某型装备CCD常亮坏点检测仪的设计

 李林涛，陈世纯，吴勇

 （武汉军械士官学校导弹系，湖北武汉430075）

摘要：针对某型装备安装的CCD图像传感器缺少专门检测设备对其常亮坏点进行检测的问题，设计了基于Arduino开发环境的CCD常亮坏点检测仪。检测仪以Arduino为控制核心，控制完成CCD输出信号调理和检测，计算出CCD常亮坏点位置和数量。通过可编程智能LCD开发人机交互界面，与Arduino建立串口通信，通过数据交互，完成对Arduino的控制和检测结果的显示。应用表明，检测仪能够快速、准确地对CCD常亮坏点进行检测。

 关键词：Arduino；CCD；可编程智能LCD

 中图分类号：TP23 文章编号：1006 - 2394（2016）04 - 0013 - 03

0引言

 某型装备安装CCD图像传感器，用于对某发光目标进行实时探测，并实时获取目标点与CCD光轴的偏差量。而由于生产工艺或使用方法不当，会造成CCD像元出现常亮坏点，进而影响信号处理过程中对目标的识别。

 本文提出了某型装备CCD常亮坏点检测仪的设计方案，实现对CCD常亮坏点的检测和定位。

1整体设计

 本检测仪主要由调理电路、检测电路和显示电路等几部分组成，如图1所示。

调理电路用于对CCD产生的模拟全视频信号进行滤波、放大，并送给检测电路处理；检测电路实现对CCD输出模拟信号的A/D转换，并对其进行运算，判断CCD像元是否为坏点，并记录坏点位置；显示电路用来显示检测出的CCD坏点个数和坏点位置等信息。

2调理电路设计

 调理电路框图如图2所示。调理电路主要用于检测信号的调理，包括放大电路、二值化电路两部分，主要是对CCD输出的模拟视频信号进行滤波、放大等处理，并将其送给检测电路进行检测。

2.1放大电路设计

 某型号装备采用的CCD输出为两路低幅值模拟信号，其中一路为正常输出视频信号U o s另一路为补偿输出U dos，而在两路输出信号中还叠加有相同的直流信号，为了减少直流信号的干扰，在对输出信号进行检测之前，需消除U o s中叠加的直流信号；同时，为满足信号处理过程对信号幅值的要求，还要对输出信号进行降噪、放大处理，通过如图3所示的差分放大电路来完成上述功能。

 通过仪表放大器，可消除CCD输出信号中的直流信号和噪声干扰，同时，对输出信号进行了放大，其中放大倍数取决于外接电阻R c。

2.2二值化电路设计

 根据某型装备CCD工作原理，CCD数据不要求灰度等级，为了便于对信号进行检测，可对其进行二值化处理。当像元没有光照时，像元输出低电平，而当光照到像元上时，像元输出高电平。常亮坏点在没有光照的情况下也会输出高电平。

 图4为CCD信号二值化处理电路图。图中，U o为CCD输出信号经差分放大后得到的电压信号。电压比较器LM393的正相输入端接U o，反向输入端通过电位器接到+5 V上，通过调整电位器可以对二值化的阀值电平进行调整，经上述电路处理后，CCD输出信号转变为二值化信号UM。

二值化处理时序如图5所示。

 图中FC信号为行同步脉冲，当FC上升沿到来时，在像元同步脉冲信号SP的作用下，从第一像元开始逐个输出每一像元的电压信号，直到FC下降沿到来，完成一个输出周期。

3检测电路设计

检测原理如图6所示。

 控制器主要用来完成检测过程的控制和检测数据 的存贮与计算，并通过串口通信，完成与PS-LCD的数据交互。本检测仪采用的是一款基于32位ARM核心的Arduino due控制器，该控制器采用Atmel SAM3X8ECPU，处理速度较早期8位芯片有了很大提升，控制器配有54个数字I/O口（其中12个可用于PWM输出），12个模拟输入口，84 MHz时钟频率，1个USBOTG接口，1个SPI接口，1个JTAG接口，可以灵活地与各种外设进行高效通信。

 通过将同步脉冲SP与二值化信号UM相与，实现将连续或临近常亮点产生的信号进行分离，便于对其进行计数。

 采用Intel 8253计数芯片来完成脉冲计数功能，其内部设置有三个独立的可编程计数器，计数器工作于计数结束则中断方式（方式0），计数器1完成常亮坏点计数，计数器2完成扫描行计数。

 当第一个FC上升沿到来时，Arduino利用输出指令向8253通道写入计数值，计数器1开始计数。当下一个FC上升沿到来时，控制板从计数器1读出计数结果，计数器1中数据包含常亮坏点个数信息，通过程序计算得到每行对应的检测结果，检测程序如图7所示。

4显示电路设计

 本检测仪采用了大器智成开发的可编程智能LCD(即Programmable Smart LCD，简称PS-LCD)。 PS-LCD是种包含LCD显示屏、LCD控制器、触摸屏、人机界面处理系统和通信接口于一体的智能显示模组，其内部集成了强大的32位人机交互界面处理软硬件系统，可独立完成图形界面、背光、触摸屏和键盘的处理和控制工作，通过串行通信口可与控制器进行数据传输和交换。本检测仪主要利用PS-LCD触摸屏设计数据收发显示界面，经过触摸屏串口与Arduino串口实现数据传输，进而实现对检测仪的控制和检测结果的显示。

 开发过程如下所示：

 (1)利用Greatal专用工具Designer新建工程文件，并对屏幕分辨率、全局脚本、串口通信类型、波特率等内容进行设定。

 (2)生成界面，对背景、加入／设置控件、定义时间动作等项目进行设置。通过JavaScript语言，完成脚本编写，实现与Arduino串口数据传输，对脚本触发条件进行设定，当满足触发条件后，将接收的包含CCD坏点位置、数量信息的二进制数据转换为十进制数据进行显示，同时通过触发事件还可以完成对控制器自检、检测功能的控制，实现人机友好交互。

 (3)通过LCD模拟器对生成界面的效果和通信情况进行验证和调试，直至达到满意的效果。

 (4)生成界面输出文件s p f，通过专用工具Flex将生成的s p f文件下载到PS-LCD，并验证生成界面效果。

5结语

 经测试，某型装备CCD常亮坏检测仪可以快速地对CCD常亮坏点进行在线检查，并通过显示器直观显示检测结果，操作方法简单，检测速度快，可有效提高了装备的保障能力。同时，该装置通用性好，通过改变程序参数，可实现对多型号CCD常亮坏点的检测，有较好的应用前景。