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基于SSPA透射图像实时成像系统 杨 菁 袁祥辉 重庆大学光电工程学院 重庆 400044 摘 要 介绍了一种基于可见光自扫描二极管列阵 SSPA 的实时成像系统 分析了系统宙 频图像采集的原理 结构及现实意义 并显示了成像结果 关键词 SSPA A D采集 二维图像重建 中断 实时成像 1 引 言 射线检测技术经过30多年的发展 已成为无损 检测的重要方法 广泛应用于机械 造船 石油 化 工 核能 兵器 航空 航天等部门 进入90年代 射线实时成像检测系统在我国受到重视 国内现在 使用的射线检测仪 一部分是直接从国外进口 一 部分是由国外进口射线探测器等核心器件自己生产 检测仪 但都受到国外的限制 重庆大学光电器件 研究室已初步研制成功X射线探测用线阵 自 扫 描 光 电 二 极 管 列 阵 SSPA self scanned photodiode array 器件 可彻底改变 上述情况 为了对研制X射线检测仪整机做 好准备 本文用重庆大学生产的可见光线阵 SSPA器件 将透射图像转变为视频信号 经 8位A D卡采集后 在计算机上进行实时显 示 2 系统结构和工作原理 系统结构如图1所示 包括光源 光学系统 扫 描机构 SSPA固体图像传感器 驱动器 驱动放大 电路 A D数据采集卡 PC机以及目标物等 由于 采用的SSPA线阵传感器本身具有的自扫描功能形 成一维扫描 但是要获取图像信息 必须在与电子 扫描垂直的方向上做机械扫描 本系统中 把光学 系统和图像传感器固定 将目标物相对于SSPA光 敏面作相对运动而产生另一维扫描 首先通过PC机向A D采集卡发出控制命令 从A D卡上发出SSPA的驱动信号 同时初始化 A D卡机关设置 启动A D转换 A D卡采用帧存 储的工作方式 将SSPA的视频输出逐位转换并存 储在RAM中 待采集完SSPA一次电子扫描所有 像元时 A D卡发出中断申请 停止A D转换 把 数据从RAM中读到微机内存 同时进行机械扫描 准备下一次A D转换 由于SSPA的积分时间较长 10m s 所以在读取完上一次A D转换数据后 完全来得及下一次A D转换 直到扫描完整个目标 物 调用V GA B I OS功能 将所获得的图像信息显 示在PC机的CRT上 图1 系统结构框图 3 数据采集系统 自扫描光电二极管列阵 SSPA 是一种MOS 图像传感器 它不仅可用于可见光和近红外的检测 也可用于X射线探测 是X射线探测仪器中的关键 传感器 它的功能是将入射到传感器光敏面上按空 间分布的光强信号 转换为按时序串行输出的电信 号 视频信号 由于视频信号是严格的时序信号 所 以它的信号采集也必须遵循严格的时序关系 基于上述考虑 信号采集卡采用本实验室自己 开发的8位A D数据采集卡 频率可达1M Hz 采 集卡由多通道开关 峰值保持 高速A D转换 帧 存储器 RAM 内地址发生器 时序及控制电路等 部分组成 这种高速A D接口的框图如图2所示 53第2期杨 菁等 基于SSPA透射图像实时成像系统 图2 调整A D接口框图 图中的峰值保持电路能否精确地跟踪SSPA的 视频输出 是设计此电路的关键之一 峰值保持电 路的基本原理就是利用二极管单向导电特性 使其 保持电容单向充电 记忆其峰值 在一般情况下 二 极管的管压降会影响峰值保持的精度 为避免这一 误差 采用线性整流电路 为了灵活地分配端口地 址 采用了GAL来作地址译码 分配给它的地址为 3EOH 3EAH 时序发生器和逻辑控制电路是A D卡中十分重要的部分 由它产生SSPA器件工作 所需的时钟及启动信号以及供A D转换使用的控 制信号和峰值保持电路的复位信号等 当然为了实 现一次电子扫描采集完所有像元的视频信号 采用 了数据帧存储方式 4 数据采集及图象重建程序 数据采集程序由C语言编写 C 语言介于高级 语言和低级语言之间 可以对机器进行硬件操作 如 进行端口I O操作 位操作 地址操作等 还可采用 适当方式将C语言与汇编指令混合编程 可使程序 的运行速度大大提高 采集程序采用硬件 中断方式执行读操作 在SSPA器所有位 的视频信号转换完成后将其转换结果读入 PC机内存 大大节约了时间 这在多次使 用SSPA扫描结果 对系统速度有较高要 求时显得尤为重要 程序框图如图3所示 图3 数据采集程序框图 由A D采集数据重建图像 实际上就是将A D转换数据写入显示存储器的过程 在所有的V GA 图形模式下 显存与像素点之间的关系都是线性的 即显存中的每个像素数据按光栅扫描的顺序依次对 应于屏幕上每个像素点 程序中所用的主要图形函 数有以下几个 init 3 调用B I OS功能设置图形显示模式3 如 AH 0 3AH 0设置显示模式 AL 0 x13h 33203200 256色显示模式3 geninterrupt 0 x10 selectpage int page 3 用于设置当前显示页3 BL 0 DX page AH 0 x4f 3AH 4fh 选择工作页面3 63现 代 电 子 技 术2001年 AL 0 x05 3 geninterrupt 0 x10 putp int x int y unsigned char color 3 将屏幕上 x y 处的像素点显示成指定的颜色3 asm mov ax GSEGM EN T 3 Defing GSESGM EN T 0a000h3 asm mov es ax asm mov al color asm mov es di al 3di offset 在内存地址0a000h offset处写入像素点的颜色值3 其中offset W idth3y x 10000H W idth 水平像素数 在256色模式下 等于一条扫描线所占的字节 setdac idx r g b 3 设置DAC色彩查找表3 DX 0 x3C8 30 x3C8是像素地址写方式寄存器的操作端口3 outportb DX idx DX DX 1 r r 2 outportb DX r g g 2 outportb DX g b b 2 outportb DX b close 3 完成图形关闭工作 3 AH 0 AL 3 380325彩色方式 3 geninterrupt 0 x10 计算机显示器显示出8位灰度图像 图略 由 于机械扫描的速度不能完全保持绝对的匀速 以及 器件本身的限制 图像有一定的失真 在实际应用 中 可以通过整个系统性能的改进及数字图像处理 进行样校正 从而减少失真的程度 5 结 论 本文介绍了一个基于可见光自扫描光电二极管 列阵 SSPA 实时成像系统 现在本室初步研制出 X射线SSPA 而本系统的成功为最终开发X射线 安检仪 射线检测系统 发展国产化与射线检测相 关的高科技产业打下坚实的基础 参 考 文 献 1 袁祥辉 1 固体图像传感器及其应用 1 重庆大学 出版社 1996 2 郑世才 1 射线检测技术20年回顾 无损检测 1 1998 3 罗建军 1V GA实用编程技术 1 北京 清华大学 出版社 1996 Real Ti me I maging System of Transm itted I mage Based on SSPA Yang Jing Yuan Xianghui Optoelectronic Engineering School Chongqing U niversity Chongqing 400044 Abstract A real ti me i maging system based on SSPA is introduced the structure and the principal of video acquisition are analysed i mage are displyed Key words SSPA A D acquisition two di mension i mage rebuild i m terrupt re