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基于CCD的光学图像采集处理研究

作　者: 陈大勇
导　师: 刘艺
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学
关键词: CCD 通用图像采集模块图像处理混合编程成像光谱测试
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 1次
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内容摘要

本文主要对基于CCD的光学图像采集处理进行研究。首先应用Lumenera公司提供的API编程接口实现对CCD硬件的通用控制,包括硬件参数修改、图像数据获取等;其次针对光学图像处理领域的研究工作,利用VC和MATLAB的混合编程方式,实现了声光器件衍射效率测试软件系统和波前检测软件系统;最后设计开发了功能较完备的AOTF红外成像光谱系统的整个软件系统。首先,在CCD基本控制模块方面,解读了Lumernera USB Camera API的功能函数,基于硬件控制层、用户交互层和程序控制层进行设计,将Lumernera USB Camera API封装为CCcdCtrl类及MyCCDCtrl控件;该类和控件在VC、VB和LabVIEW中均得到良好调用。其次,以基本控制模块为基础,在声光器件衍射效率测试软件系统和波前检测软件系统中进行了初步的应用;所建立的两套系统基于VC和MATLAB混合编程,在调用基本控制模块完成图像采集之后,调用MATLAB编写的算法对相应图像完成分析和计算。两套软件均满足系统要求,得到了有效的测试结果。最后,对AOTF红外成像光谱测试工作进行了较系统的研究,设计并实现了一套功能完整的控制和数据采集处理系统。系统中对8位和16位图像的存储和显示进行了设计和实现,建立了一套与光谱测试相适应的多帧图像的DFF图像存储格式,并用强度分层方法实现了灰度和三种伪彩色化显示方案;系统分析完成了AOTF驱动器和同步信号解析转发器的通信控制,实现了AOTF的频率――波长控制和图像的逐波长自动采集,并对环境光完成了消除;最后完成了成像图像中指定像素及其附近像素的光强提取,对多个样品获得了光强和吸收光谱数据曲线。最后,对本文的工作进行了总结,提出了存在的问题和进一步改进的方向。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-11
  1.1 论文研究的背景  8
  1.2 国内外的研究现状  8-10
  1.3 本论文的基本结构和主要内容  10-11
第二章 CCD 控制与采集模块的设计与实现  11-23
  2.1 CCD 的基本原理  11
  2.2 INFINITY3 性能介绍  11-12
  2.3 控制与采集模块的分析、设计与实现  12-22
    2.3.1 Lumenera USB Camera API 编程  13-16
      2.3.1.1 基本功能的实现  13-15
      2.3.1.2 高级功能的实现  15-16
    2.3.2 模块设计  16-21
      2.3.2.1 系统构架设计  16-17
      2.3.2.2 CCD 控制模块的设计  17-19
      2.3.2.3 封装接口设计  19-20
      2.3.2.4 控制采集模块的实现效果  20-21
    2.3.3 MyCCDCtrl 控件的封装  21-22
      2.3.3.1 使用ActiveX 控件的优点  21
      2.3.3.2 MyCCDCtrl 控件在VB、LabVIEW 等其他环境中的应用  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章声光器件衍射效率测试系统及波前检测系统的开发  23-34
  3.1 MATLAB 与VC 的混合编程  23-26
    3.1.1 混合编程的理论基础  23-24
    3.1.2 MATLAB 与VC 混合编程的常用方法分析  24-26
  3.2 声光器件衍射效率测试系统  26-29
    3.2.1 需求分析  26-28
    3.2.2 衍射效率测试系统的运行效果  28-29
  3.3 激光波前检测系统  29-33
    3.3.1 需求分析  30-32
    3.3.2 系统设计分析  32
    3.3.3 系统运行效果与输出结果  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章 AOTF 成像光谱分析系统的实现  34-59
  4.1 AOTF 的原理与研究背景  34-37
    4.1.1 AOTF（声光可调滤光器）的优势  34-35
    4.1.2 红外成像光谱测试  35-37
      4.1.2.1 基于AOTF 的成像光谱测试  35-36
      4.1.2.2 红外光谱成像测量原理  36-37
  4.2 AOTF 成像光谱分析系统的总体设计  37-43
    4.2.1 测试系统硬件结构  37-40
    4.2.2 软件控制相关硬件的流程  40-43
  4.3 系统实现中的相关技术  43-54
    4.3.1 频率与波长数据的拟合  43-46
    4.3.2 图像的存储  46-49
      4.3.2.1 各种图片格式分析  46-47
      4.3.2.2 自定义DFF（Data Frame’s File）文件格式  47-49
    4.3.3 伪彩色化，增强灰度图的显示效果  49-52
    4.3.4 采集并除去环境光  52-53
    4.3.5 图像数据分析曲线绘制  53-54
  4.4 系统运行效果与输出结果  54-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章总结与展望  59-61
  5.1 总结  59-60
  5.2 进一步工作  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-64
攻硕期间取得的研究成果  64-65

基于CCD的光学图像采集处理研究

内容摘要

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