本发明专利技术公开一种基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路及其方法，属于光电技术领域。所述电路包括微处理器，通过微处理器SPI接口、I/O接口与微处理器相连的CCD信号采集与变换单元，线性CCD通过其接口分别与微处理器SPI接口和CCD信号采集与变换单元相连，其中，所述CCD信号采集与变换单元包括比较触发模块，以及与比较触发模块相连的CCD输出电压放大模块和动态阈值产生模块。本发明专利技术所述的信号采集和自动曝光电路及其方法，不需要A/D转换，可以在一定光强范围内都能自动调整CCD的曝光时间，适应性强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路及其方法，属于光电
技术介绍
TSL1401CL为一款线性(XD，其核心是128个光电二极管组成的感光阵列，阵列后面有一排积分电容，光电二极管在光能量冲击下产生光电流，构成有源积分电路，那么积分电容就是用来存储光能转化后的电荷。积分电容存储的电荷越多，说明前方对应的那个感光二极管采集的光强越大。反映在像素点上就是，像素灰度低。光强接近饱和，像素点灰度趋近于全白，则呈白电平，输出电压值越大。前18个时钟周期是像素复位时间，不进行积分与曝光，第19个CLK到下一个SI为曝光时间，因此在线性CCD的操作过程中，SI信号相当于一个标志，当它变为高电平后，就可以在每个CLK信号高电平到来后进行数据的采样，采样数据的曝光时间是由前一次第19个CLK到本次SI高电平出现的时间确定的。光线越强，积分电容存储的电荷速度越快，进行曝光的周期就该越短，光线越弱，积分电容存储的电荷速度越慢，进行曝光的周期就该越长。目前的线性CXD曝光时间调整及数据采集方法，主要有以下两种: 1、微处理器通过A/D转换直接采集CCD输出的模拟电压数据，转换为数字信息，微处理器通过数据分析，调整两次SI之间的时间间隔，该方法主要采用微处理器软件来分析数据，CPU程序复杂，数据采集速度较慢，环境适应能力差； 2、采用硬件电路二值化黑白像素点电压，但CCD的128个像素点阈值参考电压是相同的，导致CCD两边对应像素点出现误判。有鉴于此，本专利技术人对此进行研宄，专门开发出一种基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路及其方法，本案由此产生。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路及其方法，不需要A/D转换，可以在一定光强范围内都能自动调整CCD的曝光时间，适应性强。为了实现上述目的，本专利技术的解决方案是: 一种基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路，包括微处理器，通过微处理器SPI接口、I/O接口与微处理器相连的CXD信号采集与变换单元，线性CXD通过其接口分别与微处理器SPI接口和CXD信号采集与变换单元相连，其中，所述CXD信号采集与变换单元包括比较触发模块，以及与比较触发模块相连的CCD输出电压放大模块和动态阈值产生模块。作为优选，所述CCD输出电压放大模块包括放大器，与放大器相连的滑动变阻器，所述放大器的同向输入端通过一电阻与线性CCD的电压输出端相连，放大器的输出端与比较触发模块的第一比较器、第二比较器相连，通过改变第一滑动变阻器的阻值大小调节放大器的放大倍数。作为优选，所述动态阈值产生模块包括计数器，通过与门与计数器相连的P型MOS管、N型MOS管，以及与P型MOS管、N型MOS管相连的跟随器，其中，P型MOS管与第三滑动变阻器相连，N型MOS管与第四滑动变阻器相连，跟随器的输出端先串联一个电阻，再并联一个充电电容后与第一比较器输入端相连。作为优选，所述比较触发模块包括并联在放大器输出端的第一比较器、第二比较器，以及与第二比较器输出端相连的触发器，所述第二比较器的同向输入端与第二滑动变阻器相连，第一比较器和触发器的输出端与微处理器的SPI接口相连。作为优选，所述触发器采用型号为74HC74的触发器。一种基于线性CXD的信号采集和自动曝光方法，包括如下步骤: O首先将微处理器的SPI接口工作在主模式下，设置工作频率CLK为400KHZ，同时将CLK作为线性CCD的工作时钟，设置微处理器的定时器，使定时时间(即曝光时间)初始值设为5毫秒，作为线性CCD曝光的初始值，每5毫秒产生定时中断，使能SPI通过MOSI 口连续输出16个字节数据(I个0x80，其余15个0x00，SI高电平启动线性(XD)，形成线性CXD需要的SI信号，同时将微处理器发出的MOSI信号和CLK信号分别作为线性CCD的启动信号SI，CLK，启动线性CCD工作； 2)线性CXD在CLK和SI的条件下，将输出电压通过一电阻输送到放大器，通过第一滑动变阻器调整放大器的倍数，并通过示波器观察放大器的输出电压值，使中间像素点白点电平值接近4V，同时记录中间和两边像素白点和黑点电压平均值； 3)调整第三滑动变阻器和第四滑动变阻器的阻值，即调整两个滑动变阻器的输出电压，进而通过组合场效应管控制P型MOS管、N型MOS管的导通和/或截止，充电电容充放电输出动态的阈值参考电压VREF ； 4)调整第二滑动变阻器，分压输出电压值VMAX，使VMAX=4V； 5)线性(XD的输出电压值经过放大器放大后进入两个比较器，与动态阈值产生模块输出的电压值VREF比较，输出代表线性CXD前方像素点黑白的值MIS0，当MIS0=1，说明此像素点为白，否则为黑，随着MOSI的第一个高电平输出之后，连续128个CLK时钟的MISO输入就是代表CCD前方128个黑白像素点的值；与VMAX比较输出的值连接触发器的置位端，MOSI控制触发器的复位端，在MOSI信号输出第一个高电平信号时，触发器复位输出信号OVER为低电平，一旦在1-128个CLK之间放大器输出的电压值只要有一次大于VMAX，使触发器置位，输出信号OVER会一直保持高电平，直到下次MOSI信号的高电平来临； 6)每当定时器产生中断，微处理器将根据OVER信号的值判断曝光是否过度，曝光时间(大约两次SI信号之间的时间间隔)即为定时时间，如果0VER=1，则曝光时间过长，改变定时参数，缩短定时时间，减少曝光时间；否则认为曝光时间不够，加长定时时间，如此反复调整，保证线性CXD的输出电压经过放大后最大保持在4V左右。本专利技术所述的基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路及其方法在一定光强范围内都能自动调整CCD的曝光时间，既能保证光强时，白像素点输出电压不饱和，又能保证光弱时，像素点输出电压不太低，基本能保证在不同的光线下，黑白像素点对应的输出电压保持在一定的动态范围内，并可以采用动态的阈值参考电压来分辨黑白像素点，动态阈值参考电压的特点是:对应CCD前方128个像素点的阈值参考电压呈现出弧线状，中间高，两边低，这个特点与线性CCD自身的特点想吻合，同样的环境下，两边的光电管电路输出电压低，动态阈值参考电压可以很好地避免两边像素点的误判，此外，所述曝光方法适应能力强，而且不使用A/D转换，不需要专门的时序驱动产生电路，SPI工作在主模式下，同时发出启动信号和接收像素信息，既提供了线性CCD需要的启动信号CLK，SI，同时也采集了 CCD前方128个像素点的信息，节省了 CPU资源，软件编程更简单，既能够在实验室日光灯环境也可在体育馆强光照射下正常曝光。以下结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步详细描述。【附图说明】图1为本实施例的基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路原理框图； 图2为本实施例的CCD信号采集与变换单元原理框图； 图3为本实施例的CCD输出电压放大模块和比较触发模块电路图； 图4为本实施例的动态阈值产生模块电路图。【具体实施方式】如图1-2所示，一种基于线性CXD的信号采集和自动曝光电路，包括微处理器1，通过微处理器SPI接口、I/O接口与微处理器I相连的CXD信号采集与变换单元2，线性(XD3通过其接口分别与本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路，其特征在于：包括微处理器，通过微处理器SPI接口、I/O接口与微处理器相连的CCD信号采集与变换单元，线性CCD通过其接口分别与微处理器SPI接口和CCD信号采集与变换单元相连，其中，所述CCD信号采集与变换单元包括比较触发模块，以及与比较触发模块相连的CCD输出电压放大模块和动态阈值产生模块。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：卢雪萍，任沙浦，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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