基于线阵CCD图像传感器的投影测径系统研究

摘要

随着先进制造技术的发展，工业生产中对非接触式高速测径系统的需求越来越大。线阵 CCD图像传感器作为一种具有灵敏度高、测量数据量小、速度快、易于和自动控制设备连接等优点的光电转换器件，非常适合于在线非接触测量，在工业测量现场得到越来越广泛的应用。本文围绕线阵 CCD的投影测径系统原理进行研究，设计了一套基于线阵CCD图像传感器的投影测径系统，为在线非接触直径测量提供了一种解决方案。具体研究内容如下：
　　设计了一款FPGA+DSP为核心的高速线阵CCD图像采集系统。通过深入研究线阵CCD芯片的驱动脉冲时序逻辑以及驱动方法，选择了FPGA作为线阵CCD图像传感器驱动时序发生单元；同时，为了使图像采集系统具有在下位机进行实时图像数据处理的功能，系统中引入 DSP作为整个系统的控制核心及数据处理核心。该方案中 FPGA负责CCD驱动时序的生成和数据的采集，DSP则专注于数据的处理，二者相互配合使图像采集系统拥有更高的采集帧率和数据处理效率。
　　深入研究了线阵 CCD投影测径系统中非常重要的边缘细分定位问题。针对投影中存在的直边衍射效应进行分析，提出了一种基于直边衍射的边缘细分定位算法，并对该算法在投影测径应用中存在的原理性误差进行标定校正，以使算法能够取得更高的测量精度。
　　以大范围激光平行光管为光源，结合设计的线阵 CCD图像采集系统和亚像素边缘定位算法，构建了投影测径系统实验装置，完成了系列测量实验，取得了良好的实验结果，验证了测量系统的可行性。

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1 绪论

1.1 课题研究背景与目的

1.2非接触测径技术现状

1.3 本文主要研究内容

2 投影测径系统总体设计

2.1 投影测径系统工作原理

2.2 系统总体设计

2.3 本章小结

3 线阵CCD驱动设计

3.1 线阵CCD器件选型原则与驱动方法选择

3.2 驱动脉冲时序分析

3.3 驱动电路设计

3.4 驱动软件设计

3.5 本章小结

4 线阵CCD输出信号预处理与采集系统设计

4.1 线阵CCD输出信号预处理

4.2 A/D转换

4.3 FIFO缓存器设计

4.4 FPGA与DSP通信设计

4.5 USB通信设计

4.6 上位机软件设计

4.7 本章小结

5 亚像素边缘定位分析

5.1 传统的边缘细分定位算法

5.2 基于直边衍射的边缘细分定位

5.3 本章小结

6 投影测径系统测量实验

6.1 投影测径系统实验装置

6.2 实验过程与实验结果

6.3 误差因素分析

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

致谢

参考文献