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基于CCD校准用LED光源热稳定性的研究

作　者: 刘刚艳
导　师: 董威
学　校: 西安工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: CCD 标定非均匀性 LED 结温梯度法热稳定性
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着CCD摄像机的广泛应用,CCD相机标定技术开始成为图像测量中研究的重要课题之一。对于一个理想的CCD摄像系统,应该是无畸变,无噪声的线性空间不变系统,但是由于电荷耦合器件特性的不一致性,当用CCD摄像机观察均匀靶面时,产生的输出也不一样,因此在CCD摄像机使用前,需要一个朗伯体光源对它的非均匀性进行标定。但是,随着CCD应用范围的扩大,其适应的照度也越来越宽,因此对CCD摄相机标定技术也提出了更高的要求。也就是说,在保证均匀性要求的前提下,要不断提高标淮源的亮度输出。本课题就是在此背景下展开应用研究的。本文首先对现阶段CCD标定技术问题进行了分析讨论,介绍了CCD的原理,各项参数及标定的方法。阐明了目前CCD非均匀性标定中光源存在的主要问题。其次,介绍了LED光源的特性、发展优势及缺陷。与传统光源相比,大功率LED因其体积小,结构紧凑,易于进行二次光学设计,对积分球的体积要求也相对较低,同时在多组LED级联使用下,便于实现多级光通量调节、色温补偿。因此,LED光源成为CCD标定用的最佳光源之一。作为标准光源稳定性和均匀性是关键参数之一,但是由于LED对环境温度、供电电源及电压波动十分敏感,特别是在高光通量输出条件下,LED的PN温度过高就会导致LED出射光峰值波长偏移、光效、寿命和可靠性发生变化等。因此,结温成为制约LED发展的主要问题。现阶段在测量结温方面正向电压法应用相对较多,但它主要用于单颗LED结温的测量。为了对2×2,4×4阵列的LED热稳定性进行研究,本文首先利用梯度法对级联在一起的LED进行温度测量,得出以下结论：1)随着电流的增大,级联在一起的LED温度会迅速增加；随着温度的上升,光通量输出也会发生变化。2)利用实验结温测量所得的结论,完成2×2,4×4阵列LED散热器的设计。3)加上铝板散热器利用搭建的光通量测试系统完成了光通量稳定性测试。实验结果表明,加上合适的散热器,在恒流源供电的情况下,级联在一起的LED可以正常工作,达到热稳定性的要求。本课题研究了白光LED传统的光通量测量方法,基于CIE-127:2007的测试标准,对2×2,4×4阵列的大功率LED光源热稳定性展开了测量研究。首先采用温度梯度法测量了2×2,4×4阵列LED结温度,并以此测量数据为依据设计了相应的散热器。实验结果表明基于温度梯度法所得到的LED结温度及相关的散热器设计,可以使LED光源的光通量稳定性达到0.5%。基于LED的CCD校准用光源基本满足设计要求。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
  1.3 课题研究的意义和内容  13-16
2 CCD简介及标定技术  16-25
  2.1 CCD概况  16-19
    2.1.1 CCD简介  16
    2.1.2 CCD分类及性能参数  16-19
  2.2 CCD标定方法  19-23
    2.2.1 标定方法分类  19-21
    2.2.2 CCD非均匀性概述  21-23
  2.3 CCD校准光源  23-24
  2.4 本章小结  24-25
3 基于LED阵列CCD标定光源  25-37
  3.1 LED作CCD校准光源  25-26
  3.2 LED基本特性  26-27
    3.2.1 LED发光原理  26-27
    3.2.2 大功率白光LED的特点  27
  3.3 大功率LED性能参数  27-33
  3.4 影响大功率LED光通量稳定性的主要因素  33-36
    3.4.1 结温对LED发光特性影响  34-35
    3.4.2 现阶段结温测量的方法  35-36
  3.5 本章小结  36-37
4 大功率白光LED光源特性测试系统  37-52
  4.1 LED光通量测试平台的搭建  37-42
    4.1.1 光通量测试平台搭建  37-38
    4.1.2 光电探测系统设计  38-42
  4.2 单片机数据采集系统的设计  42-45
    4.2.1 信号调理电路  42-44
    4.2.2 单片机数据采集系统  44-45
  4.3 LED测试系统稳定性的分析  45-51
  4.4 本章小结  51-52
5 大功率LED光源热稳定性的测试  52-70
  5.1 单颗大功率LED光通量稳定性的分析  52-53
  5.2 温度梯度法结温测量和光通量的测试  53-58
  5.3 散热方式的概述及散热系统的设计  58-63
    5.3.1 散热方式的概述  58-59
    5.3.2 散热系统的设计  59-63
  5.4 大功率LED光源热稳定性的测试  63-69
  5.5 本章小结  69-70
6 结论  70-73
  6.1 结论  70-71
  6.2 展望  71-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间发表的论文  76-77
致谢  77-79

基于CCD校准用LED光源热稳定性的研究

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