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摘 要

　　现阶段面阵ＣＣＤ广泛应用于机器视觉技术，发展比较成熟，具有低输出信噪比、高灵敏度以及更宽的动态范围。本文主要研究基于面阵CCD的图像信息采集与处理。

本文介绍了面阵CCD在国内外的发展状况，面阵CCD主要原理和CCD图像采集系统的结构，并重点分析了各种图像信息处理方法。涉及的图像信息处理方法包括各种点运算，几何变换，增强与清晰处理，边缘检测与轮廓信息处理等。点运算包括阈值变换、线性变换、灰度拉伸变换和均衡变换等。在几何变换处理中对采集图像进行了平移、旋转、翻转和缩放。并且从数学角度分析各图像处理的过程，最后通过实验得出处理结果。

关键词：面阵CCD；图像信息采集；图像信息处理;

Image acquisition and processing based on area-array CCD

Abstract

Area array CCD devices have been widely applied to machine vision technology, and have developed since 1970s. Due to low noise in output signal, wide dynamic range and high quantum efficiency, this paper talks about image acquisition and processing based on area array CCD.

First, the development status and the main principles of area array CCD are discussed. Then introduce the structure of CCD image gathering system. The thesis then focuses on an analysis of several image processing method, including dot operation, geometric transformation, image enhancement and edge detection etc. Dot operation is about threshold and linear transformation, grey extension, and histogram equalization etc. Image translation, rotation, mirroring and scaling is described when talking about geometric transformations. The paper studies several image processing methods mathematically and the final results obtained by experiment.

Key Words: Area-array CCD; Image acquisition; Image processing;

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1课题背景与意义 1

1.2国内外发展现状 1

1.3主要工作和内容安排 2

第二章　CCD图像传感器 3

2.1 CCD基本原理 3

2.2 CCD分类 5

2.3面阵CCD性能参数 6

第三章 CCD图像采集处理系统 7

3.1 CCD图像采集系统结构 7

3.2 USB 图像采集卡的基本原理与结构 7

第四章 图像信息处理方法 9

4.1点运算 9

4.2图像的几何变换 11

4.3图像的增强与清晰处理 14

4.4边缘检测与轮廓信息处理 18

4.5图像分割与检测 21

第五章 图像信息采集与处理实验 24

5.1尺寸测量 24

5.2点运算 26

5.3几何变换 30

5.4轮廓信息处理 35

5.5图像的增强与清晰处理 38

5.6颜色识别 42

5.7投影及差影检测 46

5.8 总结 48

参考文献 49

致谢 50

1. 绪论

1.1课题背景与意义

随着我国工业水平提高，机器视觉技术的日益成熟，越来越多的企业开始利用机器视觉技术提高工作效率和质量，在监控、管理、生产和安全等环节都需要机器视觉技术的应用，可以说，它是自动化生产的眼睛。

　　图像采集是应用机器视觉技术的第一步，主要工具是图像传感器。世界上最早出现的图像传感器是摄像管，并且被长期应用于机器视觉技术，而现阶段人们提到图像传感器的时候多指CCD图像传感器和CMOS图像传感器^[1]。

电荷耦合器件，即CCD(Charge Coupled Devices)诞生并发展于在2O世纪70年代初期,是一种半导体集成光学装置。1970年,世界上第一只CCD诞生于美国的贝尔实验室Alcatel-Lucent Bell Labs；三年后,飞兆半导体公司制造出第一只商用CCD成像器件；80年代末,CCD基本取代了电子扫描摄像管在成像、显示等专业领域的应用；1990年后,CCD成像技术广泛应用于专业数字化照相、深空探测、实时成像以及各行业应用领域。经过长时间发展，CCD具有良好的信噪比、动态范围宽、响应速度快、精度高，运行稳定，可以用于拍摄高速运动的物体，在图像传感器、精密测量和非接触领域已经得到快速的发展^[2][3][4]。

又因为CCD器件体积小，便于携带，所需的工作电压低，功耗小，受外界干扰因素影响较小，在恶劣的外界环境中也可以正常工作，并且可以和计算机连接进行数字化处理。现在，发展成熟、市场占有率高的ＣＣＤ图像传感器成为了现代微电子技术的热门研究课题，并取得了丰富的研究成果，具有广泛的应用前景，因此本课题选择CCD图像传感器进行图像采集与处理^[5][6][7]。

1.2国内外发展现状

　　美国是世界上最先研究CCD的国家，到目前为止暂时保持发展优势。CCD发明之后，麻省理工学院林肯实验室、美国航空航天局喷气推进实验室和SRI大卫·萨尔诺夫研究中心等形成了大型测试中心。此外，美国几家大型公司也促进了CCD的发展，例如无线电广播公司，通用电气公司、仙童公司、福特航空公司及EGamp;G公司等。

　　日本CCD发展晚于美国，但发展速度极快。日本的民用消费型光电产品的开发和生产占据世界市场很大的比重，是世界CCD的生产大国。1979年索尼公司使用三片高密度隔列转移CCD制造出R（红）、B（蓝）、G（绿）三分路彩色摄像机。1980年，日立公司研制出首款单芯片彩色CCD摄像机。1998年日本采用拼接技术进一步扩大了CCD图像传感器的像元个数。

　　虽然我国的CCD研究起步比欧美等国家晚，但是我国的研究者们自强不息，自行研制了第一代线阵CCD和第二代CCPD，为后来的CCD技术发展铺平道路。除了可见光CCD，我国还陆续研制出了硅化铂肖特基势垒红外CCD，512×512像元x射线CCD、512×512像元光纤面板耦合CCD像敏元件、512×512像元帧转移可见光CCD、1024×1024像元紫外CCD、微光CCD和多谱红外CCD等^[7][8][9]。

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