CCD圖像傳感器的原理及應(yīng)用--μPD3575D
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如將其準(zhǔn)時鐘頻率確定為8.000MHz,即周期為125ns，那么，根據(jù)給出的最小值就可算出四路波形的周期和占空經(jīng)，具體列于表3。
表3 四路驅(qū)動波形的周期的占空比
| φIO | φTG | φRO | φSHO | |
| 周期（ns） | 1750 | 1313000 | 875 | 875 |
| 占空比 | 1/2 | 1/751 | 6/7 | 5/7 |
根據(jù)各路波形的周期、占空經(jīng)和它們之間存在的關(guān)系所給出的典型驅(qū)動電路如圖5所示。
5 CCD數(shù)據(jù)采集
CCD可用于位置、尺寸和圖像的檢測，根據(jù)CDD傳感器視頻信號應(yīng)用的差異，CCD視頻信號的處理有兩種方法：一是對CCD視頻信號進(jìn)行二值化處理后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；二是對CCD視頻信號采樣、量化編碼后再采集到計算機(jī)系統(tǒng)。
在檢測鋼軌不平順的設(shè)計中要檢測運動光源的瞬時位置，只需要測定光源在CCD上的成像位置，即光源成像在第幾個像元上。圖6為CCD數(shù)據(jù)采集原理圖，采用二值化方法。
由于線陣CCD既具有高靈敏度的光電轉(zhuǎn)換功能，又具有光電信號的存儲和快速讀出功能，所以通過一組時序脈沖的驅(qū)動控制（驅(qū)動器），可以實現(xiàn)對目標(biāo)光源的實時光電轉(zhuǎn)換與信號讀出。當(dāng)入射在CCD像元上成像時，入射光子被CCD像元吸收并產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的光生電荷。在光積分期間，光生電荷被積累并存儲在彼此隔離的相應(yīng)像元的勢阱中，在每個像元勢阱中所積累的信號電荷數(shù)與照射在該像元面上的平均照度和光積分時間的乘積成正比。在電荷轉(zhuǎn)移期間，光生電荷依次轉(zhuǎn)移稱至輸出區(qū)，通過復(fù)位脈沖的控制，在輸出極形成視頻信號，每次積分的輸出波形代表目標(biāo)光圖像在CCD采樣方向的瞬態(tài)強(qiáng)度的空間分布，輸出視頻信號經(jīng)過低噪聲寬帶放大器放大處理后，每個光斑的輸出波形如圖7（a）所示。然后，對CCD的視頻信號進(jìn)行二值化處理，原理如圖7（b）所示，二值化的前沿和后沿分別對應(yīng)CCD像元的信號，計算出這兩個像元位置的平均值，即為光線的中心位置，這即是一個檢測數(shù)據(jù)。在CCD連續(xù)工作下，所有的檢測數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，通過串行通訊電路將結(jié)果傳送給單片機(jī)。
在進(jìn)行CCD在線檢測時，干擾光線較難克服，而且光源使用一段時間，光強(qiáng)也會變?nèi)?，這樣會引起CCD輸出信號幅度變化，從而導(dǎo)致測量誤差，因此對上邊的電路作了一定改進(jìn)，即讓閾值電壓隨CCD視頻信號的幅值變化，改進(jìn)后的浮動閾值電路如圖8所示。當(dāng)光源強(qiáng)度變化引起CCD視頻信號變化時，可以通過電路CCD視頻信號的起伏反饋到閾值上，使閾值電壓隨之改變，從而保證在光較弱時，二值化電路仍能輸出合適的二值化信號。
二值化處理后輸出的信號稱為二值化信號。二值化信號為一個方波，該波形的前沿和后沿分別對應(yīng)CCD像元的序號，計
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