引 言

CCD(Charge Coupled Devices，電荷耦合器件)是20世紀70年代初發展起來的新型半導體集成光電器件。由于CCD器件具有諸多優點，使得近30年來，CCD器件及其應用技術的研究取得了驚人的進展。目前國內利用CCD進行工業實時在線檢測的系統大多用線陣CCD，精度不高、結構復雜、重量重、體積大、建造成本高、整體結構松散、數據量增大處理運算麻煩等，而面陣CCD光敏呈二維排列，可以將二維平面圖像直接轉換為一維光電信號輸出，為提高采樣精度和簡化結構提供了條件。隨著計算機技術的飛速發展以及動態圖像處理理論的深入研究，采用面陣CCD圖像傳感器對運動目標進行監測成為測量領域的一種新的趨勢，尤其在航天通信系統中，跟蹤與數據的獲取是為星座相對運動之間提供數據信息、連續跟蹤與軌道精確測控服務的。

通過星座仿真可以得出，星座的相對運動的特點，應用面陣CCD來完成星座的相對運動的跟蹤是一種新的跟蹤方法，它使硬件變得簡單，大部分數據處理都由軟件來實現，使得跟蹤達到速度與精度的完美結合。本文旨在用2個氣浮臺來模擬星座的相對運動。以目標氣浮臺上的光學反射球作為跟蹤目標，位于追蹤氣浮臺上的面陣CCD用來實時測得包含運動目標的圖像信息傳送到計算機；再由計算機進行處理得到運動目標位置信息、相對距離和方位；把測得的數據由串口輸出給控制單元，進行精確的測量從而實現檢測跟蹤的目的，模擬跟蹤如圖1所示。

2 系統工作原理

(1)系統組成框圖

本系統中主要由采集部分、處理部分、顯示部分和控制部分組成，系統組成的框圖如圖2所示。

(2)面陣CCD傳感器工作原理

面陣CCD由成像區(光敏區)、暫存區和水平讀出寄存器3部分構成。當工作時，圖像經物鏡成像到光敏區，光敏區上電極加有適當的偏壓時，光生電荷被收集到勢阱里，這樣就將光學圖像變成了電信號。當光積分周期結束時，所有收集到的信號電荷迅速轉移到暫存區中，然后經由水平讀出寄存器，經輸出級逐行輸出1幀信息。在第一幀讀出的同時，第二幀信息通過光積分又收集到勢阱中，這樣可以一幀一幀連續讀出。

本文采用北京微視公司MVC1000M系列具有130萬像素的面陣CCD傳感器，如圖3所示的實物圖。

3 圖像處理單元

(1)圖像的預處理

為提高圖像處理速度采用一種快速中值濾波的算法，設n×n個像素方形濾波窗口為：

(2)特征提取及位置的確定

為了進一步對圖像做分析和識別，就必須通過對圖像中的物體(目標)做定性或定量分析來得出正確的結論。在本系統中，由于目標是處于運動中，所采集到的目標圖像會有不同程度的改變，另外，在目標跟蹤系統中，通常只需辨明目標的類型，并不需要了解有關運動目標圖像中更多的細節。