册 ..................................................................................................................... 60
一、实验软件使用说明 ..................................................................................................... 60 二、二次开发SDK软件包使用说明 ............................................................................... 62
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第一篇 线阵CCD实验指导
电荷耦合器件（Charge coupled dvises）是70年代初期发现的新型集成光电传感器件。它有线阵列与面阵列两种基本类型，各有不同的工作原理与特性。它们的应用为机器视觉领域的改革创新立下了汗马功劳，使机器有了获取70%以上信息的能力，加之它易于与计算机配合，使机器安装“眼睛”与“大脑”成为可能，使机器走向自动化、智能化的趋势进入现实阶段。
线阵CCD的工作原理简单，易于掌握，而它在机器视觉领域的地位举足轻重。为遵循由浅入深、循序渐进的学习规律，我们将CCD实验指导书的内容分为2篇进行介绍。第一篇讲授线阵CCD的基本实验内容，第二篇讲授面阵CCD的基本实验内容。根据线阵CCD的基本原理和特性设置一些实验内容，通过这些实验使学生基本上掌握CCD尤其是线阵CCD的基本原理和工作特性；根据线阵CCD的应用特性或应用特点设置一些实验，内容很多，根据教学学时及专业方向进行适当的选择，没有前后顺序，可以根据自身的需要和理解进行实验。
值得提前交代的是线阵CCD通常用于工业领域的非接触自动检测设备上，尤其是自动化生产过程或生产线上用作在线非接触光电检测设备或俗成为“电眼”。非接触检测物体的尺寸、运动速度、加速度、运动规律、位置、面形、粗糙度、变形量、光学特性变化、条码信息和其他应用。内容十分丰富，不可能用有限的篇幅和实验仪器展示它的所有应用。只能挑选有代表性的进行较为深入的实验研究，实验指导的编写过程中充分考虑了培养学生动手能力和学习兴趣而专门设计了《线阵CCD应用开发实验仪》，该产品是作者的专利技术。本实验指导书是基于《线阵CCD应用开发实验仪》编写的教材。
第一篇共有 11项实验内容，前2个实验属于原理性或认识性实验，实验3~9属于典型应用的实验，学生通过这些代表性的应用实验能够充分认识与理解线阵CCD在工业领域非接触测量工作中的重要地位。后面2个实验难度大，所占用的时间长，但是意义非常大，属于拔高性质或开发性质的实验。可供高年级学生课程设计或毕业设计的题目。
几乎每个实验后面均有相应的问题供学生实验前或后进行思考，因此，实验前的预习是非常重要的，通过实验掌握的知识比书本介绍的内容还要丰富。
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