基于SSPA透射圖像實時成像系統(tǒng).pdf

基于SSPA透射圖像實時成像系統(tǒng) 楊 菁 袁祥輝 重慶大學光電工程學院 重慶 400044 摘 要 介紹了一種基于可見光自掃描二極管列陣 SSPA 的實時成像系統(tǒng) 分析了系統(tǒng)宙 頻圖像采集的原理 結構及現實意義 并顯示了成像結果 關鍵詞 SSPA A D采集 二維圖像重建 中斷 實時成像 1 引 言 射線檢測技術經過30多年的發(fā)展 已成為無損 檢測的重要方法 廣泛應用于機械 造船 石油 化 工 核能 兵器 航空 航天等部門 進入90年代 射線實時成像檢測系統(tǒng)在我國受到重視 國內現在 使用的射線檢測儀 一部分是直接從國外進口 一 部分是由國外進口射線探測器等核心器件自己生產 檢測儀 但都受到國外的限制 重慶大學光電器件 研究室已初步研制成功X射線探測用線陣 自 掃 描 光 電 二 極 管 列 陣 SSPA self scanned photodiode array 器件 可徹底改變 上述情況 為了對研制X射線檢測儀整機做 好準備 本文用重慶大學生產的可見光線陣 SSPA器件 將透射圖像轉變?yōu)橐曨l信號 經 8位A D卡采集后 在計算機上進行實時顯 示 2 系統(tǒng)結構和工作原理 系統(tǒng)結構如圖1所示 包括光源 光學系統(tǒng) 掃 描機構 SSPA固體圖像傳感器 驅動器 驅動放大 電路 A D數據采集卡 PC機以及目標物等 由于 采用的SSPA線陣傳感器本身具有的自掃描功能形 成一維掃描 但是要獲取圖像信息 必須在與電子 掃描垂直的方向上做機械掃描 本系統(tǒng)中 把光學 系統(tǒng)和圖像傳感器固定 將目標物相對于SSPA光 敏面作相對運動而產生另一維掃描 首先通過PC機向A D采集卡發(fā)出控制命令 從A D卡上發(fā)出SSPA的驅動信號 同時初始化 A D卡機關設置 啟動A D轉換 A D卡采用幀存 儲的工作方式 將SSPA的視頻輸出逐位轉換并存 儲在RAM中 待采集完SSPA一次電子掃描所有 像元時 A D卡發(fā)出中斷申請 停止A D轉換 把 數據從RAM中讀到微機內存 同時進行機械掃描 準備下一次A D轉換 由于SSPA的積分時間較長 10m s 所以在讀取完上一次A D轉換數據后 完全來得及下一次A D轉換 直到掃描完整個目標 物 調用V GA B I OS功能 將所獲得的圖像信息顯 示在PC機的CRT上 圖1 系統(tǒng)結構框圖 3 數據采集系統(tǒng) 自掃描光電二極管列陣 SSPA 是一種MOS 圖像傳感器 它不僅可用于可見光和近紅外的檢測 也可用于X射線探測 是X射線探測儀器中的關鍵 傳感器 它的功能是將入射到傳感器光敏面上按空 間分布的光強信號 轉換為按時序串行輸出的電信 號 視頻信號 由于視頻信號是嚴格的時序信號 所 以它的信號采集也必須遵循嚴格的時序關系 基于上述考慮 信號采集卡采用本實驗室自己 開發(fā)的8位A D數據采集卡 頻率可達1M Hz 采 集卡由多通道開關 峰值保持 高速A D轉換 幀 存儲器 RAM 內地址發(fā)生器 時序及控制電路等 部分組成 這種高速A D接口的框圖如圖2所示 53第2期楊 菁等 基于SSPA透射圖像實時成像系統(tǒng) 圖2 調整A D接口框圖 圖中的峰值保持電路能否精確地跟蹤SSPA的 視頻輸出 是設計此電路的關鍵之一 峰值保持電 路的基本原理就是利用二極管單向導電特性 使其 保持電容單向充電 記憶其峰值 在一般情況下 二 極管的管壓降會影響峰值保持的精度 為避免這一 誤差 采用線性整流電路 為了靈活地分配端口地 址 采用了GAL來作地址譯碼 分配給它的地址為 3EOH 3EAH 時序發(fā)生器和邏輯控制電路是A D卡中十分重要的部分 由它產生SSPA器件工作 所需的時鐘及啟動信號以及供A D轉換使用的控 制信號和峰值保持電路的復位信號等 當然為了實 現一次電子掃描采集完所有像元的視頻信號 采用 了數據幀存儲方式 4 數據采集及圖象重建程序 數據采集程序由C語言編寫 C 語言介于高級 語言和低級語言之間 可以對機器進行硬件操作 如 進行端口I O操作 位操作 地址操作等 還可采用 適當方式將C語言與匯編指令混合編程 可使程序 的運行速度大大提高 采集程序采用硬件 中斷方式執(zhí)行讀操作 在SSPA器所有位 的視頻信號轉換完成后將其轉換結果讀入 PC機內存 大大節(jié)約了時間 這在多次使 用SSPA掃描結果 對系統(tǒng)速度有較高要 求時顯得尤為重要 程序框圖如圖3所示 圖3 數據采集程序框圖 由A D采集數據重建圖像 實際上就是將A D轉換數據寫入顯示存儲器的過程 在所有的V GA 圖形模式下 顯存與像素點之間的關系都是線性的 即顯存中的每個像素數據按光柵掃描的順序依次對 應于屏幕上每個像素點 程序中所用的主要圖形函 數有以下幾個 init 3 調用B I OS功能設置圖形顯示模式3 如 AH 0 3AH 0設置顯示模式 AL 0 x13h 33203200 256色顯示模式3 geninterrupt 0 x10 selectpage int page 3 用于設置當前顯示頁3 BL 0 DX page AH 0 x4f 3AH 4fh 選擇工作頁面3 63現 代 電 子 技 術2001年 AL 0 x05 3 geninterrupt 0 x10 putp int x int y unsigned char color 3 將屏幕上 x y 處的像素點顯示成指定的顏色3 asm mov ax GSEGM EN T 3 Defing GSESGM EN T 0a000h3 asm mov es ax asm mov al color asm mov es di al 3di offset 在內存地址0a000h offset處寫入像素點的顏色值3 其中offset W idth3y x 10000H W idth 水平像素數 在256色模式下 等于一條掃描線所占的字節(jié) setdac idx r g b 3 設置DAC色彩查找表3 DX 0 x3C8 30 x3C8是像素地址寫方式寄存器的操作端口3 outportb DX idx DX DX 1 r r 2 outportb DX r g g 2 outportb DX g b b 2 outportb DX b close 3 完成圖形關閉工作 3 AH 0 AL 3 380325彩色方式 3 geninterrupt 0 x10 計算機顯示器顯示出8位灰度圖像 圖略 由 于機械掃描的速度不能完全保持絕對的勻速 以及 器件本身的限制 圖像有一定的失真 在實際應用 中 可以通過整個系統(tǒng)性能的改進及數字圖像處理 進行樣校正 從而減少失真的程度 5 結 論 本文介紹了一個基于可見光自掃描光電二極管 列陣 SSPA 實時成像系統(tǒng) 現在本室初步研制出 X射線SSPA 而本系統(tǒng)的成功為最終開發(fā)X射線 安檢儀 射線檢測系統(tǒng) 發(fā)展國產化與射線檢測相 關的高科技產業(yè)打下堅實的基礎 參 考 文 獻 1 袁祥輝 1 固體圖像傳感器及其應用 1 重慶大學 出版社 1996 2 鄭世才 1 射線檢測技術20年回顧 無損檢測 1 1998 3 羅建軍 1V GA實用編程技術 1 北京 清華大學 出版社 1996 Real Ti me I maging System of Transm itted I mage Based on SSPA Yang Jing Yuan Xianghui Optoelectronic Engineering School Chongqing U niversity Chongqing 400044 Abstract A real ti me i maging system based on SSPA is introduced the structure and the principal of video acquisition are analysed i mage are displyed Key words SSPA A D acquisition two di mension i mage rebuild i m terrupt re