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基于CCD动态响应特性的测速方法研究

作　者: 杨少栋
导　师: 韩峰
学　校: 内蒙古工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: CCD 一阶系统 动态响应 速度测量
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


物体运动速度是判断物体运动状态的一项重要指标,速度的测量在生产、生活、科研的各个领域具有广泛的需求和应用。例如测量高速行驶的汽车、一定飞行姿态的弹丸、物体爆炸的碎片以及高速运动的微观粒子等物体的速度。本课题通过对CCD图像传感器物理结构、工作原理的分析和研究,提出了基于CCD图像传感器动态响应特性的单帧模糊图像速度测量方法。本课题提出的单帧图像的非接触式速度测量方法与目前研究较多的多序列图像测速方法相比,该方法直接利用了单帧运动模糊影像包含的对象运动信息,只需要单幅图像即可完成测量,避免了采用多幅图像时所需要的图像对准、特征点匹配等复杂处理,算法更为简单有效,具有一定的实用性。本文的主要研究工作归纳为如下几点:1、通过对图像传感器物理结构、工作原理的分析,设计了CCD动态特性测试方案,提取了运动图像上能够反映CCD响应特性的像元灰度数据,通过基于最小二乘法的数据分析完成了动态特性的测试与建模。研究结果表明CCD传感器动态响应特性可采用修正的一阶系统模型表示,其拟合误差约为0.2,模型精度较高。同时对CCD图像传感器动态响应特性时间常数影响因素进行分析与实验验证,结果表明动特性时间常数与目标物体光亮度有关。2、通过CCD图像传感器动态响应特性的研究,提出了一种基于图像传感器动态响应特性的单帧图像速度测量方法。考虑到测速方法的工程实际应用,引入了光亮度概念,同时对摄像机进行了光亮度值标定。通过摄像机光亮度标定与动态响应特性实测数据,确定了光照度700~1800lx范围内曝光时间1/50秒、光圈值F2.8条件下运动物体灰度值、光亮度值以及动态特性时间常数之间的确定函数关系。最后依照设计的CCD动态响应特性测速步骤完成了传送带上运动物体一维线速度的测量。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 引言  8
  1.2 测速方法国内外研究现状  8-14
    1.2.1 接触式测量方法  8-9
    1.2.2 非接触式测量方法  9-14
  1.3 本课题研究的内容及论文结构  14-16
    1.3.1 课题研究内容  14-15
    1.3.2 论文结构安排  15-16
第二章 CCD 图像传感器简介  16-34
  2.1 CCD 图像传感器发展历程及其发展状况  16-19
    2.1.1 CCD 图像传感器发展历程  16-17
    2.1.2 CCD 图像传感器发展状况  17-19
  2.2 CCD 图像传感器的结构与工作原理  19-24
    2.2.1 CCD 图像传感器基本结构  19-20
    2.2.2 CCD 图像传感器工作原理  20-24
  2.3 CCD 图像传感器的主要性能指标  24-26
  2.4 CCD 图像传感器的分类及其应用状况  26-31
    2.4.1 CCD 图像传感器的分类  26-29
    2.4.2 CCD 图像传感器的应用状况  29-31
  2.5 CCD 图像传感器与CMOS 图像传感器的比较  31-33
  2.6 本章小结  33-34
第三章 CCD 动态响应特性的研究  34-42
  3.1 传感器动态特性  34
  3.2 CCD 图像传感器的动态特性  34-35
  3.3 CCD 动态特性的测试与建模  35-39
    3.3.1 CCD 动态特性测试方案  35-37
    3.3.2 CCD 动态特性的测试  37-38
    3.3.3 实测特性数学建模  38-39
  3.4 CCD 动态特性影响因素分析  39-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章 速度的测量  42-55
  4.1 速度测量方法简介  42-44
  4.2 摄像机的标定  44-47
    4.2.1 标定装置  44-46
    4.2.2 标定方法  46-47
  4.3 光亮度与时间常数的关系  47-48
  4.4 速度的测量  48-54
    4.4.1 采集图像可用性判断  48-50
    4.4.2 运动物体一维线速度的测量  50-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章 总结与展望  55-57
  5.1 总结  55-56
  5.2 展望  56-57
参考文献  57-60
致谢  60-61
作者简介  61

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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