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光电显示与检测实验五 线阵CCD应用实验
再进行逻辑处理，便可以提取出物体边缘的位置信息N1和N2。N1与N2的差值即为被测物体在CCD像面上所成图像占据的像元数目。物体A 在像方的尺寸D?为
D???N2?N1?L0 （3-2）
式中，N1与N2为边界位置的像元序号，L0为CCD像敏单元的尺寸。 因此，物体的外径D应为
图3-3二值化电路
D?(N2?N1)L0? （3-3）
3. 二值化处理电路原理方框图
二值化处理原理图如图3-4所示，若与门的输入脉冲CRt为CCD驱动器输出的采样脉冲SP，则计数器所计的数为（N2－N1），锁存器锁存的数为（N2－N1），将其差值送入（N2－N1）LED数码显示器，则显示出（N2－N1）值。
同样，该系统适用于检测物体的位置和它的运动参数，设图3-1中物体A在物面沿着光轴做垂直方向运动，根据光强分布的变化，同样可以计算出物体A的中心位置和它的运动速度、震动（振动）等。
三、实验仪器
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、实验内容及步骤
1、实验内容
（1） 建立非接触测量物体外形尺寸的基本结构； （2） 观测二值化处理过程中CCD的输出信号；
（3） 在进行二值化阈值电平调整的过程中，观察阈值电平的调整对测量值的影响； （4） 进行光学系统放大倍率的标定； （5） 进行非接触测量被物体外形尺寸的测量；
（6） 通过改变有关参数，观察对测量值的影响，分析影响物体尺寸测量的主要因素。
2、实验步骤
1) 实验准备
(1) 将示波器地线与实验仪上的地线连接良好，并确认示波器的电源和多功能实验仪的电源插头均插入交流220V插座上；
(2) 打开仪器上盖，旋下旋转滚筒轴上的禁锢螺钉，将旋转滚筒拿下来，使实验仪的测试台像如图3-5所示的尺寸测量系统，然后将被测干件插入如图3-5所示的安装位置上；
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图3-5线阵CCD应用开发实验仪
(3) 打开实验仪电源开关，启动计算机，并进入物体尺寸测量软件，将在屏幕上弹出如图3-6所示的物体外形尺寸测量实验软件界面；
图3-6所示界面中尽管标写“LCCDAD-Ⅱ”字样，照样适用于“LCCDAD-Ⅱ-A型”实验仪。其中“打开”菜单是为打开原来曾保存过的数据文件进行察看而设，“保存” 菜单为将所测量的数据保存到指定文件夹而设定。实验时点击“连续”菜单，仪器便执行连续采集线阵CCD的输出信号；其中“单次”是只采集线阵CCD输出一行的信号，并将其显示在计算机界面上；“数据”与“曲线”菜单分别用来以数据方式还是以曲线波形方式显示所采得的数据信号；“0ms”为曲线波形在计算机界面上停留显示的最短时间，以便实验者能够快速地观测到信号波形的变化，但是它不可能为“零”，它与计算机的性能有关。它右边的“三角箭头”是显示时间的选择下拉菜单，点击菜单上的下拉箭头可以选择更长的显示时间便于观察；“积分时间”和“驱动频率”等也都可以通过相应的下拉箭头进行选择，积分时间为16档，驱动频率为4档可调。
2）光学成像系统放大倍率β的标定
（1） 将直径为5mm的“试件”插入安装装置，执行“物体尺寸测量实验” 软件，弹出如图3-6所示的测量尺寸软件界面；同时远心照明光源被点亮；
（2） 在尺寸软件界面上选中“连续扫描”菜单，计算机显示器出现含有被测“试件”外径尺寸信息的波形如图3-7所示；
（3） 在测量界面上设置驱动频率或积分时间，使输出信号的幅度在适宜观测的程度，但是，一定不要使CCD工作到饱和状态；
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（4） 调整物镜的焦距使如图3-7所示输出信号曲线的斜率尽量陡；
图3-7 尺寸测量软件界面
图3-8 光学放大倍率测量与设置软件界
（5） 停止采集后，界面进入到如图3-8所示的光学放大倍率的测量与设定软件界面，并在界面的底部用文字方式提示实验者应该执行的步骤，如图3-8中提示的“请将标准棒插入测试槽中，观察数据曲线。”，实验者应该按着提示将φ5的测试棒插入测试槽中。然后根据曲线波形调节驱动频率与积分时间使信号波形输出幅度适合测量需要（注意绝对不能使CCD输出信号波形出现“饱和现象”，否则严重影响测量精度）。如图3-8中设定积分时间
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为“6”档，驱动频率为“0”档时输出信号波形较为理想；
（6） 选择适当的阈值，二值化阈值电平的选择原则是能够检测出物体的真正外形尺寸值。例如，在如图3-8所示输出波形图上可以看出，波形幅度的一半处能够反映物体的外形尺寸信息，此处曲线的变化率也最大，为此可以选定阈值为“127”，再执行“下一步”，界面弹出下一步操作的提示；
（7） 调整光学成像系统的焦距与光圈，注意观察输出信号波形，使信号波形中反映尺寸信息的变化边缘越陡成像光学系统调整得越佳，测量系统的精度越高。调整好光学系统后执行下一步；
（8） 在软件界面的提示下进行操作，将用卡尺或千分尺测量的标准被测物尺寸值输入到如图3-9所示的 “已知值”输入框中，再执行“下一步”，软件自动计算出光学系统的放大倍率β并显示在新弹出如图3-10所示的界面上；再点击“下一步”，出现点击“完成”，便将测得的放大倍率存入计算机内存，为本实验的测量工作使用；
实验3-9 尺寸测量实验光学系统放大比率的标定
标定好光学系统放大倍率后测量系统就可以对如何安装在指定位置上的任何物体的外形尺寸进行测量实验，例如对仪器提供的3mm、8mm棒材的外径尺寸进行测量实验。实际的物体外形尺寸的测量仪器都需要上述的标定过程，只有经过上述标定才能够应用于实际工程中。
（9）也可以用最原始的数据测量光学系统放大倍率，当调整好光学成像系统的焦距后，停止采集，选择“数据结果”菜单，察看线阵CCD所有单元的数据，观察相邻两个像元数据的变化率，将发生由大变小变化率最大处的像元序列值（位置值）记为“N1”，将由小变大过程中变化率最大处的像元序列值记为“N2”，将所观察到的N1与N2值填入表3-1，重复上述过程，进行多次测量后，再将测量值代入公式（3-1），便可以获得光学系统的横向放大倍率β。