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 李林濤，陳世純，吳勇

 （武漢軍械士官學(xué)校導(dǎo)彈系，湖北武漢430075）

摘要：針對(duì)某型裝備安裝的CCD圖像傳感器缺少專門檢測設(shè)備對(duì)其常亮壞點(diǎn)進(jìn)行檢測的問題，設(shè)計(jì)了基于Arduino開發(fā)環(huán)境的CCD常亮壞點(diǎn)檢測儀。檢測儀以Arduino為控制核心，控制完成CCD輸出信號(hào)調(diào)理和檢測，計(jì)算出CCD常亮壞點(diǎn)位置和數(shù)量。通過可編程智能LCD開發(fā)人機(jī)交互界面，與Arduino建立串口通信，通過數(shù)據(jù)交互，完成對(duì)Arduino的控制和檢測結(jié)果的顯示。應(yīng)用表明，檢測儀能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)CCD常亮壞點(diǎn)進(jìn)行檢測。

 關(guān)鍵詞：Arduino；CCD；可編程智能LCD

 中圖分類號(hào)：TP23 文章編號(hào)：1006 - 2394（2016）04 - 0013 - 03

0引言

 某型裝備安裝CCD圖像傳感器，用于對(duì)某發(fā)光目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)探測，并實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)點(diǎn)與CCD光軸的偏差量。而由于生產(chǎn)工藝或使用方法不當(dāng)，會(huì)造成CCD像元出現(xiàn)常亮壞點(diǎn)，進(jìn)而影響信號(hào)處理過程中對(duì)目標(biāo)的識(shí)別。

 本文提出了某型裝備CCD常亮壞點(diǎn)檢測儀的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)CCD常亮壞點(diǎn)的檢測和定位。

1整體設(shè)計(jì)

 本檢測儀主要由調(diào)理電路、檢測電路和顯示電路等幾部分組成，如圖1所示。

調(diào)理電路用于對(duì)CCD產(chǎn)生的模擬全視頻信號(hào)進(jìn)行濾波、放大，并送給檢測電路處理；檢測電路實(shí)現(xiàn)對(duì)CCD輸出模擬信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算，判斷CCD像元是否為壞點(diǎn)，并記錄壞點(diǎn)位置；顯示電路用來顯示檢測出的CCD壞點(diǎn)個(gè)數(shù)和壞點(diǎn)位置等信息。

2調(diào)理電路設(shè)計(jì)

 調(diào)理電路框圖如圖2所示。調(diào)理電路主要用于檢測信號(hào)的調(diào)理，包括放大電路、二值化電路兩部分，主要是對(duì)CCD輸出的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行濾波、放大等處理，并將其送給檢測電路進(jìn)行檢測。

2.1放大電路設(shè)計(jì)

 某型號(hào)裝備采用的CCD輸出為兩路低幅值模擬信號(hào)，其中一路為正常輸出視頻信號(hào)U o s另一路為補(bǔ)償輸出U dos，而在兩路輸出信號(hào)中還疊加有相同的直流信號(hào)，為了減少直流信號(hào)的干擾，在對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行檢測之前，需消除U o s中疊加的直流信號(hào)；同時(shí)，為滿足信號(hào)處理過程對(duì)信號(hào)幅值的要求，還要對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行降噪、放大處理，通過如圖3所示的差分放大電路來完成上述功能。

 通過儀表放大器，可消除CCD輸出信號(hào)中的直流信號(hào)和噪聲干擾，同時(shí)，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行了放大，其中放大倍數(shù)取決于外接電阻R c。

2.2二值化電路設(shè)計(jì)

 根據(jù)某型裝備CCD工作原理，CCD數(shù)據(jù)不要求灰度等級(jí)，為了便于對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測，可對(duì)其進(jìn)行二值化處理。當(dāng)像元沒有光照時(shí)，像元輸出低電平，而當(dāng)光照到像元上時(shí)，像元輸出高電平。常亮壞點(diǎn)在沒有光照的情況下也會(huì)輸出高電平。

 圖4為CCD信號(hào)二值化處理電路圖。圖中，U o為CCD輸出信號(hào)經(jīng)差分放大后得到的電壓信號(hào)。電壓比較器LM393的正相輸入端接U o，反向輸入端通過電位器接到+5 V上，通過調(diào)整電位器可以對(duì)二值化的閥值電平進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)上述電路處理后，CCD輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槎�值化信�?hào)UM。

二值化處理時(shí)序如圖5所示。

 圖中FC信號(hào)為行同步脈沖，當(dāng)FC上升沿到來時(shí)，在像元同步脈沖信號(hào)SP的作用下，從第一像元開始逐個(gè)輸出每一像元的電壓信號(hào)，直到FC下降沿到來，完成一個(gè)輸出周期。

3檢測電路設(shè)計(jì)

檢測原理如圖6所示。

 控制器主要用來完成檢測過程的控制和檢測數(shù)據(jù) 的存貯與計(jì)算，并通過串口通信，完成與PS-LCD的數(shù)據(jù)交互。本檢測儀采用的是一款基于32位ARM核心的Arduino due控制器，該控制器采用Atmel SAM3X8ECPU，處理速度較早期8位芯片有了很大提升，控制器配有54個(gè)數(shù)字I/O口（其中12個(gè)可用于PWM輸出），12個(gè)模擬輸入口，84 MHz時(shí)鐘頻率，1個(gè)USBOTG接口，1個(gè)SPI接口，1個(gè)JTAG接口，可以靈活地與各種外設(shè)進(jìn)行高效通信。

 通過將同步脈沖SP與二值化信號(hào)UM相與，實(shí)現(xiàn)將連續(xù)或臨近常亮點(diǎn)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行分離，便于對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。

 采用Intel 8253計(jì)數(shù)芯片來完成脈沖計(jì)數(shù)功能，其內(nèi)部設(shè)置有三個(gè)獨(dú)立的可編程計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器工作于計(jì)數(shù)結(jié)束則中斷方式（方式0），計(jì)數(shù)器1完成常亮壞點(diǎn)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器2完成掃描行計(jì)數(shù)。

 當(dāng)?shù)谝粋�(gè)FC上升沿到來時(shí)，Arduino利用輸出指令向8253通道寫入計(jì)數(shù)值，計(jì)數(shù)器1開始計(jì)數(shù)。當(dāng)下一個(gè)FC上升沿到來時(shí)，控制板從計(jì)數(shù)器1讀出計(jì)數(shù)結(jié)果，計(jì)數(shù)器1中數(shù)據(jù)包含常亮壞點(diǎn)個(gè)數(shù)信息，通過程序計(jì)算得到每行對(duì)應(yīng)的檢測結(jié)果，檢測程序如圖7所示。

4顯示電路設(shè)計(jì)

 本檢測儀采用了大器智成開發(fā)的可編程智能LCD(即Programmable Smart LCD，簡稱PS-LCD)。 PS-LCD是種包含LCD顯示屏、LCD控制器、觸摸屏、人機(jī)界面處理系統(tǒng)和通信接口于一體的智能顯示模組，其內(nèi)部集成了強(qiáng)大的32位人機(jī)交互界面處理軟硬件系統(tǒng)，可獨(dú)立完成圖形界面、背光、觸摸屏和鍵盤的處理和控制工作，通過串行通信口可與控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換。本檢測儀主要利用PS-LCD觸摸屏設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)收發(fā)顯示界面，經(jīng)過觸摸屏串口與Arduino串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測儀的控制和檢測結(jié)果的顯示。

 開發(fā)過程如下所示：

 (1)利用Greatal專用工具Designer新建工程文件，并對(duì)屏幕分辨率、全局腳本、串口通信類型、波特率等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)定。

 (2)生成界面，對(duì)背景、加入／設(shè)置控件、定義時(shí)間動(dòng)作等項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)置。通過JavaScript語言，完成腳本編寫，實(shí)現(xiàn)與Arduino串口數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)腳本觸發(fā)條件進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)滿足觸發(fā)條件后，將接收的包含CCD壞點(diǎn)位置、數(shù)量信息的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，同時(shí)通過觸發(fā)事件還可以完成對(duì)控制器自檢、檢測功能的控制，實(shí)現(xiàn)人機(jī)友好交互。

 (3)通過LCD模擬器對(duì)生成界面的效果和通信情況進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)試，直至達(dá)到滿意的效果。

 (4)生成界面輸出文件s p f，通過專用工具Flex將生成的s p f文件下載到PS-LCD，并驗(yàn)證生成界面效果。

5結(jié)語

 經(jīng)測試，某型裝備CCD常亮壞檢測儀可以快速地對(duì)CCD常亮壞點(diǎn)進(jìn)行在線檢查，并通過顯示器直觀顯示檢測結(jié)果，操作方法簡單，檢測速度快，可有效提高了裝備的保障能力。同時(shí)，該裝置通用性好，通過改變程序參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多型號(hào)CCD常亮壞點(diǎn)的檢測，有較好的應(yīng)用前景。