基于CCD图像传感器的尺寸测量仪设计与实现

论文摘要

CCD是当今图像传感器的主流技术,也是技术最成熟、应用最广泛的可见光图像传感器,以其光谱响应宽、动态范围大、灵敏度和几何精度高,噪声低、分辨力高、便于进行数字化处理和与计算机连接等优点,应用领域不断扩展,其在工业测控中也得了广泛应用。本课题的任务是采用新型光电器件线阵CCD作为测量用传感器,用单片机系统作数据采集和处理,开发出一套低成本、高精度、高灵敏度、智能化的、非接触直径测量系统,用以实时测量各种管材在拉制或生产中的直径值。本系统设计实现了非接触测量系统的整体设计方案,阐述了CCD传感器、光学系统、信号处理系统的选用依据和原则；确定了光学成像物镜参数和调焦机构；设计实现了CCD输出信号的前置处理电路、后继处理的单片机硬件设计,电路工作稳定、可靠、精度高；测量软件采用汇编语言编写,采取了软件定标和数字滤波等措施提高测量精度,满足了实时测量要求；给出了实验数据,最后分析了测量误差产生的原因,给出了误差修正方法及进一步提高测量精度的措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 CCD测量系统技术概况
• 1.2.1 CCD技术的发展现状
• 1.2.2 CCD技术的应用
• 1.2.3 基于单片机的线阵CCD一维尺寸测量技术
• 1.3 课题的研究内容及创新之处
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 创新之处
• 1.4 本文组织结构
• 2 CCD图象传感器
• 2.1 CCD的工作原理
• 2.1.1 光电转换、存储
• 2.1.2 电荷的转移
• 2.1.3 电荷读出
• 2.2 CCD图像传感器
• 3 测量系统的总体设计
• 3.1 测量原理
• 3.2 光源及光路部分
• 3.2.1 照明光源的必要特性
• 3.2.2 主要照明光源特性分析
• 3.2.3 CCD成像光路
• 3.3 CCD输出信号处理
• 3.3.1 低通滤波器
• 3.3.2 微分电路
• 3.3.3 绝对值电路
• 3.3.4 过零触发电路
• 3.3.5 二值化电路
• 3.4 单片机测量系统
• 4 单片机测量系统硬件结构
• 4.1 单片机检测系统硬件
• 4.2 数据采集部分
• 4.3 人机接口——键盘/显示部分
• 4.4 报警输出部分
• 5 单片机测量系统软件设计
• 5.1 系统主程序
• 5.2 数据采集子程序
• 5.3 键盘管理子程序
• 5.3.1 键盘扫描子程序
• 5.3.2 键盘处理子程序
• 5.3.3 求键值子程序
• 5.3.4 数字键处理程序
• 5.4 显示子程序
• 5.4.1 PS7219的串行寻址方式
• 5.4.2 串行通讯程序
• 5.5 看门狗及报警子程序
• 5.6 测量算法
• 5.7 现场标定子程序
• 6 测量数据及误差分析
• 6.1 实验数据及处理
• 6.1.1 实验数据
• 6.1.2 数据处理
• 6.2 误差分析
• 6.2.1 调焦误差
• 6.2.2 透镜畸变的影响
• 6.2.3 CCD安装的影响
• 6.2.4 计数误差
• 6.2.5 外界环境条件影响
• 6.3 提高测量精度的措施
• 7 结论与未来工作展望
• 7.1 结论
• 7.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献