基于线阵CCD的机器人视觉系统的研究

摘要

电荷耦合器件(CCD)是七十年代初发展起来的一种新型半导体固体摄像器件，具有体积小、重量轻、寿命长、响应速度快、可靠性高、灵敏度高、动态范围广、易与计算机连接、操作容易、维护简便等特点，一经问世就受到诸多的关注，使它在军事及民用领域占有一席重要的地位。 目前大多数视频采集系统采用摄像头作为传感器，通过实时图像采集卡对视频图像进行采集后送入计算机进行处理。由于摄像机的输出已转换成模拟视频信号方式，且摄像头传感器的象素点在输出时序上很难与采集卡的采样点——对应，因此视频图像数字化后图像质量损失较大，图像分辨力受到限制。另外，这种设备多以计算机插卡的形式存在，因此存在系统成本高、结构复杂等局限性，不能很好地满足图像测量高精度和便携式的要求。为此，本课题以ARM芯片S3C44BOX为处理器，设计了基于32位嵌入式处理器的实时图像采集系统。 本课题研究的重点是基于ARM的线阵CCD数据采集系统的硬件电路设计，也包括支持系统运行所需的软件。论文首先介绍了线阵CCD的工作原理，提出了系统的总体设计方案。整个系统分为三个模块：CCD驱动模块的核心是一片复杂可编程逻辑器件(CPLD)，对其编程产生CCD的驱动脉冲及同步控制信号；视频输出信号经预处理后，由高精度AD转换模块进行采样，将CCD输出的模拟信号转换成数字量；最后，将数据送入ARM处理系统中进行编码处理。 在系统硬件电路调试通过的基础上，编写了系统运行所需的软件，并进行了软件仿真，给出了实验分析。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：插图索引

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2电荷藕合器件的起源与发展概况

1.3 CCD器件的特点

1.4嵌入式系统发展现状

1.5课题研究的主要内容

第二章CCD器件原理及选用

2.1 CCD器件的结构及其工作原理

2.1.1光敏元结构

2.1.2转移结构

2.1.3输出结构

2.2 CCD的种类

2.2.1线阵CCD

2.2.2面阵CCD

2.3 CCD器件的选择

第三章系统工作原理和总体方案设计

3.1系统总体设计方案

3.1.1硬件结构

3.1.2软件设计

3.2 TCD2252D的时序分析

3.2.1TCD2252D图像传感器的驱动脉冲时序

3.2.2TCD2252D驱动电路的设计

3.2.3两相交叠时钟脉冲F1、F2的产生

3.2.4复位RS、钳位CP、采样保持脉冲SP的产生

3.2.5转移脉冲SH的产生

3.3驱动电路CPLD实现

第四章数据采集模块设计

4.1 A/D转换器的分类

4.2系统A/D方案选择

4.3嵌入式工作站A/D采集模块

第五章ARM处理系统

5.1 ARM微处理器结构

5.2数据采集系统各硬件模块的实现

5.2.1时钟电路设计

5.2.2电源电路设计

5.2.3复位电路设计

5.2.4JTAG调试接口电路设计

5.2.5系统扩展存储器设计

5.2.6系统键盘电路设计

5.2.7液晶显示电路设计

5.2.8 RS-232/RS-485通讯电路

5.3图像颜色识别

5.3.1路径颜色识别算法

5.4路径宽度测量系统

5.4.1软件处理系统

5.4.2硬件处理系统

5.5图像信息编码

5.6本章小结

第六章软件仿真与实验分析

6.1引言

6.2软件设计与仿真

6.2.1驱动时序设计与仿真

6.2.2时序仿真

6.2.3图像信息编码仿真

6.3软件系统设计概述

6.3.1启动加载程序Boot Loader的设计

6.3.2 Boot Larder简介

6.3.3 Boot Loader的程序实现

6.4数据处理软件

6.5实验分析

6.5.1 CCD驱动和输出信号

6.5.2 CCD的噪声

6.5.3硬件抗干扰措施

6.6本章小结

结论

参考文献

致谢

附录