基于面阵CCD的运动物体瞬时位置的检测

引 言

CCD(Charge Coupled Devices，电荷耦合器件)是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件。由于CCD器件具有诸多优点，使得近30年来，CCD器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展。目前国内利用CCD进行工业实时在线检测的系统大多用线阵CCD，精度不高、结构复杂、重量重、体积大、建造成本高、整体结构松散、数据量增大处理运算麻烦等，而面阵CCD光敏呈二维排列，可以将二维平面图像直接转换为一维光电信号输出，为提高采样精度和简化结构提供了条件。随着计算机技术的飞速发展以及动态图像处理理论的深入研究，采用面阵CCD图像传感器对运动目标进行监测成为测量领域的一种新的趋势，尤其在航天通信系统中，跟踪与数据的获取是为星座相对运动之间提供数据信息、连续跟踪与轨道精确测控服务的。

通过星座仿真可以得出，星座的相对运动的特点，应用面阵CCD来完成星座的相对运动的跟踪是一种新的跟踪方法，它使硬件变得简单，大部分数据处理都由软件来实现，使得跟踪达到速度与精度的完美结合。本文旨在用2个气浮台来模拟星座的相对运动。以目标气浮台上的光学反射球作为跟踪目标，位于追踪气浮台上的面阵CCD用来实时测得包含运动目标的图像信息传送到计算机；再由计算机进行处理得到运动目标位置信息、相对距离和方位；把测得的数据由串口输出给控制单元，进行精确的测量从而实现检测跟踪的目的，模拟跟踪如图1所示。

2 系统工作原理

(1)系统组成框图

本系统中主要由采集部分、处理部分、显示部分和控制部分组成，系统组成的框图如图2所示。

(2)面阵CCD传感器工作原理

面阵CCD由成像区(光敏区)、暂存区和水平读出寄存器3部分构成。当工作时，图像经物镜成像到光敏区，光敏区上电极加有适当的偏压时，光生电荷被收集到势阱里，这样就将光学图像变成了电信号。当光积分周期结束时，所有收集到的信号电荷迅速转移到暂存区中，然后经由水平读出寄存器，经输出级逐行输出1帧信息。在第一帧读出的同时，第二帧信息通过光积分又收集到势阱中，这样可以一帧一帧连续读出。

本文采用北京微视公司MVC1000M系列具有130万像素的面阵CCD传感器，如图3所示的实物图。

3 图像处理单元

(1)图像的预处理

为提高图像处理速度采用一种快速中值滤波的算法，设n×n个像素方形滤波窗口为：

(2)特征提取及位置的确定

为了进一步对图像做分析和识别，就必须通过对图像中的物体(目标)做定性或定量分析来得出正确的结论。在本系统中，由于目标是处于运动中，所采集到的目标图像会有不同程度的改变，另外，在目标跟踪系统中，通常只需辨明目标的类型，并不需要了解有关运动目标图像中更多的细节。