實驗四--利用線陣CCD進(jìn)行物體角度的測量

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實驗四 利用線陣CCD進(jìn)行物體角度的測量一、實驗?zāi)康膽?yīng)用線陣CCD可以進(jìn)行物體位置或角度的測量，學(xué)習(xí)利用線陣CCD測量被測物體角度的方法能夠幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握線陣CCD的應(yīng)用問題，培養(yǎng)學(xué)生充分發(fā)揮想象力，增強(qiáng)創(chuàng)新設(shè)計能力。二、實驗準(zhǔn)備內(nèi)容a) 學(xué)習(xí)利用彩色線陣CCD測量被測物體角度的基本原理。b) 掌握利用CCD進(jìn)行角度測量的方法。三、實驗所需儀器設(shè)備（1） YHLCCDIV型彩色線陣CCD多功能實驗儀一臺。（2） 裝有VC+軟件及相關(guān)實驗軟件的PC計算機(jī)一臺；（3） 帶寬50MHz以上的雙蹤跡同步示波器一臺；四、利用彩色線陣CCD測量物體角度的原理利用線陣CCD測量

2、被測物體角度的方法有很多，其實質(zhì)都屬于尺寸測量和位移量測量的類型。常用的測量方法有兩種。第一種方法如圖6-1所示，圖中水平粗線表征線陣CCD的像敏單元陣列，假設(shè)待測物體的軸線與CCD像元排列方向垂直，線陣CCD將測出它的寬度為D，當(dāng)該物體旋轉(zhuǎn)了角度后，CCD測量出來的寬度值也發(fā)生變化，變?yōu)镾。從圖6-1可以推導(dǎo)出被測物的傾斜角度為sin-1 ( D / S )。 這種測量角度的方法比較簡單，適用于低精度測量較大尺寸物體的傾斜角。這種方法要求預(yù)先知道被測體垂直放置時的寬度，且光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)不能太高。當(dāng)被測物體本身的寬度尺寸D有顯著變化時，會直接影響角度的測量精度。測量角度的第二種方法實際上是

3、兩條具有水平刻度尺的平行線切割被測物體而對其傾角敏感的測量原理。由于彩色線陣CCD由3條相互平行的像敏單元陣列構(gòu)成，且制造CCD的工藝保證了三條平行的光敏單元陣列的首尾及像元尺寸的高精度一致性，使得其中的任意兩行光敏單元陣列能夠構(gòu)成兩條具有水平刻度的尺，其像元尺寸可視為尺的分度，像元總長可視為測量范圍（當(dāng)然要考慮光學(xué)系統(tǒng)的放大倍率），當(dāng)被測物與線陣CCD像敏單元陣列成角度時，可以利用彩色線陣CCD兩條平行的陣列傳感器進(jìn)行角度測量。如圖6-2所示，假設(shè)被測物在CCD像面上的投影如灰色部分所示，R、B、G分別為彩色線陣CCD的R、B、G三條像敏單元陣列（陣列傳感器）。由圖中可以看出，三條陣列傳感器

4、對待測物體成像后的邊界是相互錯開的，用分離最遠(yuǎn)的R、G陣列傳感器做測量尺，通過對R、G陣列傳感器的邊界信息的提取測量，便可以測得圖中的S。而相鄰感光線的間距為64mm為已知量（見器件手冊），則R、G陣列傳感器的邊界間隔距離L0128mm。由此可以推導(dǎo)出待測物體的傾斜角度為tg-1 ( T / S ) (6-1)由于彩色線陣CCD的相鄰陣列傳感器的距離L0較寬，而同列像元的中心距l(xiāng)0很小，因此用這種方法測角可以獲得較高的精度。這種方法測角的角度分辨率為mintg-1 ( l0 / L0 ) (6-2)五、實驗內(nèi)容及步驟1、實驗內(nèi)容（1）用單色線陣CCD測量物體的角度（2）用彩色線陣CCD測量物體

5、的角度2、實驗步驟i. 首先將實驗儀的數(shù)據(jù)端口和計算機(jī)USB端口用專用USB數(shù)據(jù)線纜連接好并合上YHLCCDIV的主電源開關(guān)。ii. 打開計算機(jī)電源，完成系統(tǒng)啟動后進(jìn)入下一步操作。iii. 用示波器測量F1、F2、FC、RS、SP、CP各路脈沖信號的波形是否正確。如果與附圖3所示的波形相符，繼續(xù)進(jìn)行下面實驗；否則，應(yīng)請指導(dǎo)教師檢查。iv. 認(rèn)已經(jīng)正確安裝實驗儀軟件。否則，請首先安裝實驗儀軟件。v. 選擇“角度測量實驗”文件，點擊，彈出角度測量主界面后按界面提示進(jìn)行下面的操作。（一）角度測量方法之一（1） 打開實驗儀上蓋板將測量角度樣片D、E分別插入測量片夾夾具中。圖6-4實驗結(jié)果的顯示圖6-3

6、算法選擇（2） 運行角度測量實驗軟件，在如圖6-3所示的界面工具條上選擇算法，點擊算法1按鈕，便可以算法1的測量方法測出“物體”（樣片D）的傾角，并將結(jié)果顯示在如圖6-4所示的測量框內(nèi)，例如測得角度為44.54°。（3） 調(diào)節(jié)鏡頭的光圈、焦距和CCD的積分時間設(shè)置，使信號達(dá)到測量要求（接近飽和狀態(tài)，但不能進(jìn)入飽和狀態(tài)），且要調(diào)整好成像物鏡，使輸出波形盡量陡直，以便獲得更高的測量精度。（4） 設(shè)置閾值為“浮動閾值”方式，數(shù)值選為50。選擇“壓縮”顯示，數(shù)據(jù)采集間隔設(shè)為0s，設(shè)置采集次數(shù)為10次，得到10次采集的平均值。（5） 運行測量軟件，并將所顯示的測量結(jié)果記錄在實驗報告中。 （二）

7、 角度測量方法之二選擇工具條上的算法2按鈕，實驗儀將自動轉(zhuǎn)換為用TCD2252D的UR、UG兩輸出信號進(jìn)行方法2測量。將測量角度樣片D、E圖形代替被測物分別插入測量片夾的夾槽中。其他實驗步驟如同角度測量方法一的步驟。測量結(jié)果也同樣顯示于如圖6-4所示的界面3、結(jié)束與關(guān)機(jī)（1）先退出實驗程序，再關(guān)閉實驗儀的電源；（2）關(guān)閉計算機(jī)系統(tǒng)；（3）關(guān)閉示波器電源；（4）關(guān)掉總電源。（5）整理好所有的實驗器材與工具。六、實驗結(jié)果七、實驗總結(jié)1、 CCD陣列一定要與被測物保持垂直，否則會影響測量準(zhǔn)確性。對于本實驗，應(yīng)確?？尚D(zhuǎn)CCD的水平狀態(tài)。2、 CCD像面的測量精度與被測物體本身的寬度變化會影響結(jié)果。例如假設(shè)本實驗測量物體寬度為4mm、CCD像面的測量精度為±2（CCD像素點），或被測物體本身的寬度變化為8mm±0.2mm，根據(jù)光學(xué)放大倍數(shù)分析精度（如上圖所示）。這種