实验六 面阵 CCD数据采集与图像显示实验

光电成像器件实验 实验题目 实验六面阵CCD数据采集与图像显示实验 日期 2016.6.29 姓名 杨智超 组别 双2 班级 13光电子班 学号 134090340 【实验目的】1、了解面阵CCD输出的复合视频信号进行A/D数据采集的原理和；2、学习面阵CCD图像采集软件的基本操作并掌握面阵CCD图像数据的读写操作和利用文本文件分析图像性质的方法。 【实验器材】光电技术创新综合实验平台一台面阵CCD模块一台带宽50MHz以上双踪迹同步示波器一台连接导线若干 【实验原理】如图1所示为面阵CCD输出视频信号通过数据采集卡与计算机接口的基本原理方框图。图1图中的信号源一般为面阵CCD摄像机输出的全电视信号，也可以为录像机输出的视频信号。该信号进入图像卡后分为两路，一路经同步分离器分出行、场同步信号送给鉴相器，使之与卡内的时序发生器产生行、场同步信号保持同相位关系，并通过控制电路使卡上的各单元按视频信号的行、场电视制式的要求同步工作。另一路视频信号经过预处理电路，将视频的灰度信号由峰值为1的标准电视信号放大到A/D转换器所需要的幅度，并调整好白电平和对比度。预处理电路输出的信号送A/D转换器转换成数字信号。时序控制器将数字信号存于帧存储器。同时，卡上设置了为模拟监视器提供的全电视信号输出单元。它由查找、D/A转换器和同步合成电路构成。查找表在计算机接口电路的控制下，将A/D转换器输出的数字图像中的相同灰度值的地址放到指定的空间。这些数据经D/A转换成模拟电压值，使D/A转换器的输出在查找表指定行列点的灰度，便可以快速地还原图像于监视器上。在软件的作用下，图像卡可以方便地对数字图像进行存储、检测和加、减等各种运算处理。各模块功能如下：1、视频信号预处理电路视频信号预处理电路具有视频信号放大、对比度和亮度调节、输出幅度同步钳位等多种功能。一般通过多级视频放大后送到A/D转换电路。2、模数转换电路将视频信号由模拟量转换成数字信号，以便后续处理。一般需要高速A/D转换芯片，同时需要提供同步脉冲来作为A/D转换器的启动和转换完成的标志功能。3、帧存储器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。5、时序发生器与控制电路时序发生器用于产生图像采集与显示所需要的帧存储器地址信号，以及行、场同步信号，以便于D/A输出的视频信号一起合成为全电视信号。 【实验步骤及注意事项】1、用导线将面阵CCD模块的12V和GND的台阶插座用导线连接到ZY12243B光电技术创新综合实验平台的12V及对应GND插座上去；2、用双磁环USB2.0接口数据线将面阵CCD模块与计算机的USB端口相连接；3、打开计算机的电源开关，并确认面阵CCD模块的软件已经安装，若未安装，则先将软件安装，安装方法请见发货光盘中面阵CCD安装帮助；4、打开ZY12243B光电技术创新综合实验平台的电源开关；5、采集指示灯点亮表明正在采集CCD摄像机图像信号；6、将你所需要观测图片放置在镜头前，将CCD摄像头的镜头盖打开（图片如图1所示的）；图17、运行“面阵CCD实验”程序；选择实验列表中的“面阵CCD数据采集与图像显示实验”，如图2；图28、选择如图3所示界面上的“连续采集”命令，观察采集到的实际图像；图39、选择图3中的“停止采集”命令，点击图4中的“保存图片”按钮，将图片保存到指定目录下。图410、点击图4中的“保存所有数据”按钮，将自动弹出保存数据的文本文件，文件的自动保存路径为“*/data/”（*为“面阵CCD实验”软件所在的路径）。11、文本文件的数据信息为各像素点的R、G、B亮度值及黑白灰度值，如果为彩色图片，则R、G、B亮度值与灰度值的关系为（式1）如果为黑白图片，则R、G、B三色亮度值显示量同灰度值。如图5所示：图512、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；图614、关机结束（1）将所需要保存的数据或文件进行保存处理；（2）关闭实验平台的电源；（3）盖好镜头盖；（4）退出软件，关闭计算机。 【实验结果与数据处理】1、面阵CCD采集到的信息可以在计算机屏幕上清晰成像后，将图片以“Test1_1”命名进行保存，将数据保存的txt文档重命名为“Test1_2”，“Test1_1”如图7所示。图72、将所采集的图像数据以文本文件的方式保存起来，其部分数据如下：坐标红色绿色蓝色灰度坐标红色绿色蓝色灰度0,157575757……1,157575757760,575545454542,157575757761,575535353533,157575757762,575535353534,157575757763,5755252525205,157575757764,575535353536,157575757765,575202020207,157575757766,57500485……767,575189179242189 【实验结论与分析】1、面阵CCD输出的视频信号为什么要先进行预处理才能送给A/D转换器进行A/D转换？解：输出信号预处理器，包括信号低通滤波电路、光耦隔离放大电路、复位噪声滤除电路、电位调节放大及双向限幅电路、时序发生电路和直流供电电路等。可将CCD的输出信号转换为仅包含像元信号幅值信息的信号，对频率在一定范围内的输出信号具有选择作业。尤其是视频信号，需要对图像进行处理，所以要求信噪比高，进行预处理后再送给A/D转换器进行A/D转换可以得到更加的信号。2、思考有没有更便捷的边缘检测方法？解：镜头边缘检测算法要做的是检测出一段视频片段中发生镜头切换的图像帧。一般在同一个镜头中，相邻的图像帧是相似的，所以可以通过检测相邻图像帧特征的突变来实现。众多算法其实都离不开重要的两点，怎么定义图像的特征，怎么判定相似。总的来说大部分算法都太粗糙了，究其原因。一个是对于特征的定义太过单一，无法全美的反应图片的特征，另外对于相似度函数的定义或者阈值（可以考虑自适应的阈值）的确定也有待改进。绝对帧间差法：比较相邻图像帧像素的亮度和之差，当大于某个阈值时，则判定发生突变。这种算法阈值的选取会影响准确度。而对于阈值的确定，应该还有改进的空间，此处简单的取全局平均值的1.1倍为阈值。所以绝对帧间差法是比较理想的方法。_1528830684.vsd视频信号预处理A/D查找表D/A同步合成监视器同步分离帧存器64K*8接口电路计算机鉴相器时序发生器及控制电路图像采集卡_1528830685.unknown