一维线阵ccd数据采集控制研究(附件)
在机器视觉系统的研究中，图像采集是其中十分重要的一部分，在工业领域，医学研究领域都有广泛的应用。本文研究了基于一维线阵CCD和图像采集卡的图像采集系统，了解了相机工作参数和图像采集卡工作模式的配置过程，编制了流程图，开发了相应的控制软件。以Visual C++为开发工具，利用MFC创建了人机交互控制界面，在控制界面的框架上，根据具体需求编制了相应的代码。在光谱仪实验中，采用外触发模式，成功实现了对光谱数据的采集和实时显示。研究表明该图像采集系统能较好地采集图像结果，满足实验需要，而且程序中存储的数据也能用于后续的图像处理工作。关键词 CCD相机，机器视觉；图像采集；图像显示；
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外研究历史与现状 2
1.3 本文研究的主要内容 3
2 外围硬件连接以及相机参数的配置 4
2.1外围硬件安装 4
2.2相机参数配置 6
3 图像采集卡及驱动软件 8
3.1 Matrox图像采集卡介绍 8
3.2 图像采集卡采集软件 8
3.2.1 MIL采集软件介绍 8
3.2.2 采集软件的设置 9
4 系统软件的设计及应用 13
4.1 Visual C++的介绍 13
4.2 MFC的介绍 14
4.3 程序界面的设计 14
4.4主程序的编写 16
5 系统的调试与验证 20
5.1 实验装置 20
5.2 调试 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附录A：主程序代码 27
1 绪论
1.1 课题背景及意义
光谱仪器的设计原理主要是利用光谱色散原理而设计出来的。这种仪器利用光谱学技术，对一些物质材料的结构和成分进行分析、测量处理和研究。光谱分析的优点时具有精度较高、测量的范围较广和速度比较快等优点，目前广泛应用于石油、冶金、医学、化工、生物、卫生等领域，也是地质资源勘测、 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
宇宙探索所不可或缺的手段[2]。
20世纪末已经发展和成熟的智能化、数字化、网络化光谱分析检测技术和光谱仪器，目前已成为光谱仪器持续发展和光谱技术和的主要方向;以以精密机械为构架、光学原理为基础、以电子信号处理为显示的传统光机电一体化光谱仪器已经退缩为现代光谱仪器中的二等地位组成，而智能化、数字化、网络化等已成为仪器的核心组成。近期国内外新颖光谱仪器新产品层出不穷，其主要变化或进展大部分都体现在核心数字化组成方面，光机电基本组成没有实质性的变化。随着电子科学技术和光电技术的发展，各种新颖的光电阵列探测器被研制出来，它们采用电扫描机制替代传统的机械扫描，能直观、快速、实时地得到测量对象的光谱信号。光谱仪就此开始了光电化历程。
CCD元器件20实际是七十年代初发展起来的新型半导体器件，它一出现,就在信号处理，摄取图像和存储等领域引发了广泛的关注，并且得到了迅速发的展,特别是在图像采集方面，CCD的成功应用更是取得了世人瞩目的研究成果。CCD总体来说可以分为两大类，面阵型和线阵型CCD器件,面阵CCD（图11(a)所示）按一定的方式将光敏单元及移位寄存器排列成二维阵列,可直接获取二维图像。相比之下,线阵型CCD（图11（b）所示）线阵像元数多、灵敏度高、测量范围大、能够在低照度下工作、频率响应高,并且功耗低，重量较轻,有它独有的优势。
/
(a) (b)
图11CCD器件图
CCD还具有结构简单、尺寸小、功耗较低、精度高、寿命长等优点。因为是以时间积分方式来进行工作的,光积分时间也可以在很宽的范围内进行调节,因此使用时灵活方便,适应能力强。另外一大优点是CCD的输出信号很容易进行数字化处理,所以可以与计算机进行连接组成实时测量控制系统，可实现自动化。随着CCD器件性能的大幅度提高，它的应用范围也得到了推广和普及，并逐渐演变为测试技术及现代光电中最富有成果和最活跃的新兴领域，广泛用于文字与图象识别，光电图象分析处理及光谱测量研究及分析等众多领域。
采用一维阵CCD为探测器的小型光谱仪具有检测速度快、数据采集处理方便等传统光谱仪不具备的优点，其结构紧凑、易于校准、经济耐用，能在各种复杂条件下正常工作。CCD小型光谱仪可以方便地嵌入其它系统实现模块化，并能实现多通道实时分析处理，具有广泛的应用领域和广阔的市场前景。
1.2 国内外研究历史与现状
CCD的出现发展彻底改变了整个光谱仪器的应用，丹顿等人在20世纪80年代报道了应用CCD进行的原子光谱研究。对于可见光来说，经常使用的探测器是线阵CCD器件，它可以把离散分布的光学图像转化成离散分布的模拟信号。它对于的波长响应最宽可达到110nm，可以方便的调光线积分时间，具备良好的低光响应和高灵敏度等重要特征。不仅如此，CCD在空间分辨力以及分辨率等方面表现同样出色[2]。
近年来,以线阵CCD为探测器的小型光谱仪在国内外得到了迅速的发展,其中比较著名的是美国海洋公司的光纤光谱仪。该光谱仪是该公司的新一代高分辨光谱仪，它采用的是3648像元线阵CCD阵列探测器，分辨率能够达到0.22nm，光谱探测范围为2101000nm。国内对于小型化光谱仪的研究制造工作起步较外国晚一些，有一些高校和研究所在实验室里研制出了一些小型光谱仪器，例如清华大学大学、中科院研究所、重庆大学等，但成功投入到商业运营的很少。我国拥有自己研发知识产权的第一代快速小型化光谱仪是北京普析通用仪器公司开发研制的便携式光谱仪。在光谱仪应用中，现阶段使用较多的是3648像元或2048像元的线阵CCD，比如海洋公司的HR4000光谱仪采用的是3648像元的线性CCD， 而安特斯公司的光纤光谱仪采用的是2048像元的线阵CCD。CCD未来的发展趋势是高速度、高分辨率和微型集成化。对于CCD技术的研究开发，世界上很多的发达国家投入了大量的人力、物力和财力。美国便是最早开展技术研究的国家，并一直在此领域保持老大的地位，国内的贝尔实验室也是CCD研究的起源地。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外研究历史与现状 2
1.3 本文研究的主要内容 3
2 外围硬件连接以及相机参数的配置 4
2.1外围硬件安装 4
2.2相机参数配置 6
3 图像采集卡及驱动软件 8
3.1 Matrox图像采集卡介绍 8
3.2 图像采集卡采集软件 8
3.2.1 MIL采集软件介绍 8
3.2.2 采集软件的设置 9
4 系统软件的设计及应用 13
4.1 Visual C++的介绍 13
4.2 MFC的介绍 14
4.3 程序界面的设计 14
4.4主程序的编写 16
5 系统的调试与验证 20
5.1 实验装置 20
5.2 调试 21
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
附录A：主程序代码 27
1 绪论
1.1 课题背景及意义
光谱仪器的设计原理主要是利用光谱色散原理而设计出来的。这种仪器利用光谱学技术，对一些物质材料的结构和成分进行分析、测量处理和研究。光谱分析的优点时具有精度较高、测量的范围较广和速度比较快等优点，目前广泛应用于石油、冶金、医学、化工、生物、卫生等领域，也是地质资源勘测、 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
宇宙探索所不可或缺的手段[2]。
20世纪末已经发展和成熟的智能化、数字化、网络化光谱分析检测技术和光谱仪器，目前已成为光谱仪器持续发展和光谱技术和的主要方向;以以精密机械为构架、光学原理为基础、以电子信号处理为显示的传统光机电一体化光谱仪器已经退缩为现代光谱仪器中的二等地位组成，而智能化、数字化、网络化等已成为仪器的核心组成。近期国内外新颖光谱仪器新产品层出不穷，其主要变化或进展大部分都体现在核心数字化组成方面，光机电基本组成没有实质性的变化。随着电子科学技术和光电技术的发展，各种新颖的光电阵列探测器被研制出来，它们采用电扫描机制替代传统的机械扫描，能直观、快速、实时地得到测量对象的光谱信号。光谱仪就此开始了光电化历程。
CCD元器件20实际是七十年代初发展起来的新型半导体器件，它一出现,就在信号处理，摄取图像和存储等领域引发了广泛的关注，并且得到了迅速发的展,特别是在图像采集方面，CCD的成功应用更是取得了世人瞩目的研究成果。CCD总体来说可以分为两大类，面阵型和线阵型CCD器件,面阵CCD（图11(a)所示）按一定的方式将光敏单元及移位寄存器排列成二维阵列,可直接获取二维图像。相比之下,线阵型CCD（图11（b）所示）线阵像元数多、灵敏度高、测量范围大、能够在低照度下工作、频率响应高,并且功耗低，重量较轻,有它独有的优势。
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(a) (b)
图11CCD器件图
CCD还具有结构简单、尺寸小、功耗较低、精度高、寿命长等优点。因为是以时间积分方式来进行工作的,光积分时间也可以在很宽的范围内进行调节,因此使用时灵活方便,适应能力强。另外一大优点是CCD的输出信号很容易进行数字化处理,所以可以与计算机进行连接组成实时测量控制系统，可实现自动化。随着CCD器件性能的大幅度提高，它的应用范围也得到了推广和普及，并逐渐演变为测试技术及现代光电中最富有成果和最活跃的新兴领域，广泛用于文字与图象识别，光电图象分析处理及光谱测量研究及分析等众多领域。
采用一维阵CCD为探测器的小型光谱仪具有检测速度快、数据采集处理方便等传统光谱仪不具备的优点，其结构紧凑、易于校准、经济耐用，能在各种复杂条件下正常工作。CCD小型光谱仪可以方便地嵌入其它系统实现模块化，并能实现多通道实时分析处理，具有广泛的应用领域和广阔的市场前景。
1.2 国内外研究历史与现状
CCD的出现发展彻底改变了整个光谱仪器的应用，丹顿等人在20世纪80年代报道了应用CCD进行的原子光谱研究。对于可见光来说，经常使用的探测器是线阵CCD器件，它可以把离散分布的光学图像转化成离散分布的模拟信号。它对于的波长响应最宽可达到110nm，可以方便的调光线积分时间，具备良好的低光响应和高灵敏度等重要特征。不仅如此，CCD在空间分辨力以及分辨率等方面表现同样出色[2]。
近年来,以线阵CCD为探测器的小型光谱仪在国内外得到了迅速的发展,其中比较著名的是美国海洋公司的光纤光谱仪。该光谱仪是该公司的新一代高分辨光谱仪，它采用的是3648像元线阵CCD阵列探测器，分辨率能够达到0.22nm，光谱探测范围为2101000nm。国内对于小型化光谱仪的研究制造工作起步较外国晚一些，有一些高校和研究所在实验室里研制出了一些小型光谱仪器，例如清华大学大学、中科院研究所、重庆大学等，但成功投入到商业运营的很少。我国拥有自己研发知识产权的第一代快速小型化光谱仪是北京普析通用仪器公司开发研制的便携式光谱仪。在光谱仪应用中，现阶段使用较多的是3648像元或2048像元的线阵CCD，比如海洋公司的HR4000光谱仪采用的是3648像元的线性CCD， 而安特斯公司的光纤光谱仪采用的是2048像元的线阵CCD。CCD未来的发展趋势是高速度、高分辨率和微型集成化。对于CCD技术的研究开发，世界上很多的发达国家投入了大量的人力、物力和财力。美国便是最早开展技术研究的国家，并一直在此领域保持老大的地位，国内的贝尔实验室也是CCD研究的起源地。
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