專利名稱：一種背景光照射線陣ccd輔助測量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物理的光電測量，特別是一種用背景光照射線陣CCD輔助測量的方法。
背景技術(shù)：
目前在工業(yè)上最常用的測量方法是以一束平行光照射CCD，并放置被測體在光場中，使被測體處于二者之間，即可在CCD上得到同尺寸的陰影和相應(yīng)的目標(biāo)信號，其輸出信號即是方波脈沖，正是因?yàn)榇蟛糠諧CD單元被光照射，抑制了CCD的噪聲，使它工作較為穩(wěn)定，且結(jié)構(gòu)簡單，允許被測體緩慢移動，使這種方法適用于大部分動態(tài)測量。而它的缺點(diǎn)是從平行光源到CCD之間距離較近，在測量環(huán)境較差時，結(jié)構(gòu)上沒有靈活變通的余地。另一種方法是用透鏡放大或縮小被測體，且成象在CCD上，即得數(shù)倍于被測體的圖象。從CCD上輸出的信號的處理，如圖1所示，由濾波器使噪聲濾除，經(jīng)整形電路把信號放大為方波信號，再經(jīng)門電路和觸發(fā)器加到電腦芯片CPU上，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。把結(jié)果顯示在圖1中的顯示器上。還有電源部分為整個探頭供電。但在不少情況下，整形電路的設(shè)計(jì)會遇到困難。例如CCD信號不穩(wěn)定，整形得到的方波也就不穩(wěn)定，噪聲干擾過強(qiáng)，放大出本沒有的干擾方波，或者幾個一起處理的信號處于不同的電平上，這些都使得處理電路復(fù)雜而容易使電腦輸出的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或錯誤，必將給維護(hù)人員和用戶帶來困擾。
發(fā)明內(nèi)容
基于上述情況，本發(fā)明的目的是在必須從CCD上光強(qiáng)較弱、而噪聲較強(qiáng)的區(qū)域獲得目標(biāo)信號的情況下，提供一種簡化信號處理電路，并使得CCD輸出穩(wěn)定的一種用背景光照射線陣CCD輔助測量的方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。如圖2所示(1)在CCD探頭中設(shè)置了均勻直線背景光光源，通過該光源照射局部CCD，在原有輸出波形不變的情況下，移動該區(qū)段CCD信號的電平，使得在任一個具體被測體的光學(xué)圖象中的相關(guān)信號電平趨于相等或相異。(2)在CCD探頭中設(shè)置另一均勻背景光光源，照射全部CCD，同時獲得測量結(jié)果的微調(diào)，起到校準(zhǔn)的作用。微調(diào)上述兩種背景光光源的照度，并以比較放大器、門電路和觸發(fā)器構(gòu)成的信號處理電路獲得目標(biāo)信號，再用微處理器做采樣和數(shù)據(jù)處理。(3)將CPU的I/O口接到上述各局部照射背景光光源的電開關(guān)，將CPU接口電路擴(kuò)展D/A轉(zhuǎn)換器，輸出電壓控制照射全部CCD的背景光強(qiáng)，即可將上述對CCD的照射進(jìn)行程序控制；手調(diào)或程控上述兩種背景光，并以比較放大器、門電路和觸發(fā)器構(gòu)成的信號處理電路獲得目標(biāo)信號，再用微處理器做采樣和數(shù)據(jù)處理。所述的局部照射CCD的輔助光源是由調(diào)整照射亮度的集成電路和直線均勻發(fā)光的器件及限制照明區(qū)域的光闌構(gòu)成。所述的全部照射CCD的輔助光源是由漫射體射出的漫反射光或透射光以及從光纖束獲得的可調(diào)光強(qiáng)的背景光。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)與積極效果是在原有CCD探頭的暗盒中設(shè)置了能產(chǎn)生均勻背景光的光源，照射CCD的局部或全部區(qū)段，以達(dá)到簡化信號處理電路，抑制CCD噪聲、獲得穩(wěn)定可靠的目標(biāo)信號和穩(wěn)定的測量系統(tǒng)。照射全部CCD，同時獲得測量結(jié)果的微調(diào)，起到校準(zhǔn)的作用。
圖1是CCD信號處理的方框示意2是本發(fā)明的原理示意3是衍射測徑時的CCD波形示意4是衍射第3暗區(qū)被照射后波形示意5是CCD被全部照射后的波形和整形為方波的波形示意6是程控比較放大CCD信號及輸出示意7是加入局部背景光并程控放大CCD及輸出示意圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明背景光光源的獲得(1)在CCD探頭中設(shè)置直線型均勻發(fā)光LED光源，并在LED處設(shè)有光闌，通過該光源照射局部CCD。(2)在CCD探頭中設(shè)置另一背景光光源，照射全部CCD。此光源可以是直線型均勻發(fā)光LED光源；或者是用漫射體射出的漫反射光或透射光以及從光纖束獲得的可調(diào)光強(qiáng)的背景光光源。下面以衍射測徑為實(shí)施例加以說明當(dāng)以一束激光照射一細(xì)絲時，在一定距離以外放置帶驅(qū)動電路的CCD，并令其衍射花樣的中央亮區(qū)位于CCD的一端之外。則可用示波器看到CCD的輸出信號如圖3所示。圖中1、2、3分別是衍射花樣中的第1、第2、第3個暗區(qū)。其中央亮區(qū)在CCD的最左側(cè)之外。從總體來看，隨著遠(yuǎn)離中央亮區(qū)，亮度就隨之變暗；因而信號電平向右上方升高。為了測得絲的直徑，可以測第2、第3暗區(qū)之間的間距。但從圖3看，這兩個暗區(qū)對應(yīng)的凸起波形卻不在同一電平上。這給整形電路的設(shè)計(jì)帶來麻煩。同時第2、第3暗區(qū)波形均處于較暗的位置，波形的穩(wěn)定性差，整形后的方波也不穩(wěn)定，不可能做精密測量。
按本發(fā)明，用發(fā)光二極管LED均勻照射CCD上產(chǎn)生暗區(qū)3的部分。使第3暗區(qū)對應(yīng)的波形明顯下降，但又保持原有波形不變，且與第2暗區(qū)的波形趨于同高，參見圖4。這樣可以設(shè)置一個適當(dāng)?shù)谋容^電平，經(jīng)一級比較放大器放大后很方便地得到兩個脈沖，再經(jīng)過一級觸發(fā)器就可以給出第2、第3兩個暗區(qū)的間距；同時兩暗區(qū)的波形的穩(wěn)定性也大為提高。
若再設(shè)一個均勻照射整個CCD的上述第2種背景光光源，所得CCD波形將如圖5所示圖中上面的波形是CCD的輸出信號，下面是經(jīng)整形后的穩(wěn)定的方波，從圖中可以看出第2、第3暗區(qū)對應(yīng)的波形下移到與第1暗區(qū)的波形近于同高，用一個比較放大器可獲得三個暗區(qū)對應(yīng)的方波，這就給整形帶來了極大的方便，而且它們的輸出波形變得很穩(wěn)定。以這樣的背景光照射，并按此方法處理后的信號就為做精密測量打下了基礎(chǔ)。
上述測量也可如下以CPU程序控制進(jìn)行把圖3的CCD信號加到比較放大器，比較電平交波形于P點(diǎn)，經(jīng)反向放大后得如圖6所示的方波。由CPU多次采樣并數(shù)據(jù)處理，得其寬度。程序的下一步接通照射暗區(qū)2的背景光源的電開關(guān)，使暗區(qū)2的波形下降，與暗區(qū)3的波形拉開較大差距。然后再一次反向比較放大，得如圖7所示的波形。再一次由CPU多次采樣并數(shù)據(jù)處理，又得一寬度。二者相減，得第2、3暗區(qū)的間距，即可經(jīng)查表或算出細(xì)絲的直徑。
權(quán)利要求
1.一種背景光照射線陣CCD輔助測量的方法，其特征是(1)在CCD探頭中設(shè)置了均勻直線背景光光源，通過該光源照射局部CCD，在原有輸出波形不變的情況下，移動該區(qū)段CCD信號的電平，使得在任一個具體被測體的光學(xué)圖象中的相關(guān)信號電平趨于相等或相異；(2)在CCD探頭中設(shè)置另一背景光光源，照射全部CCD；同時獲得測量結(jié)果的微調(diào)，起到校準(zhǔn)的作用；微調(diào)上述兩種背景光光源的照度，并以比較放大器、門電路和觸發(fā)器構(gòu)成的信號處理電路獲得目標(biāo)信號，再用微處理器做采樣和數(shù)據(jù)處理；(3)將CPU的I/O口接到上述各局部照射背景光光源的電開關(guān)；將CPU接口電路擴(kuò)展D/A轉(zhuǎn)換器，輸出電壓控制照射全部CCD的背景光強(qiáng)度，即可將上述對CCD的照射進(jìn)行程序控制；手調(diào)或程控上述兩種背景光，并以比較放大器、門電路和觸發(fā)器構(gòu)成的信號處理電路獲得目標(biāo)信號，再用微處理器做采樣和數(shù)據(jù)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種背景光照射線陣CCD輔助測量的方法，其特征在于所述的局部照射CCD的輔助光源是由調(diào)整照射亮度的集成電路和直線均勻發(fā)光的器件及限制照明區(qū)域的光闌構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種背景光照射線陣CCD輔助測量的方法，其特征在于所述的全部照射CCD的輔助光源是由漫射體射出的漫反射光或透射光以及從光纖束獲得的可調(diào)強(qiáng)度的背景光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種背景光照射線陣CCD輔助測量的方法,其特征是在CCD探頭中設(shè)置了均勻背景光光源,通過該光源照射局部或全部CCD,移動信號電平,使任一個被測體的光學(xué)圖象中的相關(guān)信號電平趨于相等或相異;微調(diào)背景光光源的照度,使得以比較放大器,門電路和觸發(fā)器構(gòu)成的信號處理電路獲得簡化,再用微處理器做采樣和數(shù)據(jù)處理,可以抑制噪聲,使系統(tǒng)工作更趨穩(wěn)定,且能在測量時微調(diào)測量結(jié)果。
文檔編號G01D5/34GK1380530SQ0211029
公開日2002年11月20日 申請日期2002年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月12日
發(fā)明者金以豐, 陳蘇民 申請人:山西大學(xué)