驱动频率0档 积分时FC周期间（档） （ms） 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 积分时间（档） 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 表1-2 积分时间的测量 驱动频率1档 FC周期（ms） 驱动频率2档 积分时间（档） 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 FC周期（ms） 驱动频率3档 积分时间（档） 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 FC周期（ms） 4．CCD输出信号的测量
（1） 将实验仪积分时间设置为“00”档，驱动频率设置在“0”档。
（2） 用示波器CH1探头测量FC信号，调节示波器显示至少2个FC周期； CH2 探头测量实验仪的UG输出端子，打开实验仪顶部盖板，调节镜头光圈。观察UG输出是否有变化，如没有任何变化，请通知实验指导教师调整。
（3） 逐步缩小镜头光圈，观测UG的波形变化，当UG的输出在小于3V时停止调整镜头光圈，盖上仪器盖板。
（4） 保持CH1探头不变，增加积分时间，用CH2探头分别测量UG、UR和UB信号，观测这三个信号在积分时间改变时的信号变化。
（5） 调节示波器扫描速度，展开SH信号，观测SH波形和CCD输出波形之间的相位关系。重复上述步骤观测FC波形和CCD输出波形之间的相位关系。
（6） 打开实验仪上盖板，将测量片夹B插入到后端片夹夹具中，适当开大镜头光圈，通过示波器观测CCD输出波形的变化。 5．关机结束
（1）关闭实验仪。
（2）关闭示波器。 （3）关闭电源。
五、实验总结
1、 写出实验总结报告，注意说明TCD2252D的基本工作原理。
2、 说明RS脉冲、SP脉冲和CP脉冲的作用，输出信号与F1、F2周期的关系。
3、解释为何在同样的光源亮度下会出现UR、UG、UB信号的幅度差异。
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实验二 线阵CCD基本特性的测量实验
一、实验目的
通过对典型线阵CCD在不同驱动频率和不同积分时间下输出信号的测量，进一步掌握线阵CCD的基本特性，加深积分时间对CCD输出信号的影响，掌握驱动频率和积分时间设置与改变的意义。正确理解线阵CCD器件的光照灵敏度的概念与饱和“溢出”的效应。
二、实验准备内容
1、 学习掌握线阵CCD的基本工作原理（参考《图像传感器应用技术》教材的相关章节）。
2、 学习掌握TCD2252D线阵CCD基本工作原理（参考附录一中的特性参数表）。
3、通过对典型线阵CCD的输出信号和驱动脉冲相位关系的测量，掌握线阵CCD的
基本特性。特别注意对积分时间、驱动频率、输出信号幅度等的测量结果的分析。找出积分时间、驱动频率、输出信号幅度间的关系，FC脉冲与输出信号的相位关系，说明FC脉冲的作用。
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） 首先将示波器的地线与多功能实验仪上的地线连接好，并确认示波器和多功能
实验仪的电源插头均插入交流220V插座上。
（2） 打开示波器电源开关，调整好示波器。
（3） 打开YHLCCD－IV的电源开关，测量F1、F2、FC、RS、SP、CP各路驱动脉
冲信号的波形，并与“附录一”中所示波形对比。应该与附图3所示的波形基本相符，表明仪器工作正常，继续进行下面实验；否则，应请指导教师检查。
2．驱动频率变化对CCD输出波形影响的测量
（1） 将示波器CH1和CH2的扫描线调整至适当位置，设置CH1所测信号为同步信号。
（2） 将实验仪CCD的驱动频率设置为“0”档，积分时间设置为“00”挡。 （3） 用CH1探头测量FC脉冲，仔细调节使之同步稳定，调节示波器使示波器显示至少2个稳定的FC周期，用测试笔CH2测量Uo(泛指UR、UG、UB)信号。
（4） 调整CCD成像物镜镜头的光圈，观测Uo信号幅度的变化，将光圈调整至UG
信号接近“0V”位置处停止调整光圈，将测量片夹B插入后端片夹夹具中，盖上盖板。
（5） 维持示波器探头不动，使FC脉冲始终保持显示至少2个周期，改变驱动频率，设置为“1”档，观测CCD输出信号的变化。
（6）继续调节驱动频率至“2”档和“3”档，观测输出信号UG的变化。并做相
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应记录。
3．积分时间与输出信号测量
（1） 保持实验仪其他设置不变，只将实验仪驱动频率设置恢复为“0”档，并确认积分时间设置处于“00”档。
（2） 用CH1探头测量FC脉冲，调节示波器使之同步稳定，并至少显示两个周期。用CH2探头测量Uo信号。
（3） 调节积分时间设置按钮逐步增加积分时间，测出输出信号Uo的幅度(VH是高电平，VL是低电平)值，添入表2-1。表2-1添满后，以积分时间为横坐标，以输出信号Uo的幅度为纵坐标，画输出特性曲线，观察CCD的输出信号与积分时间的关系，当CCD出现饱和后，积分时间与输出的信号有为如何？
（4） 驱动频率（即调节驱动频率设置按钮，从“0”至“3”），重复上述实验，观测波形变化情况并做相应记录。
（5） 写出实验报告，说明CCD输出信号与积分时间的关系，并解释之。
驱动频率0档 积分时FC周期间（档） （ms） 00 02 04 06 08 10 12 14 驱动频率2档 00 02 04 06 08 10 12 14 表2-1 输出信号幅度与积分时间的关系
输出信号Uo 驱动频率1档 输出信号Uo 输出幅输出幅度（VH） 度（VL） 输出信号Uo 输出幅输出幅积分时FC周期度（VH） 度（VL） 间（档） （ms） 00 02 04 06 08 10 12 14 输出信号Uo 驱动频率3档 00 02 04 06 08 10 12 14 4．关机结束
（1） 关闭实验仪。 （2） 关闭示波器。 （3） 关闭电源。
五、实验总结
1、 解释为什么驱动频率对积分时间会有影响？
2、 解释为什么在入射光不变的情况下积分时间的变化会对输出信号有影响？这对CCD的应用有何指导意义？进一步增加积分时间以后，输出信号的宽度会变宽吗？为什么？这对CCD的应用又有何指导意义？
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实验三 线阵CCD输出信号的二值化
一、实验目的
通过本实验进一步掌握线阵CCD的输出特性，用线阵CCD测量物体尺寸和位置的基本方法。掌握CCD积分时间对物体尺寸和位置测量的影响。
二、实验准备内容
1. 二值化的基本工作原理
线阵CCD的输出信号包含了CCD各个像元所接收光强度的分布和像元位置的信息，使它在物体尺寸和位置检测中显示出十分重要的应用价值。
CCD输出信号的二值化处理常用于物体外形尺寸、物体位置、物体震动（振动）等的测量。如图3-1所示为测量物体外形尺寸（例如棒材的直径D）的原理图。将被测物体A置于成像物镜的物方视场中，将线阵CCD像敏面恰好安装在成像物镜的最佳像面位置上。
当被均匀照明的被测物体A通过成像物镜成像到CCD的像敏面上时，被测物体像黑白分明的光强分布使得相应像敏单元上存储载荷了被测物尺寸信息的电荷包，通过CCD及其驱动器将载有尺寸信息的电荷包转换为如图3-1右侧所示的时序电压信号（输出波形）。根据输出波形，可以得到物体A 在像方的尺寸D?设光学放大倍率为β，则可以用下面公式计算出物体A的实际尺寸D为
D?D?/? （3-1）
显然，只要求出D?，就不难测出物体A的实际尺寸D。
线阵CCD的输出信号UO随光强的变化关系为线形的，因此，可用UO模拟光强分布。采用二值化处理方法将物体边界信息检测出来是简单便捷的方法。有了物体边界信息便可以进行上述测量工作。
2．二值化处理方法的波形
图3-2所示为典型CCD输出信号与二值化处理的时序图。图中FC信号为行同步
脉冲，FC的上升沿对应于CCD的第一个有效像元输出信号，其下降沿为整个输出周期的结束。UG为绿色组分光的输出信号，它为经过反相放大后的输出电压信号。为了提取图3-2所示UG的信号所表征的边缘信息，采用如图3-3所示的固定阈值二值化处理电路。该电路
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中，电压比较器LM393的正相输入端接CCD输出信号UG，而反相器的输入端通过电位器接到可调电平（阈值电平）上，该电位器可以调整二值化的阈值电平，构成固定阈值二值化电路。经固定阈值二值化电路输出的信号波形定义为TH。
图3-3 二值化电路
再进一步进行逻辑处理，便可以提取出物体边缘的位置信息N1和N2。N1与N2的差值即为被测物在CCD像面上所成的像占据的像元数目。物体A 在像方的尺寸L?为
D???N2?N1?L0 （3-2）
式中，N1与N2为边界位置的像元数，L0为CCD像敏单元的尺寸。
因此，物体的外径应为
D?(N2?N1)L0? （3-3）
3．二值化处理电路原理方框图
二值化处理原理图如图3-4所示，若与门的输入脉冲CRt为CCD驱动器输出的采样脉冲SP，则计数器所计的数为（N2－N1），锁存器锁存的数为（N2－N1），将其差值送入（N2－N1）LED数码显示器，则显示出（N2
－N1）值。
同样，该系统适用于检测物体的位置和它的运动参数，设图3-1中物体A在物面沿着光轴做垂直方向运动，根据光强分布的变化，同样可以计算出物体A的中心位置和它的运动速度、震动（振动）等。
三、实验所需仪器设备
1、 YHLCCD－IV型彩色线阵CCD多功能实验仪一台。
2、双踪迹同步示波器（带宽50MHz以上）一台。 四、实验内容及步骤
1．实验内容
（1） 观测二值化处理过程中CCD的输出信号；
（2） 在进行二值化阈值电平调整的过程中，观察阈值电平调整的调整过程； （3） 标定光学放大倍率； （4） 进行被测图形尺寸的测量；
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