椭圆弯晶谱仪数据采集与处理

摘要

通常，在对惯性约束聚变进行探究过程中，往往需要借助 X射线能谱信息来辅助分析。由于等离子体产生的光信号蕴藏了许多与等离子体自身相关的重要信息，这些信息有助于理解其互作用。这部分信息中涵盖了等离子体的旋转速度与离子温度等参数，只要对这些信息进行解析便能得到这些参数。经查阅相关文献得知，当前大多使用椭圆弯晶谱仪来获得初始的 X射线能谱信息。这部分信息主要由椭圆弯晶谱仪中的图像采集部分来获取，因此图像采集部分直接影响谱仪的性能，也是谱仪出获取准确的信息必要前提。所以，对于研究分辨率高且噪声低的采集系统对于椭圆弯晶谱仪来说具有实际意义，这也是本文的研究重点。
　　本文利用CPLD作为核心控制器件，CCD作为感光器件，上位机作为数据传输通道，小波变换作为图像去噪算法设计了图像采集及处理系统。主要由CCD及其外围电路、AD(模数转换)、CPLD驱动产生及逻辑控制、电源和软件系统等模块组合而成。首先，要使硬件系统能有正常的输出需要稳定的硬件电路及匹配驱动时序。本文以 ICX285AL作为系统的感光器件并详细分析其原理、工作条件并设计其驱动电路。在AD转换部分，采用可编程的AD9979作为模数转换模块的核心进行设计。在PCB布局中注重布局布线的合理性、抗干扰处理、模拟与数字地之间的隔离，通过USB传输协议传输采集到的图像数据。然后结合采集到的图像中的噪声的特点并分析各种去噪算法的优劣，最终选择小波变换作为图像去噪的核心算法。通过对软件系统和硬件系统各个部分的测试并对结果进行分析得出，该系统采集到的图像中含有很少的噪声，通过采用小波变换去噪以后可以有效的消除图像中的噪声，同时还具有高分辨率实时处理的特点，更能满足实际的需求。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 CCD的应用状况

1.3 国内外研究历史与现状

1.4 本文主要研究内容

1.5 论文结构安排

第二章 整体系统结构

2.1 系统结构框图

2.2 系统结构介绍

2.3 本章小结

第三章 硬件系统设计

3.1 硬件系统介绍

3.2 硬件系统工作流程

3.3 CCD选型及简介

3.4 CCD分类

3.5 CCD特性参数指标

3.6 CCD及其外围电路设计

3.7 模数转换模块设计

3.8 CPLD时序产生模块及数据转换

3.9 电源与地模块设计

3.10 印制电路板设计

3.11 本章小结

第四章 软件系统设计

4.1 软件系统简介

4.2 图像数据降噪处理

4.3 均值滤波

4.4 中值滤波

4.5 傅里叶变换

4.6 小波变换

4.7 小波基的选择

4.8 常用的小波基

4.9 DDDTCWT自适应选取领域窗口图像去噪

4.10 总结

第五章 系统调试与结果分析

5.1 硬件系统调试方法

5.2 软件系统测试

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献