专利名称：一种背景光照射线阵ccd辅助测量的方法
技术领域：
本发明涉及一种物理的光电测量，特别是一种用背景光照射线阵CCD辅助测量的方法。
背景技术：
目前在工业上最常用的测量方法是以一束平行光照射CCD，并放置被测体在光场中，使被测体处于二者之间，即可在CCD上得到同尺寸的阴影和相应的目标信号，其输出信号即是方波脉冲，正是因为大部分CCD单元被光照射，抑制了CCD的噪声，使它工作较为稳定，且结构简单，允许被测体缓慢移动，使这种方法适用于大部分动态测量。而它的缺点是从平行光源到CCD之间距离较近，在测量环境较差时，结构上没有灵活变通的余地。另一种方法是用透镜放大或缩小被测体，且成象在CCD上，即得数倍于被测体的图象。从CCD上输出的信号的处理，如图1所示，由滤波器使噪声滤除，经整形电路把信号放大为方波信号，再经门电路和触发器加到电脑芯片CPU上，进行数据采集和处理。把结果显示在图1中的显示器上。还有电源部分为整个探头供电。但在不少情况下，整形电路的设计会遇到困难。例如CCD信号不稳定，整形得到的方波也就不稳定，噪声干扰过强，放大出本没有的干扰方波，或者几个一起处理的信号处于不同的电平上，这些都使得处理电路复杂而容易使电脑输出的数据不稳定或错误，必将给维护人员和用户带来困扰。
发明内容
基于上述情况，本发明的目的是在必须从CCD上光强较弱、而噪声较强的区域获得目标信号的情况下，提供一种简化信号处理电路，并使得CCD输出稳定的一种用背景光照射线阵CCD辅助测量的方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案。如图2所示(1)在CCD探头中设置了均匀直线背景光光源，通过该光源照射局部CCD，在原有输出波形不变的情况下，移动该区段CCD信号的电平，使得在任一个具体被测体的光学图象中的相关信号电平趋于相等或相异。(2)在CCD探头中设置另一均匀背景光光源，照射全部CCD，同时获得测量结果的微调，起到校准的作用。微调上述两种背景光光源的照度，并以比较放大器、门电路和触发器构成的信号处理电路获得目标信号，再用微处理器做采样和数据处理。(3)将CPU的I/O口接到上述各局部照射背景光光源的电开关，将CPU接口电路扩展D/A转换器，输出电压控制照射全部CCD的背景光强，即可将上述对CCD的照射进行程序控制；手调或程控上述两种背景光，并以比较放大器、门电路和触发器构成的信号处理电路获得目标信号，再用微处理器做采样和数据处理。所述的局部照射CCD的辅助光源是由调整照射亮度的集成电路和直线均匀发光的器件及限制照明区域的光阑构成。所述的全部照射CCD的辅助光源是由漫射体射出的漫反射光或透射光以及从光纤束获得的可调光强的背景光。
本发明与现有技术相比的优点与积极效果是在原有CCD探头的暗盒中设置了能产生均匀背景光的光源，照射CCD的局部或全部区段，以达到简化信号处理电路，抑制CCD噪声、获得稳定可靠的目标信号和稳定的测量系统。照射全部CCD，同时获得测量结果的微调，起到校准的作用。
图1是CCD信号处理的方框示意2是本发明的原理示意3是衍射测径时的CCD波形示意4是衍射第3暗区被照射后波形示意5是CCD被全部照射后的波形和整形为方波的波形示意6是程控比较放大CCD信号及输出示意7是加入局部背景光并程控放大CCD及输出示意图
具体实施例方式本发明背景光光源的获得(1)在CCD探头中设置直线型均匀发光LED光源，并在LED处设有光阑，通过该光源照射局部CCD。(2)在CCD探头中设置另一背景光光源，照射全部CCD。此光源可以是直线型均匀发光LED光源；或者是用漫射体射出的漫反射光或透射光以及从光纤束获得的可调光强的背景光光源。下面以衍射测径为实施例加以说明当以一束激光照射一细丝时，在一定距离以外放置带驱动电路的CCD，并令其衍射花样的中央亮区位于CCD的一端之外。则可用示波器看到CCD的输出信号如图3所示。图中1、2、3分别是衍射花样中的第1、第2、第3个暗区。其中央亮区在CCD的最左侧之外。从总体来看，随着远离中央亮区，亮度就随之变暗；因而信号电平向右上方升高。为了测得丝的直径，可以测第2、第3暗区之间的间距。但从图3看，这两个暗区对应的凸起波形却不在同一电平上。这给整形电路的设计带来麻烦。同时第2、第3暗区波形均处于较暗的位置，波形的稳定性差，整形后的方波也不稳定，不可能做精密测量。
按本发明，用发光二极管LED均匀照射CCD上产生暗区3的部分。使第3暗区对应的波形明显下降，但又保持原有波形不变，且与第2暗区的波形趋于同高，参见图4。这样可以设置一个适当的比较电平，经一级比较放大器放大后很方便地得到两个脉冲，再经过一级触发器就可以给出第2、第3两个暗区的间距；同时两暗区的波形的稳定性也大为提高。
若再设一个均匀照射整个CCD的上述第2种背景光光源，所得CCD波形将如图5所示图中上面的波形是CCD的输出信号，下面是经整形后的稳定的方波，从图中可以看出第2、第3暗区对应的波形下移到与第1暗区的波形近于同高，用一个比较放大器可获得三个暗区对应的方波，这就给整形带来了极大的方便，而且它们的输出波形变得很稳定。以这样的背景光照射，并按此方法处理后的信号就为做精密测量打下了基础。
上述测量也可如下以CPU程序控制进行把图3的CCD信号加到比较放大器，比较电平交波形于P点，经反向放大后得如图6所示的方波。由CPU多次采样并数据处理，得其宽度。程序的下一步接通照射暗区2的背景光源的电开关，使暗区2的波形下降，与暗区3的波形拉开较大差距。然后再一次反向比较放大，得如图7所示的波形。再一次由CPU多次采样并数据处理，又得一宽度。二者相减，得第2、3暗区的间距，即可经查表或算出细丝的直径。
权利要求
1.一种背景光照射线阵CCD辅助测量的方法，其特征是(1)在CCD探头中设置了均匀直线背景光光源，通过该光源照射局部CCD，在原有输出波形不变的情况下，移动该区段CCD信号的电平，使得在任一个具体被测体的光学图象中的相关信号电平趋于相等或相异；(2)在CCD探头中设置另一背景光光源，照射全部CCD；同时获得测量结果的微调，起到校准的作用；微调上述两种背景光光源的照度，并以比较放大器、门电路和触发器构成的信号处理电路获得目标信号，再用微处理器做采样和数据处理；(3)将CPU的I/O口接到上述各局部照射背景光光源的电开关；将CPU接口电路扩展D/A转换器，输出电压控制照射全部CCD的背景光强度，即可将上述对CCD的照射进行程序控制；手调或程控上述两种背景光，并以比较放大器、门电路和触发器构成的信号处理电路获得目标信号，再用微处理器做采样和数据处理。
2.根据权利要求1所述的一种背景光照射线阵CCD辅助测量的方法，其特征在于所述的局部照射CCD的辅助光源是由调整照射亮度的集成电路和直线均匀发光的器件及限制照明区域的光阑构成。
3.根据权利要求1所述的一种背景光照射线阵CCD辅助测量的方法，其特征在于所述的全部照射CCD的辅助光源是由漫射体射出的漫反射光或透射光以及从光纤束获得的可调强度的背景光。
全文摘要
本发明公开了一种背景光照射线阵CCD辅助测量的方法,其特征是在CCD探头中设置了均匀背景光光源,通过该光源照射局部或全部CCD,移动信号电平,使任一个被测体的光学图象中的相关信号电平趋于相等或相异;微调背景光光源的照度,使得以比较放大器,门电路和触发器构成的信号处理电路获得简化,再用微处理器做采样和数据处理,可以抑制噪声,使系统工作更趋稳定,且能在测量时微调测量结果。
文档编号G01D5/34GK1380530SQ0211029
公开日2002年11月20日 申请日期2002年4月12日 优先权日2002年4月12日
发明者金以丰, 陈苏民 申请人:山西大学