⑧中国近代第一所大学ＦＯＵＮＤＥＤｌＮ１８９５天洋大薯ＴｌＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳｌＴＹ硕士学位论文口学科专业：作者姓名：指导教师：光学工程王勤教授刘文耀天津大学研究生院２００５年１１月中文摘要视觉信息占人类五官接收信息总量的８０％，图像传感器可以扩展人类的视觉范围。随着信息时代的到来，图像传感器越来越多地应用于科学研究及生产生活中。目前主要的有ＣＣＤ图像传感器、ＣＭＯＳ图像传感器、ＣＩＳ图像传感器及热电图像传感器。其中，ＣＣＤ图像传感器以其卓越的性能广泛应用于高精度测量、检测、图像分析、光谱探测等领域。本文简要介绍了ＣＣＤ图像传感器、数字相机、图像采集卡的发展现状，对线阵ＣＣＤ图像传感器的应用进行了研究，以线阵ＣＣＤ图像传感器ＴＣＤｌ２０９Ｄ为例建立了一套图像数据采集系统。论文的主要内容包括以下几个方面：１．对图像传感器应用中的光源选择问题进行了探讨；２．详细介绍了线阵ＣＣＤ芯片ＴＣＤｌ２０９Ｄ的工作原理并采用Ａｌｔｅｒａ的ＣＰＬＤ为其设计驱动器：３．设计了８ｂｉｔＡ／Ｄ数据采集卡并对ＥＰＰ、ＵＳＢ、ＰＣＩ接口方案的选择进行了讨论；４．详细介绍了基于ＥＰＰ并行接口Ａ／Ｄ数据采集卡的软硬件设计；５．对ＵＳＢ总线、ＵＳＢ控制芯片的选择进行了阐述，并以ＣＹＰＲＥＳＳ的ＦＸ２系列芯片为例设计开发了基于ｕＳＢ２．Ｏ总线接口的数据采集卡，对其固件程序及设备驱动程序的编写进行了研究；在Ｖｉｓｕａｌｃ＋＋６．０环境下开发了在Ｗｉｎｄｏｗｓ下访问硬件接口的应用程序；６．将所建立的图像数据采集系统应用于宽幅感光胶片的表面缺陷检测中，设计了基于灰度数学形态学的快速检测算法。关键词：图像传感器，驱动器，ＥＰＰ并行接１２１，ＵＳＢ总线，灰度数学形态学ＡＢＳＴＲＡＣＴＶｉｓｉｏｎｒｅｃｅｉｖｅｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉＳａｌｍｏｓｔ８０ｐｅｒｃｅｎｔｏｆａ１１ｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＭｏｒｅｂｙｈｕｍａｎ．Ｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒｓｍａｙｅｘｐａｎｄｈｕｍａｎ’Ｓｖｉｓｉｏｎｂｒｏａｄ．ｓｃｉｅｎｔｉｆｉＣａｎｄｍｏｒｅｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒｓａｒｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｒｅｓｅａｒｃｈ，ｏｕｒｓｅｎｓｏｒｓＳｅｎａｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅａｎｄＣＣＤｉｍａｇｅｄａｉｌｙ１ｉｆｅ．ＴｈｅｍａｉｎｔｙｐｅｓＯｆｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒｓ．ＣＭＯＳＳｅｎｓｏｒｓ．ＣＩＳＳｅｎｓｏｒｓａｎｄｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃＳｅｎｓｏｒｓａｒｅＣＣＤｓｏｒｓ，ｉｎｗｈｉｃｈ，ｗｉｄｅｌＹａｐｐｌｉｅｄｔｏｆｉｅｌｄｓ０ｆｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃＹｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｐｅｃｔｒｕｍｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＳＯＯｉｌｗｉｔｈｔｈｅｉｒｒｅｍａｒｋａｂｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ｔｈｅｓｉｓ，ＣＣＤｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒｓ，ｄｉｇｉｔａｌｃａｍｅｒａａｎｄｉｍａｇｅｄａｔａｃａｒｄｓｔｈｅｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｒｉｅｆｌｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆＣＣＤｈａｓｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ．ＡｎｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＴＣＤ１２０９，ａｌｉｎｅａｒＣＣＤｓｅｎｓｏｒ，ｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏａｃｑｕｉｒｅａｎｄＩｎｔｈｉｓｐｒｏｃｅｓｓｉｍａｇｅｄａｔａ．ＴｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｉＳｔｈｅｓｉｓａｒｅｌｉｓｔｅｄａｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇ１．Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎａｐｐｌｉｅｄｔｏｉｍａｇｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｄ２．ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｌｉｎｅａｒＣＣＤｓｅｎｓｏｒＴＣＤ１２０９ＤｈａｓｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌａｎｄｉｔｓｄｒｉｖｅｒｃｉｒｃｕｉｔｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇＣＰＬＤ．３．ＡｎｓｕｃｈＡ／ＤａｓａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃａｒｄｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｔｈｅＥＰＰ，ＵＳＢａｎｄＰＣＩｈａｓｂｅｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ａｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄ４．Ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｏｆ８ｂｉｔ，Ａ／ＤａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃａｒｄｗｉｔｈＥＰＰｐａｒａｌｌｅｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｈａｖｅｂｅｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ｉｍａｇｅｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＵＳＢｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂｙｕｓｉｎｇＣＹＰＲＥＳＳＦＸ２ｃｈｉｐｈａｓｂｅｅｎｂｕｉｌｔｕｐ．ＡｎｄｔｈｅＵＳＢｄｒｉｖｅｒｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．ａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｇｒａｙ—ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄａｐｐｌｉｅｄｔｏｅｎｈａｎｃｅａｎｄｄｅｔｅｃｔｔｈｅｄｅｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｐｒｉｎｔｉｎｇｆｉｌｍ．６．Ａｆａｓｔａｎｄ５．ＡｎＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒ，ＣＣＤｄｒｉｖｅｒ，ＥＰＰｐａｒａＩｌｅｌｉｎｔｅｒｆａｅｅ，ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ，ｇｒａｙ—ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ独创性声明本人声明所成交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究］二作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得云注太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我‘｜司工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：≥薹痧签字日期：ｊ∞ｓ年¨月，７日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采Ｉ｝｝ｊ影印、缩印或扫描的复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：参爹为签字日期：上即ｊ年，ｆ月导师签名，７日签字日期：矽口，年，，月，７日第一章绪论第一章绪论１．１ＣＣＤ图像传感器的发展与现状…图像传感器是将光学图像转换成一维时序信号的器件，包括真空管图像传感器、半导体集成图像传感器和扫描型图像传感器等。其中，真空管图像传感器主要包括电子束摄像管、像增强管与变相管等；半导体集成图像传感器主要以ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅｓ）、ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌ－ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＣＩＳ（ＣｏｎｔａｃｔＩｍａｇｅＳｅｎｓｏｒ）为代表。随着数码技术、半导体制造技术、光电子技术以及网络的迅速发展，半导体集成图像传感器逐渐取代了真空管图像传感器，成为图像传感器的主流。ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅｄＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）于１９７０年美国贝尔电话实验室的ｗ．Ｓ．Ｂｏｙｌｅ和Ｇ．Ｅ．Ｓｍｉｔｈ首先提出，之后经３０多年发展，从初期的数万像元已经发展至目前的数千万像元。ＣＣＤ常分为线阵（Ｌｉｎｅａｒ）与面阵（Ａｒｅａ）两种，其中，线阵ＣＣＤ广泛应用于图像扫瞄仪、传真机、电影放映机中的高品质的还音设备及工业非接触尺寸检测、控制等领域，而面阵ＣＣＤ主要应用于数码相机（ＤＳＣ），医用、公安与工业内窥镜系统，道路、交通与保安监视系统，工业非接触尺寸检测、航空、航天等领域的图像传感与控制。ＣＣＤ传感器普遍具有以下优点：１．高解析度（ＨｉｇｈＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）：像元的大小为微米量级，可检测与识别精细物体的细节。线阵ＣＣＤ的像元数目从５１２到１００００；面阵ＣＣＤ从早期ｌ寸、ｌ／２寸、２／３寸、１／４寸到最近推出的１／９寸，像元数目也从初期的数万增加到现在的数千万像元，如加拿大Ｄａｌｓａ公司设计制作的４Ｋ×７Ｋ像元的面阵ＣＣＤ芯片。２．低噪声（ＬｏｗＮｏｉｓｅ）高灵敏度：ＣＣＤ具有很低的输出噪声和暗电流，因此提高了信噪比（ＳＮＲ），同时又具高灵敏度，很低照度下也能检测到图像信号，使ＣＣＤ的应用受环境光的影响较小。３．动态范围宽（ＨｉｇｈＤｙｎａｍｉｃＲａｎｇｅ）：同时检测及分辨强光和弱
高速线阵CCD图像数据采集系统的研究
