温度控制在 LF 炉精炼过程中具有重要地位, 它是控制钢水成分质量、连铸质量及稳定工艺的关键。研发了一种非接触式的钢水温度监测系统, 该系统通过双光路近红外面阵 CCD 探测器实时获取 LF 炉内钢水高清热像, 再利用计算机对该图像信息进行技术处理,从而准确地识别出钢水, 并根据测温模型计算出实时的温度数据。该测温系统还可作为工业电视使用, 便于炼钢工人及时了解炉内状况。不同于以往的接触式测温方法, 新系统可以在不影响钢水冶炼进度的情形下完成对LF炉内钢水温度的实时监测, 操作便捷、安全, 是一项十分值得推广的技术, 对其它测温应用领域也具有一定的指导作用。

设计了一种在实验室环境下模拟工业现场高速线材椭圆度监测系统, 利用三相机测量的方式, 实现了线材椭圆度的非接触式测量。首先选取双侧远心镜头、准直光源、高速面阵 CCD 工业相机对线材实时图像进行采集, 并对相机进行标定与畸变矫正; 随后对三路相机采集到的实时图像依次预处理, 提出了一种自适应 Ψ 值运动模糊图像恢复方法; 最后通过霍夫变换检测到的两条直线上点分别计算出三路相机测得的线材直径, 并利用直径计算出线材椭圆度。研究结果表明, 在实验室条件下该系统的测量精度达到了实际工业生产中所需的精度, 有望在高线生产线上投入使用。

荧光免疫层析定量检测技术已被广泛应用于临床检测领域,如新型冠状病毒肺炎的筛查和检测。为了提高检测精准度,提出了基于荧光显微镜数字图像处理的荧光免疫层析定量检测方法。首先构建了显微系统的光通量损失方程,然后根据面阵CCD输出的数字图像特征提取原始图像中的RGB分量并对其进行加权处理,之后拟合了面阵CCD的量子响应速率曲线,获得了荧光信号的相对强度。根据荧光信号强度即可反演出待测物的浓度。实验验证后可知,检测结果的变异系数为3.04%,线性拟合系数大于0.99。本检测方法可对最低质量浓度为0.1 ng/mL的待测物进行准确检测,适用于CCD成像型荧光显微镜系统,对荧光检测具有一定的参考意义。

面阵CCD 具有灵敏度高、动态范围大的优点，适用于荧光测量、DNA 测序、拉曼光谱分析和低光度检测，因此，研制基于面阵CCD 的高灵敏度微型光纤光谱仪具有重要的实际价值。光学系统采用了优化后的交叉非对称型Czerny-Turner 结构，并获得了1 nm 的光学分辨率。结合DC-DC 和LDO 的设计方法，通过USB 供电实现了6 路电压输出的复杂电源系统设计；通过Verilog HDL 完成了CCD 驱动时序设计；采用Altera 公司的EPM7064 芯片实现了驱动信号输出。CCD 输出的视频信号经双相关采样的高速16 位AD 芯片AD9826 转换后存储在独立的静态RAM 中，使得数据的采集和读取分离。所设计与实现的微型高灵敏度光纤光谱仪的灵敏度是通常基于线阵CCD 的微型光谱仪的11 倍左右，动态范围20000:1，信噪比达到500:1，很大程度地提高了微型光纤光谱仪的性能。

机载紫外DOAS成像光谱仪通过获取大气与地表的折射或散射的紫外光辐射, 监测大气痕量气体的分布与变化, 其电子学部件的重要组成部分为CCD成像电路。采用帧转移型面阵CCD-47-20为图像传感器, 以现场可编辑门阵列(FPGA)为核心控制器的成像电路模块, 设计并实现了一套完整的机载紫外光谱仪成像系统。CCD成像电路完成包括CCD驱动时序电路、CCD数据采集电路, 接收CCD模拟图像信号产生数字图像信号, 将数字图像信号通过差分芯片驱动以低压差分信号(LVDS)传输给机载通讯系统等功能。讨论了机载紫外成像光谱仪的设计过程, 并重点讨论了CCD成像电路的设计过程。设计的机载紫外DOAS成像光谱仪系统成像分辨率为0.286°。实验证明满足大气污染气体的观测需求。

目前基于TDI 方式的电子像移补偿方法中曝光期间电荷包以行为步长进行转移，使电荷包移动和像移之间存在较大的非同步效应，降低了补偿效果。为了提高像移补偿效果，首先分析了目前基于TDI 方式的电子像移补偿方法中电荷包移动的离散性对补偿效果的影响，提出了一种改进的电子像移补偿方法，从而可以大大减小电荷包和像移之间存在的非同步效应，对比两种方法调制度，从理论上证明了其对补偿效果的提高作用。给出了改进式的电子式像移补偿方法的驱动时序图，通过室内模拟不同像移补偿实验进行了两种方法的验证，分别比较采用两种像移补偿方法图像的清晰度。结果表明，改进式电子像移补偿法图像调制度平均值47/96大于传统像移补偿法图像调制度平均值1/3，改进式像移补偿法图像清晰度平均值为0.550 2大于传统像移补偿法图像清晰度平均值0.475 3。可以看出，改进式的像移补偿方法相对于传统TDI像移补偿方法,效果明显改善。

为了设计一种支持电子式像移补偿功能的高帧频大面阵CCD驱动电路，满足像移补偿功能。论文首先给出了大面阵CCDFTF5066M的基本驱动电路，然后在其基础上通过增加一个“像移补偿时序发生器”与主时序发生器SAA8103配合工作来实现电子像移补偿，给出了“像移补偿发生器”内部设计结构，所增加的像移补偿时序发生器只用于产生曝光期间所需的几个垂直转移驱动时序和转发SAA8103 产生的时序信号。选择了FPGA作为像移补偿时序发生器，并且进行了时序仿真。最后对设计的驱动电路进行了室内像移补偿实验验证，取得了很好的补偿效果，该驱动电路系统支持最大帧频可达2.7 F/s,信噪比达到了66 dB。该驱动电路能方便地选择输出通道数量和输出方式，使相机适用于不同的场合。

以行间转移面阵CCD KAI-01050作为传感器件,设计了一种基于反射镜拼接结构的动态目标成像系统.完成了CCD时序控制及驱动电路设计,利用相关双采样消除视频信号中的相关噪声;通过分析反射镜拼接中心视场图像降质的产生原理,建立了图像复原数学模型,对反射镜拼接中心视场图像进行恢复.整个系统以FPGA为核心控制器件,采用乒乓缓冲结构,高速并行处理图像数据,系统延迟满足动态目标成像要求,复原后中心视场图像信噪比提高了14.8 dB.

针对动态目标的多自由度振动测试问题, 建立了基于双面阵CCD交汇测量技术的动态目标振动测试系统。通过两台相机拍摄目标靶振动图像, 对所得图像进行图像处理后提取目标点像素位置信息, 根据目标点像素始末位置变化解算出目标靶X、Y、Z三个维度的位移变化量。实验结果表明, 测量精度约为0.1mm。测量系统具有结构紧凑、测量精度高、适用性强等特点。

长焦距面阵CCD相机以TDI模式进行动态横向多幅扫描成像时, 行转移频率高或者曝光时间长会使图像输出有明显缺损, 从而影响图像的判读。为解决这一问题, 分析了全帧CCD相机TDI模式的工作原理, 分析认为快门曝光过程中CCD存在的无效TDI转移是导致输出图像出现缺损的主要原因。通过实验验证了分析结果, 并提出保证CCD曝光过程中TDI转移与机械快门曝光精确同步的方法来消除无效TDI转移。 据此设计了光电同步定位法进行曝光控制, 并研制了相应的快门光电同步装置。成像实验结果显示, 该方法可将图像缺陷区域控制在15列像元内, 解决了面阵CCD在TDI模式下输出图像的缺损问题, 提高了图像判读精度。