CCD应用技术实验指导
天津市耀辉光电技术有限公司
天津大学精密仪器与光电子工程学院
2006年11月
实验规则及注意事项
为了确保线阵CCD应用技术实验的顺利进行，保障人身安全，避免设备损坏，并且达到实验目的，要求实验人员必须严格遵守下述实验规则及注意事项，在指导教师的指导下有秩序、按步骤的进行。
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，造成严重后果。
3、 要爱护实验仪器和示波器、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的情况下与实验仪进行连接。
4、 所有与本实验仪相关的线缆如电源线、示波器地线、计算机USB数据连接线等必须在断电的情况下连接良好，严禁带电插拔所有线缆。
5、 实验时应集中精力，认真实验；遇到问题时，应找指导教师解决；不许自作主张。
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所有实验设备应当在确定所有地线良好连接后方可开机上电。
7、 一旦发生意外事故或者实验出现异常现象时，应当立即切断实验设备电源，并如实向指导教师汇报情况。故障排除之后方可继续实验。
8、 使用彩色线阵CCD多功能实验仪之前，应仔细阅读本手册的 “软件使用说明”。
所有需要利用测量片夹的实验，安放测量片夹时应注意安放方向和位置：从CCD方向观看，测量片夹上的字母应正向向上；做“利用彩色线阵CCD进行振动测量实验”和“利用彩色线阵CCD进行图像扫描实验”实验时，测量片夹应安放在远离光源的片夹夹具，其它实验，应安放在靠近光源的片夹夹具上。空白片夹用于自行设计实验内容。
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目 录
实验一 线阵CCD原理及驱动 4 实验二 线阵CCD特性测量实验 7 实验三 线阵CCD输出信号的二值化 9 实验四 线阵CCD的A/D数据采集 13 实验五 线阵CCD的软件二值化与图像边缘信号的提取 16 实验六 利用线阵CCD进行简单角度测量 19 实验七 用线阵CCD测量物体尺寸 22 实验八 利用彩色线阵CCD进行颜色识别 24 实验九 利用彩色线阵CCD进行振动测量 27 实验十 利用彩色线阵CCD进行图像扫描实验 29 实验十一 编写线阵CCD的A/D数据采集程序 31 实验十二 利用外置相机进行实物外形尺寸测量 33 附录一 TCD2252D手册 35
附录二 TCD1251D手册 38
附录三 彩色线阵CCD多功能实验仪说明 42
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实验一 线阵CCD原理及驱动
一、实验目的
1、 掌握本实验仪的基本操作和功能。
2、 掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等的测量方法。
3、 通过对典型线阵CCD驱动脉冲的时序和相位关系观测，掌握二相线阵CCD的基
本工作原理，尤其是复位脉冲CCD输出电路中的作用；转移脉冲与驱动脉冲间的相位关系，掌握电荷转移的过程。
二、实验前准备内容
1、 学习线阵CCD的基本工作原理（参考《图像传感器应用技术》教材），阅读双踪迹示波器的使用说明书。
2、 学习TCD2252D线阵CCD基本工作原理与驱动波形图（参考附录）。
3、 掌握双踪迹示波器的基本操作方法，尤其是它的同步、幅度、频率、时间与相位的测量方法。
4、 根据线阵CCD的基本工作原理，观测转移脉冲SH与F1（CR1）、F2（CR2）的
相位关系，理解线阵CCD的并行转移过程。观测F1与F2及F1与CP、SP、RS间的相位关系，理解线阵CCD的串行传输过程和复位脉冲RS的作用。
5、 测量CCD在不同驱动频率的情况下的F1与F2、F1、RS的周期与频率值，以及它的行周期（FC）值。 三、实验所需仪器设备
1、 双踪迹同步示波器（带宽50MHz以上）一台。
2、彩色线阵CCD多功能实验仪YHLCCD－IV一台。 四、实验内容及步骤
1．实验预备
（1） 首先将示波器地线与实验仪上的地线连接良好，并确认示波器和实验仪的电源插头均已插入交流220V的电源插座上；
（2） 取出双踪迹同步示波器，将电源线插入交流220V的电源插座上，测试笔（或称探头）分别接入测试输入端口；打开示波器的电源开关，选择自动测试方式，调整显示屏上出现的扫描线处于便于观察的位置；
（3） 将示波器的两个测试笔分别接到示波器的标准输出信号输入端子上进行校准；
（4） 打开YHLCCD－IV的电源开关，观察仪器面板显示窗口，数字闪烁表示仪
器初始化，闪烁结束后显示为“00 0”字样，前两位数表示积分时间档次值，末位数表示CCD的驱动频率档位值。积分时间共分为32档，显示数值范围由“00”~“31”，数值越大表示积分时间越长。积分时间的设置由仪器数值显示板下方的四个按键开关控制，
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分为十位键与个位键控制，按标有“+”号的键将使对应的显示积分时间的挡位加一操作，按动标有“－” 号的键将使对应的显示积分时间的挡位减一操作；CCD的驱动频率档位值共有4档，分别显示数值为“0”~“3”，“0”挡位下的驱动频率最高，“1”挡位数下的驱动频率是“0”挡位下的驱动频率的一半，显然，“3”挡位数下的驱动频率是“0”挡位下的驱动频率的1/8；
2．驱动脉冲相位的测量
（1） 将示波器测试笔CH1和CH2的扫描线调整至适当位置后，用CH1为同步信号输入端。对照“附录一”TCD2252D的驱动波形进行下面的实验。
（2） 用测试笔CH1接到仪器表面上（转移脉冲）上，仔细调节触发脉冲电平旋钮使显示波形稳定（同步），使SH脉冲宽度适当（将示波器的扫描频率调至2?s左右）以便于观察。用测试笔CH2分别接到仪器表面标有“F1”与“F2”（驱动脉冲）字样的测试端口，观测SH与F1、F2的相位关系；
（3） 再用测试笔CH1测量F1信号， CH2探头分别测量F2、RS、CP、SP信号，观测F1与F2、RS、CP、SP信号之间的相位关系。
（4） 用测试笔CH1探头测量CP信号，CH2探头分别测量RS、SP，观测CP与RS、SP信号之间的相位关系。
（5） 将以上所测的波形与相位关系与“附录一”所示TCD2252D的驱动波形相对照。
3．驱动频率和积分时间测量
（1）用示波器分别测量4档位下的驱动脉冲F1、F2、复位RS信号的周期、幅度，并计算出它们的频率填入表1-1。
驱动频率 0档 1档 2档 3档 表1-1 驱动频率与周期
F1 项目 周期（μs） 频率（KHz） 周期（μs） 频率（KHz） 周期（μs） 频率（KHz） 周期（μs） 频率（KHz） F2 RS （2）将CCD的驱动频率设置为“0”档，积分时间也设置为“00”档。用测试笔CH1测FC（以它作同步），用测试笔CH2测量SH，观察两者的周期是否相同，记录FC信号的周期。通过实验仪面板上的积分时间和驱动频率的调整按钮进行调节，并将不同驱动频率档和积分时间档次下的FC周期填入下表1-2中。表1-2只列出16档，其余档次可以自行添加测量。
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