光电显示与检测实验五 线阵CCD应用实验
（4） 调整物镜的焦距使如图3-7所示输出信号曲线的斜率尽量陡；
图3-7 尺寸测量软件界面
图3-8 光学放大倍率测量与设置软件界
（5） 停止采集后，界面进入到如图3-8所示的光学放大倍率的测量与设定软件界面，并在界面的底部用文字方式提示实验者应该执行的步骤，如图3-8中提示的“请将标准棒插入测试槽中，观察数据曲线。”，实验者应该按着提示将φ5的测试棒插入测试槽中。然后根据曲线波形调节驱动频率与积分时间使信号波形输出幅度适合测量需要（注意绝对不能使CCD输出信号波形出现“饱和现象”，否则严重影响测量精度）。如图3-8中设定积分时间
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为“6”档，驱动频率为“0”档时输出信号波形较为理想；
（6） 选择适当的阈值，二值化阈值电平的选择原则是能够检测出物体的真正外形尺寸值。例如，在如图3-8所示输出波形图上可以看出，波形幅度的一半处能够反映物体的外形尺寸信息，此处曲线的变化率也最大，为此可以选定阈值为“127”，再执行“下一步”，界面弹出下一步操作的提示；
（7） 调整光学成像系统的焦距与光圈，注意观察输出信号波形，使信号波形中反映尺寸信息的变化边缘越陡成像光学系统调整得越佳，测量系统的精度越高。调整好光学系统后执行下一步；
（8） 在软件界面的提示下进行操作，将用卡尺或千分尺测量的标准被测物尺寸值输入到如图3-9所示的 “已知值”输入框中，再执行“下一步”，软件自动计算出光学系统的放大倍率β并显示在新弹出如图3-10所示的界面上；再点击“下一步”，出现点击“完成”，便将测得的放大倍率存入计算机内存，为本实验的测量工作使用；
实验3-9 尺寸测量实验光学系统放大比率的标定
标定好光学系统放大倍率后测量系统就可以对如何安装在指定位置上的任何物体的外形尺寸进行测量实验，例如对仪器提供的3mm、8mm棒材的外径尺寸进行测量实验。实际的物体外形尺寸的测量仪器都需要上述的标定过程，只有经过上述标定才能够应用于实际工程中。
（9）也可以用最原始的数据测量光学系统放大倍率，当调整好光学成像系统的焦距后，停止采集，选择“数据结果”菜单，察看线阵CCD所有单元的数据，观察相邻两个像元数据的变化率，将发生由大变小变化率最大处的像元序列值（位置值）记为“N1”，将由小变大过程中变化率最大处的像元序列值记为“N2”，将所观察到的N1与N2值填入表3-1，重复上述过程，进行多次测量后，再将测量值代入公式（3-1），便可以获得光学系统的横向放大倍率β。
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??
?（Ni2?Ni1）i?177D （3-1）
式中D为校正所用物体的直径，测量次数根据统计理论应该是奇数次，这里取7次。
图3-10 尺寸测量系统光学放大倍率标定值
表3-1 光学放大倍率β的测量
二值化测量值 （N2－N1）（阈值2V） 物方尺寸 （mm） 像方计算尺寸 （mm） 光学放大倍率β 3）非接触测量物体的外形尺寸
（1）保持上述设置不变，取下测量光学系统放大倍率标准件，装上其他尺寸的被测件，盖上盖。连续记下10组数据，填入表3-2，计算出被测件的实际尺寸。
改变二值化阈值电平继续测量物体尺寸，观察、分析测量条件对测量结果的影响，为此先调出二值化实验软件。
（2） 将阈值电平的二进制数值设为98，测量出物体直径的一组相关数据，填入表3-2，计算出被测杆件的直径D。
（3） 再调整阈值至127，测量一组数据，填入表3-2，计算出被测杆件的直径，观察阈值电平改变前、后被测杆件直径值的变化。
（4） 若调整阈值调至150，再测量一组数据，计算出被测杆件的直径，观察阈值电平改
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变前、后被测杆件直径值的变化。
（5） 改变积分时间后，再重复上述实验，观察CCD输出信号波形的变化，同时纪录测量值的变化。
（6） 当线阵CCD开始出现饱和状态后，再观测被测物尺寸的变化情况，进入深度饱和后测量结果有何变化？
二值化测量值 表3-2 被测件外径的测量 二值化测量值 物方尺寸 （mm） 物方尺寸 （mm） （N2－N1）（阈值98） （N2－N1）（阈值127） 3．结束与关机
上述实验完成，并达到实验目的，便可结束实验。
（1） 将软件程序退出，再关闭计算机系统； （2） 关闭实验仪的电源； （3） 将总电源关闭；
（4） 将实验仪器及其用具收拾好，工具放到指定位置；
（5） 将所做实验数据交于实验指导老师审查，合格后方可离开实验室。
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（四） 线阵CCD的A/D数据采集
一、实验目的
1、 掌握线阵CCD的A/D数据采集的基本原理。 2、 进一步掌握线阵CCD积分时间与光照灵敏度的关系。
3、 掌握本实验仪配套软件的基本操作，熟悉各项设置和调整功能。
4、学习基本数据采集软件的编写方法和应用技巧（选做）。 二、实验准备内容
1、 学习或复习C语言与VC++语言内容，特别是用计算机内存数据绘制波形图的基本功能。
2、 进一步学习和掌握有关线阵CCD输出信号的特点，利用FC、SP脉冲进行A/D转换操作的同步，数据存储与读取的方法，掌握A/D转换与数据采集基本原理。
3、熟悉A/D数据采集的基本操作软件。 三、仪器设备
（1） LCCDAD-Ⅱ-A型线阵CCD应用开发实验仪一台； （2） 装有VC++软件及相关实验软件的PC计算机； 四、实验原理
线阵CCD的A/D数据采集的种类和方法很多，这里只介绍实验仪所采用的USB2.0接口方式的数据采集基本工作原理。
如图4-1所示为以高速8位A/D转换器件TLC5510A为核心器件构成的线阵CCD数据采集USB2.0接口方式的数据采集系统。它以CPLD为基本逻辑单元完成地址译码器、接口控制、同步控制、逻辑控制和数据采集等逻辑功能。计算机软件通过向端口发送控制指令完成对CPLD的复位与过程操作。CPLD的所有操作均以行周期脉冲FC进行同步控制，以采样脉冲SP为相元同步脉冲完成对每个像元的同步采集，A/D转换器输出的8位数字先存储在一个容量为32K的静态缓存器件SRUM62256中，待一行像元的数据转换完成后，CPLD会生成一个标志转换结束的信号，同时停止A/D转换器的转换工作。计算机软件在查询到结束标志信号后，读取SRAM存储器的数据，并将读出的数
据绘出波形曲线显示于计算机显示屏，当然也将数据以动态库的方式提供给用户，使用户通过自编程序扩展功能。当软件读取并处理完成一行数据后，再次发送复位指令进行上述采集过程的循环。