實驗六面陣CCD數(shù)據(jù)采集與圖像顯示實驗

1、光電成像器件實驗報告實驗題目實驗六 面陣 CCD數(shù)據(jù)采集與圖像顯示實驗日期2016.6.29姓名楊智超組別雙2班級13光電子班學號134090340【實驗目的】1、了解面陣CCD輸出的復合視頻信號進行A/D數(shù)據(jù)采集的原理和方法；2、學習面陣CCD圖像采集軟件的基本操作并掌握面陣CCD圖像數(shù)據(jù)的讀寫操作和利用文本文件分析圖像性質(zhì)的方法?！緦嶒炂鞑摹抗怆娂夹g(shù)創(chuàng)新綜合實驗平臺 一臺 面陣CCD模塊 一臺帶寬50MHz以上雙蹤跡同步示波器 一臺 連接導線 若干【實驗原理】如圖1所示為面陣CCD輸出視頻信號通過數(shù)據(jù)采集卡與計算機接口的基本原理方框圖。圖1圖中的信號源一般為面陣CCD攝像機輸出的全電視信號

2、，也可以為錄像機輸出的視頻信號。該信號進入圖像卡后分為兩路，一路經(jīng)同步分離器分出行、場同步信號送給鑒相器，使之與卡內(nèi)的時序發(fā)生器產(chǎn)生行、場同步信號保持同相位關(guān)系，并通過控制電路使卡上的各單元按視頻信號的行、場電視制式的要求同步工作。另一路視頻信號經(jīng)過預處理電路，將視頻的灰度信號由峰值為1的標準電視信號放大到A/D轉(zhuǎn)換器所需要的幅度，并調(diào)整好白電平和對比度。預處理電路輸出的信號送A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。時序控制器將數(shù)字信號存于幀存儲器。同時，卡上設置了為模擬監(jiān)視器提供的全電視信號輸出單元。它由查找表、D/A轉(zhuǎn)換器和同步合成電路構(gòu)成。查找表在計算機接口電路的控制下，將A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字圖像

3、中的相同灰度值的地址放到指定的空間。這些數(shù)據(jù)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬電壓值，使D/A轉(zhuǎn)換器的輸出在查找表指定行列點的灰度，便可以快速地還原圖像于監(jiān)視器上。在軟件的作用下，圖像卡可以方便地對數(shù)字圖像進行存儲、檢測和加、減等各種運算處理。各模塊功能如下：1、視頻信號預處理電路視頻信號預處理電路具有視頻信號放大、對比度和亮度調(diào)節(jié)、輸出幅度同步鉗位等多種功能。一般通過多級視頻放大后送到A/D轉(zhuǎn)換電路。2、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將視頻信號由模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以便后續(xù)處理。一般需要高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，同時需要提供同步脈沖來作為A/D轉(zhuǎn)換器的啟動和轉(zhuǎn)換完成的標志功能。3、幀存儲器為實現(xiàn)實時采集圖像，在采集卡中設置有圖像

4、幀存儲器。當微機的地址信號有效時，可訪問幀存儲器。當采集系統(tǒng)的地址信號有效時，在軟件控制下可實時地將采集的數(shù)據(jù)存入幀存儲器或從幀存儲器取出，連續(xù)顯示幀存儲器存儲的圖像。4、輸出查找表及D/A轉(zhuǎn)換輸出查找表是一片高速靜態(tài)存儲器SRAM。幀存儲器傳來的數(shù)據(jù)可以選中查找表中的一個對應存儲單元。該單元預先由微機寫入了相應的圖像變換所需要的數(shù)據(jù)，并經(jīng)查找表的數(shù)據(jù)線輸出，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器送至監(jiān)視器，顯示灰度變換后的圖像。5、時序發(fā)生器與控制電路時序發(fā)生器用于產(chǎn)生圖像采集與顯示所需要的幀存儲器地址信號，以及行、場同步信號，以便于D/A輸出的視頻信號一起合成為全電視信號?！緦嶒灢襟E及注意事項】1、用導線將面陣C

5、CD模塊的12V和GND的臺階插座用導線連接到ZY12243B光電技術(shù)創(chuàng)新綜合實驗平臺的12V及對應GND插座上去；2、用雙磁環(huán)USB2.0接口數(shù)據(jù)線將面陣CCD模塊與計算機的USB端口相連接；3、打開計算機的電源開關(guān)，并確認面陣CCD模塊的軟件已經(jīng)安裝，若未安裝，則先將軟件安裝，安裝方法請見發(fā)貨光盤中面陣CCD安裝幫助；4、打開ZY12243B光電技術(shù)創(chuàng)新綜合實驗平臺的電源開關(guān)；5、采集指示燈點亮表明正在采集CCD攝像機圖像信號；6、將你所需要觀測圖片放置在鏡頭前，將CCD攝像頭的鏡頭蓋打開（圖片如圖1所示的）；圖17、運行“面陣CCD實驗”程序；選擇實驗列表中的“面陣CCD數(shù)據(jù)采集與圖像顯

6、示實驗”，如圖2；圖28、選擇如圖3所示界面上的“連續(xù)采集”命令，觀察采集到的實際圖像；圖39、選擇圖3中的“停止采集”命令，點擊圖4中的“保存圖片”按鈕，將圖片保存到指定目錄下。圖410、點擊圖4中的“保存所有數(shù)據(jù)”按鈕，將自動彈出保存數(shù)據(jù)的文本文件，文件的自動保存路徑為“*/data/”（*為“面陣CCD實驗”軟件所在的路徑）。11、文本文件記錄的數(shù)據(jù)信息為各像素點的R、G、B亮度值及黑白灰度值，如果為彩色圖片，則R、G、B亮度值與灰度值的關(guān)系為（式1）如果為黑白圖片，則R、G、B三色亮度值顯示量同灰度值。如圖5所示：圖512、找到圖像的清晰邊界，再從文本文件中找到圖像邊界所在坐標，觀察邊

7、界的數(shù)據(jù)特點，分析圖像數(shù)據(jù)變化的原因，以及如何運用數(shù)據(jù)信息13、在顯示圖像中移動鼠標，觀察軟件界面左下角數(shù)值的變化，從中找到所需要的信息，點，如幅度變化率最大點的位置，討論它的意義。如圖6；圖614、關(guān)機結(jié)束（1）將所需要保存的數(shù)據(jù)或文件進行保存處理；（2）關(guān)閉實驗平臺的電源；（3）蓋好鏡頭蓋；（4）退出軟件，關(guān)閉計算機?！緦嶒灲Y(jié)果與數(shù)據(jù)處理】1、面陣CCD采集到的信息可以在計算機屏幕上清晰成像后，將圖片以“Test1_1”命名進行保存，將數(shù)據(jù)保存的txt文檔重命名為“Test1_2”，“Test1_1”如圖7所示。圖72、將所采集的圖像數(shù)據(jù)以文本文件的方式保存起來，其部分數(shù)據(jù)如下：坐標紅色綠

8、色藍色灰度坐標紅色綠色藍色灰度0,1575757571,157575757760,575545454542,157575757761,575535353533,157575757762,575535353534,157575757763,5755252525205,157575757764,575535353536,157575757765,575202020207,157575757766,57500485767,575189179242189【實驗結(jié)論與分析】1、面陣CCD輸出的視頻信號為什么要先進行預處理才能送給 A/D轉(zhuǎn)換器進行 A/D轉(zhuǎn)換？解：輸出信號預處理器，包括信號低通濾波電路、

9、光耦隔離放大電路、復位噪聲濾除電路、電位調(diào)節(jié)放大及雙向限幅電路、時序發(fā)生電路和直流供電電路等。可將CCD的輸出信號轉(zhuǎn)換為僅包含像元信號幅值信息的信號，對頻率在一定范圍內(nèi)的輸出信號具有選擇作業(yè)。尤其是視頻信號，需要對圖像進行處理，所以要求信噪比高，進行預處理后再送給 A/D轉(zhuǎn)換器進行 A/D轉(zhuǎn)換可以得到更加的信號。2、思考有沒有更便捷的邊緣檢測方法？解：鏡頭邊緣檢測算法要做的是檢測出一段視頻片段中發(fā)生鏡頭切換的圖像幀。一般在同一個鏡頭中，相鄰的圖像幀是相似的，所以可以通過檢測相鄰圖像幀特征的突變來實現(xiàn)。眾多算法其實都離不開重要的兩點，怎么定義圖像的特征，怎么判定相似?？偟膩碚f大部分算法都太粗糙了，究其原因。一個是對于特征的定義太過單一，無法全美的反應圖片的特征，另外對于相