【2017年整理】光电器件与检测实验讲义.doc

实验一 面阵CCD尺寸测量实验 目前，CCD已经在各个高科技领域得以迅速应用。CCD全称为电荷藕合器件，CCD本身有自扫描、高分辨率、高灵敏度、结构紧凑便于计算机处理、易于和自动控制设备连接等一系列优点。由于CCD具有非接触性测量、分辨率高等方面的特点，因此CCD器件在物体外型测量、表面检测、图像传真、智能传感等方面得到了广泛的应用。另外，CCD测量速度快，所以不仅可用于静态测量，还可用于动态在线检测或识别零件，因此CCD技术在高精度的在线检测系统中应用也越来越多。在我国，从80年代中期便开始逐渐应用CCD检测技术，并已部分运用到了各种自动化检测领域。现代加工技术发展迅速，自动化程度、加工精度不断提高，相应的对检测设备也提出了新的要求，如高精度，自动化，在线检测等等，新技术，新工艺，新项目对大直径尺寸高精度测量技术提出了越来越高的要求。的精密测量在检测技术中是一个应用十分普遍且有实际应用价值的问题。② 通过对标准图形的点、线、面的测量过程掌握应用面阵CCD进行尺寸测量的基本方法； ③ 通过对标准图形的点、线、面的测量过程掌握应用面阵CCD进行尺寸测量，掌握测量范围、精度和测量时间等问题。 【实验仪器】 ① 带有USB2.0输入端口的计算机（或GDS-Ⅲ光电综合实验平台），推荐使用WIN2000以上操作系统，使用1024?768分辨率，24或32位真彩显示； ② YHACCD－Ⅲ型彩色面阵CCD多功能实验仪一台。 ③ 印有矩形、圆、三角形等典型几何图形的待测量图片纸板。 【实验原理】 测量时，被测物通过光学系统成像于CCD像敏面上，从而可得到被测物的图像。由于被测物体的成像面上的照度不同，CCD像敏面上的照度分布也就不同，因此CCD中包含有被测物体的尺寸信号。本实验通过计算机软件检取被测物体的外径尺寸，具体方法将在文章后面给出。根据CCD的输出波形，可以得到物体在像方的尺寸D’，再根据成像物镜的物象关系，在得到物体像的尺寸后，找出成像物镜的光学放大倍率β，便可以利用下面的公式计算出物体A的实际尺寸D (1-1) 显然，只要得到物体在CCD上的像方尺寸大小D’，便可以求出物体的实际尺寸D。 【实验步骤及内容】 1. 开机过程 ① 将被测的标准图片如图1-1所示，安装在“被测物夹持架”上，将USB接口线正确连接到计算机上； ② 打开计算机的电源开关，并确认YHACCD－Ⅲ型彩色面阵CCD实验仪的“面阵CCD尺寸测量实验”软件是否已经安装。若未安装，则先将软件安装在计算机的指定位置上； ③ 将外置面阵CCD摄像机的镜头盖打开； ④ 打开YHACCD－Ⅲ彩色面阵CCD多功能实验仪的电源开关； ⑤ 确认视频切换按钮（开关）是否已经按下，切换指示灯点亮表明采集外置CCD摄像机的图像信号； ⑥ 运行“面阵CCD尺寸测量实验”程序； ⑦ 点击 “连续采集”按钮，计算机界面将显示外置摄像头所采集到的图像，调整CCD摄像头与测量图片的相对位置使计算机显示的图像尽量清晰，点击“停止”按钮。或者，点击“单帧”按钮，采集到一幅数据图像，并将其存入指定内存。 2. 关于点数据的测量 ① 点击如图1-2所示操作菜单栏中的“查看”选项，选择要查看的数据项，例如点击“显示一行数据（R）”，计算机软件将图像数据用文本文件的方式打开。观测其中一行的数据，从一行的数据中可以观测到图像在水平方向的边界灰度变化情况。同理通过坐标和数值能找到图形的边界在x，y方向的变化，然后保存并关闭文本文件； ② 完成①的测量工作后，就基本掌握了通过数字图像的像元值数据找出图像中图形边界的方法和原理。通过软件所提供的标定图像中任意一行（或列）数据边界的测量功能来确定边界点。例如，在采集到的图像上把鼠标移至某一行上点击左键，软件会弹出一个对话框，对话框中的曲线图表示了水平方向上各像元灰度的变化状况，如图1-3所示。图中的横坐标是水平方向上的像元位置，纵坐标是各像元灰度值。在曲线图上选择适当的灰度值（纵坐标）点击鼠标左键即得到测量阈值（图中的“172”），同时得到在此阈值（即纵坐标）下边界点的位置（灰度曲线与此阈值水平方向交点“149”、“159”，“540”、“550”）。也可以在采集到的图像上把鼠标移至某一列上点击右键，软件会弹出垂直方向上灰度变化曲线图，如图1-4所示。图中横坐标是各像元灰度值，纵坐标是垂直方向上的像元位置。在曲线图上选择适当的灰度值（横坐标）点击鼠标左键即得到测量阈值（图中的“209”），同时得到在此阈值（即横坐标坐标）下边界点的位置（灰度曲线与此阈值垂直方向交点“85”、“96”，“482”、“493”）。除了通过阈值法确定图形边界，还可以通过计算边界点附近的灰度变化率来确定边界，灰度变化最快的像元位置即为边界点坐标。 ③ 找出