CCD数据处理
CCD输出信号的电处理方法
CCD输出信号的电处理方法CCD输出信号的电处理方法摘要对CCD输出的具有一定时序分布的电信号的不同处理，将直接影响到检测精度，将以2048位线阵CCD图象传感器为核心，介绍几种常用的CCD输出信号处理方法。
关键词电荷耦合器件二值化图象处理Electric Handling Method of CCD Output SignalsGuo Hua(Department of Machine Manufacturing,Harbin University of Science andTechnology,Harbin 150080)Shao Dongxiang(Harbin Institute of Technology)Yang Shuhua(Harbin Power Engineering Company Limited)Abstract It directly influences the measuring pricision how to deal with the CCD output with the time sequence distributing electric signals.Several usual ways to deal with the signals of CCD on the base of the CCD image sensor with 2048 linear array are introduced.Key Words CCD Binaryzation Image processing0 引言CCD(电荷耦合器件)是一种新型光电转换器件，在实际应用中被广泛地用作图象传感器。
与其它的固体摄象传感器相比，它具有体积小、重量轻、功耗低以及坚固耐用等优点，可以十分方便地用于高精度非接触检测与质量监测［1］。
由于CCD中每个光敏单元感知的电信号的幅值与入射光强成线性关系，因此用CCD器件可以很容易地将图象信号的空间分布按照一个确定的线性关系转换成电路中电信号的时序分布［2］。
基于线阵CCD的数据采集系统的设计
号 Ｒｓ引起 的串扰信号 。所 以模 拟信号输出在进行后续处理 ｆ包括长线
在本设计 中 ＵＳＢ通讯采用 的是哈尔滨工业大学迅通电子科 技有 限 公 司开发 的 ＵＳＢ１００模块 。图 ５为通信原理框图
ＣＣＤ是以电荷作为信 号 ，其基本 功能是信号 电荷的产生 、存储 、传 输 和检测 。当光入射 到 ＣＣＤ的光敏面 ，ＣＣＤ首先把 光信 号转换成电信 号 ，即产生与光 电荷量成正 比的弱 电压信号 。ＣＣＤ是根据光的强弱积聚
相应 的电荷 ，从 而生成与 电荷 量成正 比的弱电压信号 ，然后经过 滤波 、 放 大处理并通 过驱 动电路输 出一个 表示 敏感物 体 的光强弱 的 电压信 号 。
｝翮 耪砸 ｝ 翻 梅群｜牧雅
融 鞔麟
图 ２授权设置树效果 图 ３．３．２角色授权设置 响应 系统管 理员完成各授权 内容 的授权项设置后 ，点击 Ｂｕｔｔｏｎ控件产 生提交事件 ，实现授权信息 的保存 ，程序 流程 图如图 ３。 实现授权信息 的保存 需要利用角色权 限类 （ＲｏｌｅＰｅｒｍｉｓｓｉｏｎＣｌａｓｓ）的 设置角色读取权 限方法 、设置修改权 限方法 和设置删除权 限方法 。 其中需要说 明的是 ，在程 序运行过程 中，需要使 用递归方法定位到 ＴｒｅｅＶｉｅｗ控件 的末节点 （即授权动作节 点 ），然 后获取末 节点 的复选框 选择状态 ，以此确定 系统管理员是否授权 。递归方法的实现是利用 Ｆｏｒ Ｅａｃｈ循环语句循环调用 自身过程 ，以下是一个递归过程 的实例 ，划线处 即是利用 Ｆｏｒ Ｅａｃｈ循环语 句实现递归 ：
基于CCD的图像采集和处理系统
基于CCD的图像采集和处理系统一、概述随着科技的快速发展，图像采集和处理技术在许多领域，如医疗、工业、安全监控等，都发挥着越来越重要的作用。
基于电荷耦合器件（CCD）的图像采集和处理系统以其高分辨率、高灵敏度和低噪声等优点，在科研、工业生产和日常生活中得到了广泛应用。
电荷耦合器件（CCD）是一种能够将光信号转换为电信号的半导体器件，其内部由大量紧密排列的光敏元件（像素）组成。
当光线照射到CCD表面时，每个像素会根据光线的强弱产生相应的电荷，通过后续电路的处理，可以将这些电荷转换成数字信号，从而实现对图像的捕捉和存储。
基于CCD的图像采集和处理系统主要由光学系统、CCD传感器、模数转换电路、图像处理软件等部分组成。
光学系统负责将目标景物的光线引导到CCD传感器上CCD传感器将光信号转换为电信号模数转换电路将模拟信号转换为数字信号，以便后续处理图像处理软件则负责对采集到的图像进行各种增强、分析和识别等操作，以满足不同应用的需求。
本文将对基于CCD的图像采集和处理系统的基本原理、组成结构、关键技术以及应用领域进行详细介绍，旨在为相关领域的研究人员、工程师和技术人员提供有益的参考和借鉴。
同时，也期望通过本文的探讨，能够推动基于CCD的图像采集和处理技术的进一步发展和应用。
1. 图像采集与处理技术的发展背景随着科技的飞速发展，图像采集和处理技术已成为现代社会不可或缺的一部分。
从早期的模拟信号处理技术，到现代的数字信号处理技术，图像采集和处理技术经历了巨大的变革。
在这个过程中，电荷耦合器件（ChargeCoupled Device，简称CCD）的发明和应用，极大地推动了图像采集和处理技术的发展。
图像采集技术是对真实世界中的光信号进行捕捉和转换的过程，而处理技术则是对这些信号进行增强、分析和理解的操作。
早期的图像采集设备，如摄像机，大多采用模拟信号处理技术，其精度和稳定性有限。
随着数字技术的崛起，尤其是计算机技术的快速发展，数字图像采集和处理技术逐渐取代模拟技术，成为主流。
CCD在线测量应用及数据处理
68
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测试工具与解决方案
2009. 1
1 GYC2500 型光电遥测垂线坐标仪的工作 原理
X=
…
x n1′ x n2′ x n3′ … ′ x n( n - 1)
y11′ y 12′ y 13′ … ′ y1 ( n - 1)
y21′ y 22′ y 24
Y=
…
… ′ y2 ( n - 1)
y n1′ y n2′ y n3′ … ′ y n( n - 1) 再对 X 的每一行中的数求出两两相邻点间的
V 1 = y - k1 x + b1
V 2 = y - k2 x + b2
…… (1)
V i = y - ki x + bi
……
V n = y - kn + bn
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CCD applied f or measurement and data2processing
Chen L unqio ng1 , Xu Youren2
(1 Changzhou Instit ute of Technology ,Changzho u ,213002 ,China ;2 Hohai U niversity ,Nanjing 210098 ,China)
( x12 , y12 ) ( x13 , y13 ) … ( x21 , y21 ) ( x23 , y23 ) …
ccd检测系统课程设计
ccd检测系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解 CCD 检测系统的基本原理，掌握其组成部分及功能。
2. 使学生了解 CCD 检测系统在工程领域的应用，并能举例说明。
3. 帮助学生掌握 CCD 检测系统相关的数据处理方法。
技能目标：1. 培养学生运用 CCD 检测系统进行数据采集、处理和分析的能力。
2. 让学生学会设计简单的 CCD 检测系统实验方案，并能进行实际操作。
3. 提高学生运用相关软件对 CCD 检测系统进行仿真和优化的技能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对 CCD 检测系统及其应用的兴趣，激发其探索精神和创新意识。
2. 引导学生认识到科技发展对社会进步的重要性，增强其社会责任感。
3. 培养学生合作、交流、分享的学习态度，提高团队协作能力。
本课程针对高中年级学生，结合物理、数学和信息技术等学科知识，旨在帮助学生深入了解 CCD 检测系统的工作原理和应用领域。
通过本课程的学习，使学生能够掌握 CCD 检测系统的基本知识和技能，培养其实践操作能力，提高解决实际问题的能力。
同时，注重培养学生积极的情感态度和价值观，为其未来的学术发展和职业生涯奠定基础。
课程目标具体、可衡量，以便教师进行教学设计和评估，帮助学生实现预期学习成果。
二、教学内容1. CCD 检测系统原理- CCD 芯片基本结构- 光电转换原理- 信号读出与处理2. CCD 检测系统组成- 光学系统- 传感器- 信号处理电路- 数据采集与传输3. CCD 检测系统应用- 工业检测- 医疗诊断- 环境监测- 天文观测4. 数据处理与分析- 图像处理基本方法- 噪声分析与抑制- 数据拟合与解析5. 实践操作- CCD 检测系统搭建- 实验方案设计与实施- 数据采集与处理6. 仿真与优化- 相关软件介绍- 模型建立与仿真- 系统性能优化本教学内容根据课程目标制定，以课本为依据，保证科学性和系统性。
教学大纲明确，涵盖 CCD 检测系统的原理、组成、应用、数据处理与分析、实践操作及仿真与优化等内容。
CCD输出信号的电处理方法
CCD输出信号的电处理方法CCD（电荷耦合器件）是一种常见的图像传感器，广泛应用于数码相机、摄像机、扫描仪等设备中。
CCD输出信号的电处理方法包括放大、滤波、数字转换、降噪等。
1.放大：CCD输出的信号通常很微弱，需要经过放大处理以增强信号的强度。
放大可以通过运算放大器（OP-AMP）或差动放大器实现。
运算放大器通常具有高放大增益和低噪声特性，可以将CCD输出信号放大到合适的范围。
2.滤波：CCD输出信号中常常会包含一些噪声，需要进行滤波处理以去除噪声。
滤波可以采用模拟滤波器或数字滤波器实现。
模拟滤波器常用的类型包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器，可以根据具体需求选择合适的滤波器类型。
数字滤波器可以通过快速傅里叶变换（FFT）或数字滤波算法实现，具有更高的精度和可调节性。
3.数字转换：CCD输出信号通常是模拟信号，需要进行数字转换以便于后续的数字信号处理。
数字转换可以通过模数转换器（ADC）实现，将模拟信号转换为数字信号。
ADC通常具有不同的分辨率和采样速率，可以根据具体需求选择合适的ADC。
4.降噪：CCD输出信号中可能包含一些随机噪声或周期性噪声，需要进行降噪处理以提高信号质量。
常见的降噪方法包括平均滤波、中值滤波、小波变换等。
平均滤波可以通过取多个样本的平均值来减少噪声的影响。
中值滤波可以通过取多个样本的中值来减少异常点的影响。
小波变换可以将信号分解为不同的频率分量，可以选择恰当的频率分量进行处理，以去除噪声。
5.数据处理：CCD输出信号经过上述的电处理之后，可以进行进一步的数据处理。
这包括图像处理、图像分析、特征提取等。
图像处理可以包括图像增强、边缘检测、几何变换等，以改善图像质量或提取图像中的信息。
图像分析可以使用不同的算法和技术来分析图像中的特征或进行目标检测。
特征提取可以选择一些关键的特征来描述图像或进行图像分类。
总结起来，CCD输出信号的电处理方法包括放大、滤波、数字转换、降噪和数据处理等。
线阵CCD数据采集及LCD显示
第一作 者杜 昕 ， ， ８ 生 ， 女 １ ３年 ９ 现为 武 汉大 学控 制理 论 与控 制 工程 专 业在读 硕士研 究 生 ； 主要 从 事数 据 采 集、 制及 图像 处理技 术 的研 究 。 控
目前 ， 阵 Ｃ Ｄ已广泛应 用于 工件 尺寸测量 、 线 Ｃ 工 件表面质量检测 、 光谱分析等高精度 测量领域 ， 对其数 据采集方法的研究也层 出不穷 “ 。本 文 以 ８位 高阻
抗并行模数转 换器 Ｔ Ｃ ５ ０ 双端 口先 进先 出存 储 器 Ｌ５ １ 、
ＩＴ ２ ５ Ｍ ９ １Ｄ １８ 片机 为例 ， Ｄ ＇０ 及 Ｃ Ｓ ２ Ｇ ２ 单 ／ 介绍 了用单 片 机控制线 阵 Ｃ Ｄ（ Ｃ １０ Ｄ） 频信 号采 集 存 储 及 Ｃ Ｔ Ｄ ２０ 视 Ｌ Ｄ显示 的通 用方法 ， Ｃ 在逻辑 控制方 面 只使 用一 片与 非门， 实现 了硬件 电路 的最简化 。实验证 明 ， 该方法实 时性好 、 稳定可靠 ， Ｃ Ｃ Ｄ视频信号波形清晰稳定 。
杜 昕 汪 澄
（ 武汉 大 学动 力与 机械 学 院，武汉 ４０７ ） ３０ ２
摘
要 ：以 Ｔ Ｄ ２０ Ｃ Ｉ０ Ｄ为例 ， 了线 阵 Ｃ Ｄ的一 种通 用高 速数 据采 集方 法 ， 细介 绍 了电路组 成 、 据采 集软 件实 现 ， 介绍 Ｃ 详 数 以及用 １２４ ９６
光学传递函数及像质评价实验
实验十一 光学传递函数测量及像质评价实验光学成像系统是信息（结构、灰度、色彩）传递系统，从物面到像面，输出图像的质量取决于光学系统的传递特性。
在频域中分析光学系统的成像质量时，可以把光学成像系统看成是一个低通空间滤波器，将输入信息分解成各种空间频率分量。
通过考察这些空间频率分量在通过系统的传递过程中丢失、衰减、相位移动等变化，也就是研究系统的空间频率传递特性即光学传递函数（OTF ，Optical Transfer Function ），来获取成像的空间频谱特性。
光学传递函数的性质主要体现在：它定量反映了光学系统的孔径、光谱成分以及像差大小所引起的综合效果；用它来讨论光学系统时，其可靠性依赖于光学系统对线性和空间不变性的满足程度；用它来分析讨论物像之间的关系时，不受试验物形式的限制；可以用各个不同方位的一维光学传递函数来分析处理光学系统，简化了二维处理；它可以根据设计结果进行计算，也能对已制成的光学系统进行测量。
可见，光学传递函数表征光学系统对物体或图像中不同频率的信息成分的传递特征，可用于光学系统成像质量的评价。
本实验利用非相干面光源、光栅、透镜、CCD （Charge-coupled Device ，电荷耦合元件）图像传感器、数据采集和处理系统，测出光学成像系统的光学传递函数曲线图，并对成像质量作出评价。
一、实验目的1．了解光学传递函数及其测量方法。
2．掌握传递函数测量和像质评价的近似方法。
3．熟悉抽样、平均和统计算法。
二、实验仪器面光源、凸透镜、CCD 图像传感器、数据采集及处理系统、计算机、导轨（滑块）、调节支座（支架）、干版架、可调节光阑。
三、实验原理1. 光学传递函数一个确定的物分布可看成许多个δ函数的线性组合，每个δ函数在像面上均有对应的脉冲响应。
如果是非相干照明，则物面上任意两个脉冲都是非相干的，它们的脉冲响应在像面上也是非相干叠加，也就是强度叠加。
假设非相干成像系统是强度的线性系统，成像空域不变，则该系统物像关系满足以下卷积积分：000000ˆˆˆˆˆˆ(,)(,)(,)(,)(,)i i i I i i g i i I i i I x y K I xy h x x y y dx dy K I x y h x y ∞∞-∞-∞=--=⊗⎰⎰（1）式中(,)g i i I x y 是物体000(,)I x y 理想像的强度分布，(,)i i i I x y 是物体000(,)I x y 通过衍射受限系统后成像的强度分布，(,)I i i h x y 是强度脉冲响应，为点物产生的像斑的强度分布。
CID CCD的几个常见问题
ICP-OES检测器CID、CCD的几个常见问题1. CID和CCD工作原理的本质区别是什么？2. CID和CCD的饱和溢出问题如何解决？3. CID和CCD的光电转换效率和仪器的灵敏度有何关系？4. CID和CCD哪个寿命更长？5. CID是不是热电的专利技术？1. CID和CCD工作原理的本质区别是什么？本质区别是信号读取的方式不同。
CCD的数据是按照事先设定好的时间，时间到了，就按顺序，以1MHz的频率读出。
就是一行有1000个像素，则每个像素1s也可以被读1000次。
如果时间设定过长了，比如5s，而0.5s就饱和了，怎么办？CCD利用预曝光技术，可以根据0.02s的预曝光获得信号的大小，来自动决定曝光时间和曝光次数。
比如软件里面设定积分时间10s，那么有的谱线可能是曝光时间1s，曝光10次，有的可能是曝光时间0.2s，曝光50次。
测量的原则是，在不饱和的情况下尽可能用较长的曝光时间，这样数据的稳定性最好。
但如果在检测器同一行上面像素点太多的话，问题又来了。
比如说落在这一行上面有5条谱线，而这5条谱线的强度依次相差10倍，那无论怎么预曝光都没有一个合适的曝光时间。
这又怎么办？办法有3个：把同一行分隔成很多不连续的段，或者减少每一行的像素点，或者用不同的曝光时间曝光多次。
分隔成不连续的段，每一段的曝光时间可以分别控制，就是我们3300/4300/5300/7300上面用的SCD。
减少每一行的像素，增加行数，就是瓦里安的Vista Pro，现在是720/725/730/735。
用不同的曝光时间曝光多次，就是我们公司的7000DV，以及瓦里安的Vista MPX/710/715。
这就是为什么725/735只有7万像素，反而比715的百万像素测量更好，速度更快的原因。
目前还不清楚Spectro、JY以及岛津的ICP上CCD是怎么解决这些问题的，但从他们仪器的分析速度看，应该也是多次曝光的方法。
素点的曝光读出时间都是最佳的。
实验六面阵 CCD数据采集与图像显示实验
为实现实时采集图像，在采集卡中设置有图像帧存储器。当微机的地址信号有效时，可访问帧存储器。当采集系统的地址信号有效时，在软件控制下可实时地将采集的数据存入帧存储器或从帧存储器取出，连续显示帧存储器存储的图像。
4、输出查找表及D/A转换
输出查找表是一片高速静态存储器SRAM。帧存储器传来的数据可以选中查找表中的一个对应存储单元。该单元预先由微机写入了相应的图像变换所需要的数据，并经查找表的数据线输出，经D/A转换器送至监视器，显示灰度变换后的图像。
坐标
红色
绿色
蓝色
灰度
坐标
红色
绿色
蓝色
灰度
0,1
57
57
57
57
……
1,1
57
57
57
57
760,575
54
54
54
54
2,1
57
57
57
57
761,575
53
53
53
53
3,1
57
57
57
57
762,575
53
53
53
53
4,1
57
57
57
57
763,575
52
52
52
520
5,1
57
57
57
57
764,575
如图5所示：
图5
12、找到图像的清晰边界，再从文本文件中找到图像边界所在坐标，观察边界的数据特点，分析图像数据变化的原因，以及如何运用数据信息
13、在显示图像中移动鼠标，观察软件界面左下角数值的变化，从中找到所需要的信息，点，如幅度变化率最大点的位置，讨论它的意义。如图6；
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所谓对比度好，是指信噪比较高 信号判据：S/s>3 ，或更严格 >5
背景知识1 如何判别CCD图像上的 亮斑是信号，还是背景噪声？ 3s判据：
基本步骤: (a) 计算噪声部分平均值
S /s 3
和标准方差
(b)计算信号强度 (c)计算信噪比
(S:信号强度，s：噪声水平)
S=4.9s
1s
背景知识2：N幅图叠加，噪声和信号如何累加？ （每幅图曝光时间和观测条件相同）
如何获得一幅CCD 图像
• 设定一定的曝光时间 例如 1/10000秒，到几十分钟 • 曝光方式：长曝光，短暴光+叠加 • 选择曝光时间和方式的决定因素 -- 天体的强弱 -- 仪器的跟踪性能 -- 大气的影响（大气抖动、天体的高度、云） -- 天光背景强弱
如何估计曝光时间？
以恒星为例，已知织女星曝光0.01秒对比 度较好，同等条件下拍摄10等星，需要 多长时间？（织女星视星等约为0等）
1 信号：
S NS0
前提：信号稳定、 正态噪声
2
+
噪声：
Sn NSn0
平均值 标准方差
s Ns 0
+ … + 信噪比得到提高：
S / s N (S0 / s 0 )
总累积时间t, 单幅曝光时间t0：
N
S / s t / t0 ( S 0 / s 0 )
30 seconds exposure
大气的影响—抖动（视宁度 seeing）
大气的影响—天体的高度 E*
L0
E0
z
E( z)
L L0 / cos z L0 sec z
大天顶距时， 亮度显著下降， 要增加曝光时间
E( z) e
kL
E*
E / E0 e m m0 2.5lg E / E0 (sec z 1)m0 *
2 minutes
上述问题的解： 设织女星亮度E0 （单位时间落在单位面积上的光强或 光子数目），曝光t0=0.01秒 在CCD上的强度为S0, 达到信噪比值为 a （a>3）
S0 E0t0
S0 / s 0 a
10等亮度 E=2.512-(m-m0) E0, 则 曝光 t0 达到的信噪比为
S / s 0 2.512 =2.512
( m m 0)
a
10
a
增加曝光时间为 t， 达到的信噪比为
S / s t / t0 ( S / s 0 )
达到类似织女星的对比度，即要求
S /s a
故
t [2.512
10
( mm0 ) 2
] t0
t 2.512 t0 100s
例：z = 60度， m m0
(sec z 1) kL0
(sec60 1)m0
信噪比降低：
S / s t / t0 ( S 0 / s 0 )
短暴光+叠加 避免长时间跟踪的误差、大气抖动
1幅图
20幅图叠加
叠加中要做好对齐
未对齐叠加的效果
谢谢
用CCD观测天文图像的基本原理
广州大学天体物理中心 王洪光
物镜
q1
q2
焦面
电荷
CCD图像数据
通常保存为FITS格式，通过AIP, AstroArt, ds9，AVIS, IRAF, IDL等软件后期处理。
/~kolena/imagepro.html