实验七线阵CCD应用实验

实验（一）利用线阵CCD进行图像扫描

一、实验目的

在光电技术、机器视觉技术中数字图像的产生与分解是非常重要的基础知识，掌握图像的产生与分解对于如何利用图像，从图像中解析出我们所要检测的目的信号无疑是机器视觉技术最为重要的环节。本实验利用彩色线阵CCD图像传感器对彩色实物进行扫描而获得数字图像，并对扫描图像的解析方法、图像的形成方法和数字图像的特点等重要内容深入学习，掌握数字图像的产生过程。 二、实验准备内容

（1）学习有关CCD的知识。

（2）学习用线阵CCD传感器进行实物扫描成像的原理，分析为什么用彩色线阵CCD能够对实物进行真彩色扫描成像。

（3）用彩色线阵CCD进行图像扫描时应该注意哪些问题？彩色线阵CCD的工作频率、扫描电机的转速与照明光源的亮度之间存在着怎样的关系？

（4）为什么说扫描同步问题是线阵CCD图像扫描技术的关键问题，如何解决扫描图像的同步问题？ 三、实验所需仪器设备

（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计算机或GDS-Ⅲ型光电综合实验平台一台； 四、实验步骤 1. 实验预备

（1）首先将实验仪的数据端口和计算机或GDS-Ⅲ型光电综合实验平台的USB端口用专用USB数据线缆连接好并合上实验仪的主电源开关。

（2）打开计算机电源，完成系统启动后进入下一步操作。 （3）确认已经正确安装实验仪软件。 2. 图像扫描

（1）将贴好图片的扫描滚筒安装在扫描支架上，锁紧螺钉，使实验装置组成如图1所示的彩色图像扫描实验结构；

图1 线阵CCD进行彩色图像扫描成像的实验

（2）打开计算机电源，找到《图像扫描实验》软件，在计算机显示屏上弹出如图2所示的图像扫描实验软件主界面；

图2 线阵CCD扫描成像主界面

（3）先点击界面中的“曲线”菜单，观察彩色线阵CCD输出的R、G和B输出波形曲线（在显示屏上分别用R、G、B三种颜色显示），再根据曲线的特点决定对光学成像系统是否进行调试；如果曲线已经如图3所示曲线边沿较陡，看上去比较“毛草”，说明已经调好了焦，图像的高频细节已经显现，就不要再调；

图3 彩色线阵CCD输出的3路信号

（4）调试过程为先调整光圈使其输出幅度居中偏高些以便扫描出来的图像灰度阶更为丰富；但是不能使CCD输出信号进入饱和区，否则将出现高亮度区域偏白而无法显示图像颜色；

（5）然后再调整成像物镜的焦距，使观测到的曲线尽量陡直或如图3所示的波形显得比较毛糙（是高频分量较好的表现），才为调试到较为理想状况；当然准确调焦后扫描出来的图像视觉效果可能并不理想，图像的细节表现明显，图像的缺陷暴露无疑。所以有时为了视觉效果常有意进行“离焦处理”以便掩盖图像本身的缺陷。在产品表面质量检测中应尽量提高图像的清晰度，尽量使成像物镜调整到最佳理想像面。

当所观察到的输出波形（曲线波形）表明光学成像系统已经调好后（曲线斜率越陡直说明光学成像系统的焦距调整得越好），信号的幅度也能满足扫描要求便可以进行下一步扫描实验。若幅度不满足需要，则应调整成像物镜的光圈、CCD的积分时间与驱动频率等参数，使曲线的幅度达到扫描图像的要求； （6）波形曲线调好后执行停止菜单，在如图2所示的菜单中选中“图像”菜单，将弹出如图4所示的图像扫描设置与控制主菜单；

（7）选中图4所示软件界面上的“开始扫描”菜单，执行后，扫描电机将带动滚筒转动，程序自动进入判断扫描起始点并进入自动扫描工作过程，并不断在界面上显示正在扫描的行数；界面上同时弹出扫描进度条，完成整幅画面的扫描后将在屏幕上自动显示出如图5所示的整幅图像；

（8）利用如图4所示的扫描界面上的“水平方向”与“垂直方向”的缩、放控制键进行x、y两个方向的缩放调整，使所显示的图像适于观看；

（9）将显示的图像屏拷至实验记录文档中。

图4 图像扫描软件界面图5 扫描所得的数字图像

（10）改变驱动频率与积分时间的档位，再次进行图像扫描，观察扫描出来的图像变化情况，分析图像发生变化的原因；

（11）调整扫描电机的转速（提高或降低），然后再次进行图像扫描，观察扫描出来的图像，分析扫描速度与图像质量的关系；

（12）通过上述参数的设置与变化，总结出用线阵CCD扫描实际运动图像（画面）时为什么要强调扫描速度要恒定，通过实验，是否能够充分认识到图像扫描的关键技术；