基于SSPA透射圖像實(shí)時(shí)成像系統(tǒng).pdf

基于SSPA透射圖像實(shí)時(shí)成像系統(tǒng) 楊 菁 袁祥輝 重慶大學(xué)光電工程學(xué)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(shí)時(shí)成像系統(tǒng) 分析了系統(tǒng)宙 頻圖像采集的原理 結(jié)構(gòu)及現(xiàn)實(shí)意義 并顯示了成像結(jié)果 關(guān)鍵詞 SSPA A D采集 二維圖像重建 中斷 實(shí)時(shí)成像 1 引 言 射線檢測(cè)技術(shù)經(jīng)過30多年的發(fā)展 已成為無損 檢測(cè)的重要方法 廣泛應(yīng)用于機(jī)械 造船 石油 化 工 核能 兵器 航空 航天等部門 進(jìn)入90年代 射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)在我國受到重視 國內(nèi)現(xiàn)在 使用的射線檢測(cè)儀 一部分是直接從國外進(jìn)口 一 部分是由國外進(jìn)口射線探測(cè)器等核心器件自己生產(chǎn) 檢測(cè)儀 但都受到國外的限制 重慶大學(xué)光電器件 研究室已初步研制成功X射線探測(cè)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(duì)研制X射線檢測(cè)儀整機(jī)做 好準(zhǔn)備 本文用重慶大學(xué)生產(chǎn)的可見光線陣 SSPA器件 將透射圖像轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號(hào) 經(jīng) 8位A D卡采集后 在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯 示 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示 包括光源 光學(xué)系統(tǒng) 掃 描機(jī)構(gòu) SSPA固體圖像傳感器 驅(qū)動(dòng)器 驅(qū)動(dòng)放大 電路 A D數(shù)據(jù)采集卡 PC機(jī)以及目標(biāo)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(jī)械掃描 本系統(tǒng)中 把光學(xué) 系統(tǒng)和圖像傳感器固定 將目標(biāo)物相對(duì)于SSPA光 敏面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生另一維掃描 首先通過PC機(jī)向A D采集卡發(fā)出控制命令 從A D卡上發(fā)出SSPA的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 同時(shí)初始化 A D卡機(jī)關(guān)設(shè)置 啟動(dòng)A D轉(zhuǎn)換 A D卡采用幀存 儲(chǔ)的工作方式 將SSPA的視頻輸出逐位轉(zhuǎn)換并存 儲(chǔ)在RAM中 待采集完SSPA一次電子掃描所有 像元時(shí) A D卡發(fā)出中斷申請(qǐng) 停止A D轉(zhuǎn)換 把 數(shù)據(jù)從RAM中讀到微機(jī)內(nèi)存 同時(shí)進(jìn)行機(jī)械掃描 準(zhǔn)備下一次A D轉(zhuǎn)換 由于SSPA的積分時(shí)間較長(zhǎng) 10m s 所以在讀取完上一次A D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后 完全來得及下一次A D轉(zhuǎn)換 直到掃描完整個(gè)目標(biāo) 物 調(diào)用V GA B I OS功能 將所獲得的圖像信息顯 示在PC機(jī)的CRT上 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3 數(shù)據(jù)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(cè) 也可用于X射線探測(cè) 是X射線探測(cè)儀器中的關(guān)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(qiáng)信號(hào) 轉(zhuǎn)換為按時(shí)序串行輸出的電信 號(hào) 視頻信號(hào) 由于視頻信號(hào)是嚴(yán)格的時(shí)序信號(hào) 所 以它的信號(hào)采集也必須遵循嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系 基于上述考慮 信號(hào)采集卡采用本實(shí)驗(yàn)室自己 開發(fā)的8位A D數(shù)據(jù)采集卡 頻率可達(dá)1M Hz 采 集卡由多通道開關(guān) 峰值保持 高速A D轉(zhuǎn)換 幀 存儲(chǔ)器 RAM 內(nèi)地址發(fā)生器 時(shí)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(shí)時(shí)成像系統(tǒng) 圖2 調(diào)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(shè)計(jì)此電路的關(guān)鍵之一 峰值保持電 路的基本原理就是利用二極管單向?qū)щ娞匦?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(huì)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(shí)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(chǎn)生SSPA器件工作 所需的時(shí)鐘及啟動(dòng)信號(hào)以及供A D轉(zhuǎn)換使用的控 制信號(hào)和峰值保持電路的復(fù)位信號(hào)等 當(dāng)然為了實(shí) 現(xiàn)一次電子掃描采集完所有像元的視頻信號(hào) 采用 了數(shù)據(jù)幀存儲(chǔ)方式 4 數(shù)據(jù)采集及圖象重建程序 數(shù)據(jù)采集程序由C語言編寫 C 語言介于高級(jí) 語言和低級(jí)語言之間 可以對(duì)機(jī)器進(jìn)行硬件操作 如 進(jìn)行端口I O操作 位操作 地址操作等 還可采用 適當(dāng)方式將C語言與匯編指令混合編程 可使程序 的運(yùn)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(hào)轉(zhuǎn)換完成后將其轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入 PC機(jī)內(nèi)存 大大節(jié)約了時(shí)間 這在多次使 用SSPA掃描結(jié)果 對(duì)系統(tǒng)速度有較高要 求時(shí)顯得尤為重要 程序框圖如圖3所示 圖3 數(shù)據(jù)采集程序框圖 由A D采集數(shù)據(jù)重建圖像 實(shí)際上就是將A D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寫入顯示存儲(chǔ)器的過程 在所有的V GA 圖形模式下 顯存與像素點(diǎn)之間的關(guān)系都是線性的 即顯存中的每個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)按光柵掃描的順序依次對(duì) 應(yīng)于屏幕上每個(gè)像素點(diǎn) 程序中所用的主要圖形函 數(shù)有以下幾個(gè) init 3 調(diào)用B I OS功能設(shè)置圖形顯示模式3 如 AH 0 3AH 0設(shè)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(shè)置當(dāng)前顯示頁3 BL 0 DX page AH 0 x4f 3AH 4fh 選擇工作頁面3 63現(xiàn) 代 電 子 技 術(shù)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(diǎn)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(nèi)存地址0a000h offset處寫入像素點(diǎn)的顏色值3 其中offset W idth3y x 10000H W idth 水平像素?cái)?shù) 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(shè)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(guān)閉工作 3 AH 0 AL 3 380325彩色方式 3 geninterrupt 0 x10 計(jì)算機(jī)顯示器顯示出8位灰度圖像 圖略 由 于機(jī)械掃描的速度不能完全保持絕對(duì)的勻速 以及 器件本身的限制 圖像有一定的失真 在實(shí)際應(yīng)用 中 可以通過整個(gè)系統(tǒng)性能的改進(jìn)及數(shù)字圖像處理 進(jìn)行樣校正 從而減少失真的程度 5 結(jié) 論 本文介紹了一個(gè)基于可見光自掃描光電二極管 列陣 SSPA 實(shí)時(shí)成像系統(tǒng) 現(xiàn)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(cè)系統(tǒng) 發(fā)展國產(chǎn)化與射線檢測(cè)相 關(guān)的高科技產(chǎn)業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 參 考 文 獻(xiàn) 1 袁祥輝 1 固體圖像傳感器及其應(yīng)用 1 重慶大學(xué) 出版社 1996 2 鄭世才 1 射線檢測(cè)技術(shù)20年回顧 無損檢測(cè) 1 1998 3 羅建軍 1V GA實(shí)用編程技術(shù) 1 北京 清華大學(xué) 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