專業(yè)組-儀器儀表-天津大學(xué)-光干涉型甲烷檢測(cè)儀

論文格式dealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealede***********************************************************注意：此為封面格式dealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealedealede***********************************************************2011-2012德州儀器C2000及MCU創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽項(xiàng)目報(bào)告題目： 光干涉型甲烷檢測(cè)儀 學(xué)校： 天津大學(xué) 指導(dǎo)教師： 張瑞峰 組別： 專業(yè)組 應(yīng)用類別： 儀器儀表組 平臺(tái)： C2000參賽隊(duì)成員名單（含每人的郵箱地址，用于建立人才庫(kù)）：蘇鑫suxin_5768@126.com何超hechao9988@163.com譚宇華yuhua_tan24@視頻文件觀看地址（若未拍攝，請(qǐng)注明）：/vshow/idXMzU2OTcwOTQ4.html/vshow/idXMzU2OTczMjU2.html郵寄地址和收件人聯(lián)系方式（快遞發(fā)送，請(qǐng)不要使用郵政信箱地址）題目：光干涉型甲烷檢測(cè)儀摘要（中英文）本文設(shè)計(jì)了一個(gè)光干涉型甲烷檢測(cè)儀，使甲烷的檢測(cè)變成數(shù)字化處理。該系統(tǒng)由三部分組成，包括光路系統(tǒng)獲取條紋信息，COMS攝像采集干涉條紋以及C2000DSP核心開發(fā)板進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。核心開發(fā)板計(jì)算出的甲烷濃度值通過串口通信傳輸?shù)絇C端，以曲線方式顯示在由BorlandC++編寫的窗口程序中。同時(shí)，當(dāng)甲烷濃度值超過一定范圍時(shí)，核心開發(fā)板會(huì)進(jìn)行報(bào)警提示。Thispaperdesignamethanedetectoroflightinterference,whichisimplementedbydigitalprocess.Thissystemismadeupofthreeparts,includinglightpathsystem,CMOSimageacquisitionsystemandC2000DSPcoredevelopmentboard.Interferencefringeisacquiredbylightpathsystemandthensampledbyimageacquisitionsystem.Themainprogramcomputesincoredevelopmentboard.ThemethanevalueattainedfromC2000boardissenttoPersonalComputerthroughserialcommunication.Itisavailabletoshowmethanecurveinwindowprogram,whichiswritteninBorlandC++.Atthesametime,thecoredevelopmentboardwillalarmwhenmethanevalueexceedsacertainrange.1.引言我國(guó)是世界煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，煤炭在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)仍將是主要能源。近年來，重大、特大瓦斯事故在煤礦生產(chǎn)事故中所占比例越來越高［1］。避免瓦斯爆炸事故的一個(gè)重要措施就是要做好瓦斯的檢測(cè)工作，掌握煤礦瓦斯的變化情況，一旦出現(xiàn)異常，及時(shí)采取相應(yīng)措施，保障煤礦的安全生產(chǎn)。瓦斯的主要成分是甲烷，二氧化碳，一氧化碳等。瓦斯是一種無色、無味、無臭的氣體，與空氣混合在一起后，既看不到，摸不著，也聞不出來。瓦斯在空氣中濃度增大時(shí)，能使空氣中的氧氣含量相對(duì)降低，而使人窒息。我國(guó)煤礦安全事故中，瓦斯爆炸造成的傷亡占所有重大事故傷亡人數(shù)的50%以上。由于煤礦瓦斯的主要成分為甲烷，因此對(duì)煤礦瓦斯的檢測(cè)可以轉(zhuǎn)化為對(duì)甲烷的檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外對(duì)甲烷檢測(cè)的研究非常重視，實(shí)時(shí)檢測(cè)甲烷氣體濃度對(duì)于保障生產(chǎn)安全的意義重大。甲烷檢測(cè)主要是檢測(cè)甲烷在空氣中的體積濃度，以防止甲烷爆炸事故的發(fā)生。便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀是各國(guó)應(yīng)用最早最普遍的一種甲烷濃度檢測(cè)儀表，可隨時(shí)檢測(cè)作業(yè)場(chǎng)所的甲烷濃度。當(dāng)前應(yīng)用的便攜式甲烷檢測(cè)儀，按檢測(cè)原理分為熱導(dǎo)型甲烷檢測(cè)儀、熱催化型甲烷檢測(cè)報(bào)警儀、氣敏半導(dǎo)體式甲烷檢測(cè)儀、光學(xué)甲烷檢測(cè)儀等幾種。在這幾種檢測(cè)儀中，光干涉甲烷檢測(cè)儀由于其性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、測(cè)量準(zhǔn)確，成為我國(guó)煤礦應(yīng)用最普遍的便攜式甲烷檢測(cè)儀器。光學(xué)甲烷檢測(cè)儀是利用不同氣體折射率不同的原理制成的光學(xué)檢定儀器。它由光源、平面鏡、空氣室、氣樣室、折射棱鏡，反射鏡和望遠(yuǎn)鏡組成。如果以空氣室和甲烷室都充入同密度的新鮮空氣時(shí)產(chǎn)生的條紋為基準(zhǔn)（對(duì)零），當(dāng)其它氣體（如甲烷）進(jìn)入氣樣室時(shí)，因其折射率與空氣不同，使光路光程發(fā)生變化，干涉條紋發(fā)生偏移，此偏移量即可用來表示甲烷濃度。甲烷濃度越高偏移越多。當(dāng)甲烷室充入含有甲烷的空氣時(shí)（抽氣測(cè)定），由于空氣室和甲烷室中含的甲烷氣體的濃度不同，引起折射率變化，光程也隨之發(fā)生變化，于是干涉條紋產(chǎn)生位移（移動(dòng)），從目鏡可以看到干涉條紋移動(dòng)的距離?？梢愿鶕?jù)干涉條紋位移量就可以測(cè)得甲烷的濃度，從目鏡中可以觀察到干涉條紋移動(dòng)后所處的甲烷濃度刻度值，便可測(cè)得甲烷濃度。這種檢測(cè)儀器采用了新型的光源結(jié)構(gòu)，便于調(diào)整，增大了條紋的視見度，舒適方便，整數(shù)和小數(shù)可以同時(shí)讀出，性能良好，達(dá)到世界先進(jìn)水平。現(xiàn)有的光干涉型甲烷檢測(cè)儀大多都是目測(cè)型光干涉甲烷檢測(cè)儀，它性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)，但由于采用人工讀數(shù)，自動(dòng)化程度低，溫度20。0和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下標(biāo)定的刻度值的，檢查前，必須在和待測(cè)地點(diǎn)溫度相近的進(jìn)風(fēng)巷中，捏放吸氣球清洗甲烷室。然后校零，防止由于溫度氣壓變化較大而出現(xiàn)零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，讀書不直觀，人為誤差較大，不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。為了克服傳統(tǒng)光干涉式甲烷檢測(cè)器的不足，本設(shè)計(jì)從圖像分析和信息處理的角度出發(fā)，提出了采用CMOS作為光電轉(zhuǎn)換元件的非接觸式測(cè)量方式，CMOS是一種性能獨(dú)特的半導(dǎo)體光電器件，其輸出信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后成為高速的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)這些高速數(shù)據(jù)的大容量存儲(chǔ)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)以TI的C2000系列DSP為核心實(shí)現(xiàn)對(duì)CMOS數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)以及對(duì)干涉圖像數(shù)據(jù)的算法分析得出結(jié)論。2.系統(tǒng)方案本系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括光路系統(tǒng)、CMOS圖像采集電路、報(bào)警模塊、C2000核心開發(fā)板、PC終端顯示模塊，以及對(duì)圖像數(shù)據(jù)處理的算法模塊。系統(tǒng)框圖：

CMOS采集圖像系統(tǒng)主要用于將光學(xué)信息數(shù)字化，由CMOS拍攝到的干涉條紋存儲(chǔ)在FIFO數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，以供后續(xù)處理需要。核心開發(fā)板是甲烷檢測(cè)儀的計(jì)算處理中心,當(dāng)前環(huán)境中的甲烷濃度經(jīng)過其分析處理數(shù)據(jù)后得到。PC監(jiān)控端主要用于將當(dāng)前甲烷濃度以曲線方式顯示出來，通過串口通信方式獲得由核心開發(fā)板傳送過來的當(dāng)前甲烷濃度信息，以便用戶更加直觀進(jìn)行觀察。光路系統(tǒng)：本系統(tǒng)的光路建立在目前廣泛使用的目測(cè)式光干涉甲烷檢測(cè)儀基礎(chǔ)上。光路系統(tǒng)原理如下圖所示，從光源發(fā)出的白光經(jīng)聚光鏡匯聚到平面鏡點(diǎn)M處分為兩部分。一部分光（I號(hào)光路）直接在平面鏡表面M點(diǎn)反射，穿過下參考?xì)馐?，在R處改變方向，經(jīng)折光棱鏡后，從上參考?xì)馐掖┻^，匯聚到平面鏡P處，經(jīng)平面鏡折射后從O點(diǎn)射出，最后匯聚于反射棱鏡。另一部分光（II號(hào)光路）在M點(diǎn)射入，經(jīng)平面鏡折射，從N點(diǎn)射出，射出的光通過被測(cè)氣室（裝有被測(cè)氣體），同樣經(jīng)折光棱鏡，再回射入被測(cè)氣室，最后在平面鏡點(diǎn)O處經(jīng)反射匯聚到反射棱鏡，兩束光在反射棱鏡處產(chǎn)生光干涉。平面鏡的作用與薄膜干涉時(shí)薄膜的作用相當(dāng)，從產(chǎn)生的條紋來看是線狀條紋，這是一個(gè)典型的等厚干涉光路。

反射棱鏡 聚焦物鏡 干涉條紋成像血折光棱鏡平面鏡聚光鏡空氣室反射棱鏡 聚焦物鏡 干涉條紋成像血折光棱鏡平面鏡聚光鏡空氣室祥空氣室光源古KCMOS圖像采集模塊：本模塊的核心元件CMOS攝像頭采用的是OV公司的OV6620攝像頭，356*288像素、支持多種格式輸出、圖像數(shù)據(jù)逐行掃描讀出、支持8/16位視頻數(shù)據(jù)輸出、抗模糊、5V工作電壓、適合大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)；該攝像頭支持SCCB總線協(xié)議，總線速度最大400kb/s，可對(duì)攝像頭內(nèi)部各參數(shù)進(jìn)行編程，比如圖像的亮度、對(duì)比度、伽瑪、飽和度、銳度、窗口輸出等。本模塊的另一重要的元件是圖像緩沖存儲(chǔ)器，由于OV6620攝像頭輸出幀率為50幀每秒，像素時(shí)鐘頻率高達(dá)8.86MHz，不可能直接讓處理器讀取圖像數(shù)據(jù)，否則將會(huì)出現(xiàn)漏讀數(shù)據(jù)現(xiàn)象，所以這里采用IDT公司的FIFO存儲(chǔ)器預(yù)先將攝像頭輸出的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來，然后再將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥鬟M(jìn)行下一步的圖像處理，本模塊采用的FIFO型號(hào)為IDT7205，8192*9bit，存儲(chǔ)速度12ns，5V工作電壓與攝像頭兼容，770mW。已知純空氣氣體折射率n0=1.000272，純甲烷氣體折射率n1=1.000411。假設(shè)樣品氣室充入濃度為x的甲烷氣體，則其折射率x100一xn=nx +nx 2 1100 0 100而標(biāo)準(zhǔn)氣室為純空氣體，所以兩光路的光程差8=2(%-％)1，其中l(wèi)為氣室長(zhǎng)度。甲烷檢測(cè)儀顯示的干涉條紋如上圖，它是由白光產(chǎn)生的，中心是零級(jí)白色亮紋，兩邊是若干條彩色條紋和兩條零級(jí)黑色暗紋。我們認(rèn)為零級(jí)白色亮紋為白基線，假定樣品氣室未充入甲烷時(shí)，白基線對(duì)應(yīng)的象素點(diǎn)為A。當(dāng)樣品氣室含有甲烷后，干涉條紋移動(dòng)，設(shè)兩條零級(jí)黑色暗紋對(duì)應(yīng)的象素點(diǎn)分別為B和C，那么C-B就是一個(gè)條紋間距，我們只需識(shí)別出偏移后的白基線對(duì)應(yīng)的象素點(diǎn)的位置，記為D，就可以得出干涉條紋移動(dòng)的間距數(shù)nD一AN=C一B根據(jù)干涉原理，干涉條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間距，對(duì)應(yīng)光程差變化量為力，即N人=2(nx +nx ~——n)l1100 0 100 0得出甲烷濃度的算法方程:x=100x 21（七-n「C-B其中人為光源波長(zhǎng)。折射率與氣溫、氣壓有關(guān)，所以環(huán)境溫度和氣壓的變化會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。為了降低儀器的成本，采用人工鍵入環(huán)境溫度、氣壓值，由微機(jī)根據(jù)計(jì)算公式修正測(cè)量值后顯示。修正公式為101325xT-293xPT和P分別為測(cè)定地點(diǎn)的絕對(duì)溫度和大氣壓（Pa）。只要進(jìn)入甲烷室的氣體成分與空氣室的氣體成分不一樣，干涉條紋就會(huì)移動(dòng)，干涉條紋的移動(dòng)量與氣體成分有關(guān)系，因此，光干涉甲烷檢測(cè)儀受外界氣體的影響較大。為保證光干涉甲烷檢測(cè)儀測(cè)量的準(zhǔn)確性，儀器外部都配有吸收二氧化碳和水蒸氣的吸收劑。另外，如果光干涉甲烷檢測(cè)儀的檢定地點(diǎn)與使用地點(diǎn)的溫差較大，或被測(cè)氣體缺氧，則其測(cè)量結(jié)果都會(huì)受到影響。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)OV6620攝像頭輸出時(shí)序如下圖所示，VSYN代表一幀圖像的開始，HREF>號(hào)為高電平表示此時(shí)的圖像數(shù)據(jù)是有效的，而PCLK信號(hào)為像素信號(hào)，在PCLK上升沿，Y[7:0]/UV[7:0]HorizontalTimingY[7:0]/UV[7:0]HorizontalTimingOddField(FODD=1)圖像數(shù)據(jù)為有效的。由此可以分析得，只有在兩個(gè)VSYN之間，而且在HREF為高時(shí)，PCLK對(duì)應(yīng)的輸出才是有效的圖像數(shù)據(jù)。因此，圖像采集模塊采用一個(gè)三輸入與門對(duì)HREF、PCLK和處理器的控制寫ENW進(jìn)行與運(yùn)算，得到正確的寫時(shí)序。ENWHREFPCLKOV6620攝像頭的IO電壓為5V，和IDT7205的IO電壓一樣，因而，OV6620的圖像數(shù)據(jù)可以和IDT7205的數(shù)據(jù)輸入端直連。但是，本系統(tǒng)采用的是TIC2000系列DSP處理器，該處理器的IO電壓為3.3V。攝像頭的VSYN中斷信號(hào)不能直接連到處理器上，IDT7205的數(shù)據(jù)輸出也不能直接連接到處理器上，否則將可能引起燒毀處理器的問題。問題的關(guān)鍵就是怎樣將5V降到3.3V的安全電壓，這里可以采用專用的降壓芯片。為了節(jié)約成本和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)并沒有采用專用的降壓芯片，而是采用限流電阻，限流電阻的阻值可以根據(jù)IDT7205輸出和DSP的IO輸入電氣特性進(jìn)行計(jì)算，這里選用4.7k的電阻作為VSYN信號(hào)的限流電阻和3.3k的電阻作為IDT數(shù)據(jù)輸出的限流電阻，這樣就能很好的解決電平不兼容的問題。另外，IDT7205需要DSP的一個(gè)讀控制信號(hào)，由于IDT7205是TTL電平的器件，當(dāng)輸入電平高于2.4V時(shí)則認(rèn)為輸入是高電平，因而不需要額外添加3.3V轉(zhuǎn)5V的升壓模塊。OV6620攝像頭支持通過SCCB協(xié)議，DSP只需要通過兩根控制線SDA和SCL就可以對(duì)攝像頭內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行修改。在此，先討論電平兼容性的問題，SCCB總線電平為5V,同時(shí)，SCCB協(xié)議建議每一個(gè)終端的SDA和SCL都加上一個(gè)10k的上拉電阻，因此，DSP的SDA和SCL控制線不能與攝像頭的SDA和SCL直接連接，而通過一個(gè)與門作為緩沖增強(qiáng)輸出，并加入上拉電阻，如下圖。本系統(tǒng)的圖像采集模塊的原理圖和PCB圖如下所示。

4.核心開發(fā)在EasyDSP280X開發(fā)板上。軟件需要控制4.核心開發(fā)CMOS圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行干涉條紋信息的讀取，對(duì)條紋數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理獲得當(dāng)前甲烷濃度。當(dāng)濃度超過一定范圍時(shí)控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，另一方面通過串口將濃度信息實(shí)時(shí)傳送到PC端。本設(shè)計(jì)中DSP采用TMS320Fx28027，是C2000家族中的高效32bit、60Mhz主頻處理器，最多支持96個(gè)中斷處理，38個(gè)通用輸入輸出引腳。下表列出了本設(shè)計(jì)用到輸入輸出引腳，以此說明核心開發(fā)板用于與CMOS圖像采集系統(tǒng)和PC顯示終端通信的數(shù)據(jù)線和控制線。核心開發(fā)板應(yīng)用的外設(shè)引腳分配引腳類型用途GPIO12輸入采集攝像頭提供VSYN信號(hào)GPIO2-5輸入攝像頭采集圖像信息灰度信號(hào)GPIO16-19輸入攝像頭采集圖像信息灰度信號(hào)GPIO32輸出控制信號(hào)ENW:控制圖像信息寫入FIFOGPIO33輸出控制信號(hào)RD：控制FIF。數(shù)據(jù)信息讀入

GPIO34輸出控制信號(hào)SDA：控制攝像頭參數(shù)GPIO35輸出控制信號(hào)SCL：控制攝像頭參數(shù)GPIO6輸出為蜂鳴器報(bào)警提供脈沖信號(hào)GPIO0輸入連接電建，用于清除蜂鳴器報(bào)警信號(hào)GPIO7輸入采集攝像頭提供HREF信號(hào)GPIO28輸出串口通信的TXDGPIO29輸入串口通信的RXD在給出軟件設(shè)計(jì)框圖之前，本文先對(duì)CMOS圖像采集系統(tǒng)工作原理進(jìn)行解釋以便于軟件的理解。攝像頭一上電，便不斷有中斷信號(hào)和圖像信號(hào)輸出。其中，每一幀圖像到來開始前，VSYN都會(huì)有脈沖信號(hào)，如下圖，可以通過捕捉VSYN的上升沿來判斷一幀圖像的到來。VSYN在默認(rèn)情況下，攝像頭采集圖像分辨率為356*292o在CMOS圖像采集系統(tǒng)中，當(dāng)ENW控制信號(hào)被置高時(shí)，系統(tǒng)中的FIF。便會(huì)自動(dòng)地開始讀取攝像頭輸出的數(shù)據(jù)。這樣，圖像信息就會(huì)在FIFO緩存區(qū)中按順序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如下圖所示。356■■■圖項(xiàng)陣列....., 9?■.■?,.■?,■■■■1...292 ,.....■■■??.■■■FIFO1I1lllilllll'?*IlIIIIIIIM-III由于緩沖區(qū)的存儲(chǔ)空間有限，每一塊8192*8bit,兩塊總共能夠存儲(chǔ)16384*8bit。那么，在默認(rèn)情況下FIFO中能夠存儲(chǔ)16384/356約為46行數(shù)據(jù)。另一方面考慮到FIF0先入先出的特點(diǎn)，以免多余數(shù)據(jù)再次進(jìn)入FIFO緩沖區(qū)中，需要在第二次VSYN信號(hào)到來時(shí)將ENW信號(hào)置低，屏蔽圖像信息向緩沖區(qū)內(nèi)寫入。當(dāng)CMOS采集的數(shù)據(jù)信息寫到FIF0中后，核心開發(fā)板可以簡(jiǎn)單地通過控制RD信號(hào)來將灰度信號(hào)讀入。時(shí)序如下圖所示：DSP核心開發(fā)板軟件代碼主要由外設(shè)資源初始化模塊、核心處理模塊、中斷響應(yīng)模塊、圖像掃描分析模塊、串口通信以及警報(bào)控制模塊組成。針對(duì)上述所用到的開發(fā)板中引腳資源進(jìn)行外設(shè)資源的初始化，以便為主程序中的各個(gè)模塊提供服務(wù)。核心處理模塊是程序運(yùn)算的核心，對(duì)系統(tǒng)待機(jī)和處理工作進(jìn)行不同狀態(tài)的區(qū)別，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行以及低功耗的需求。中斷響應(yīng)模塊是核心開發(fā)板與COMS圖像采集系統(tǒng)通信的關(guān)鍵，其中包括VSYN和HREF兩個(gè)中斷源。準(zhǔn)確對(duì)每一幅圖像到來以及一幅圖像每行信息到來進(jìn)行識(shí)別，有助于主程序進(jìn)行圖像分析處理，另一方面也能減少對(duì)系統(tǒng)存儲(chǔ)空間的需求。圖像掃描分析模塊是整個(gè)應(yīng)用的核心，完成對(duì)條紋信息的識(shí)別以及計(jì)算得出當(dāng)前甲烷濃度信息。串口通信以及警報(bào)控制模塊是甲烷檢測(cè)儀系統(tǒng)更加完善，以此達(dá)到精準(zhǔn)控制的目的。串口通信為DSP核心板和PC通信提供可能，使得核心開發(fā)板采集到的甲烷濃度信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)絇C端，并且以曲線圖的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制。警報(bào)模塊主要運(yùn)用TMS320F28027提供的高效ePWN波來控制蜂鳴器報(bào)警。

時(shí)，本文給出詳細(xì)說明，如下圖所示。本文中一幀圖像采集的過程在兩個(gè)VSYN的時(shí)間間隔內(nèi)完成，第一個(gè)VSYN作為圖像到來的起始時(shí)刻，第二個(gè)VSYN作為一幀圖像采集完成的標(biāo)志。在兩個(gè)VSYN的時(shí)間段內(nèi)會(huì)有幾百個(gè)HREF上升沿信號(hào)，HREF的中斷源在第一個(gè)VSYN信號(hào)到來后被允能。為節(jié)省核心開發(fā)板的存儲(chǔ)空間，本文只對(duì)有限范圍內(nèi)的圖像區(qū)域進(jìn)行采集，即包括條紋信息的一段區(qū)域。圖中檢測(cè)第n個(gè)HREF信號(hào)到來時(shí)刻后置高ENW便開始向FIFO中寫入攝像頭采集到的像素信息。n意味從第n行開始采集像素信息，本系統(tǒng)中的FIFO采集大約40行攝像頭拍攝的圖像信息。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中，核心開發(fā)板讀取圖像信息過程并沒有放在“采集有效圖像判斷”過程中，主要是考慮到攝像頭采集圖像信息速度較快，F(xiàn)IFO的讀寫速度足以滿足其要求。算法部分：下圖為干涉條紋的白基線打在線陣CMOS光敏面上時(shí)視頻信號(hào)放大后的示意圖。白基線條紋從圖中的視頻信號(hào)可以看出，白基線這樣很細(xì)小的條紋，在CMOS的象素點(diǎn)上仍有一定的尺度，一般覆蓋幾個(gè)至十幾個(gè)光敏元，因而條紋中心光敏元位置的檢測(cè)算法便成為應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，檢測(cè)算法的精度、速度直接影響光學(xué)測(cè)量的精度和速度。CMOS采集輸出的是8位256階的灰度圖，0?255代表像素的灰度值，0為全黑，255為純白。由甲烷濃度的算法方程可知計(jì)算甲烷濃度的關(guān)鍵是找到純凈空氣干涉條紋的白基線(0級(jí)亮紋)位置A，白基線兩邊零級(jí)暗紋的位置B、C，以及混合甲烷氣體的干涉條紋的白基線位置。。參與計(jì)算的是白基線的位置變化與條紋間距的比值，即(D-A)/(B-C)。由于面陣CMOS的像素位置是整齊排列的，因而可以以像素點(diǎn)的位置代表A、B、C、D點(diǎn)的位置，求得相對(duì)比值。那么圖像處理實(shí)際上就是在一個(gè)二維數(shù)組上尋找到A、B、C、D。干涉條紋有明顯的帶狀分布，而且白基線是最亮的部分，最亮的部分實(shí)際上是有很多像素組成的。為了降低計(jì)算量，我們將面陣CMOS的簡(jiǎn)化為線陣CMOS，即將一副圖抽樣若干行，獨(dú)立求得各行的白基線和0級(jí)暗紋的位置，然后再對(duì)求得相對(duì)距離計(jì)算平均值。求相對(duì)值的平均值，是因?yàn)椴杉幕叶葓D干涉條紋并不是嚴(yán)格垂直水平線的。

為了進(jìn)一步降低誤差，實(shí)際中每次采樣中，不止采樣一副灰度圖。若干幅圖再求均值，使結(jié)果更接近真實(shí)值。在每行的運(yùn)算中，由于條紋相同顏色部分是有很多像素構(gòu)成的，要尋找到一個(gè)亮紋帶或暗紋帶的中間位置，我們采用的方法是：把條紋的帶區(qū)分出來，然后對(duì)各個(gè)帶求均值，比較各個(gè)帶的均值，最大者就是白基線，該帶的中間值就是白基線的位置。其相鄰帶就是0級(jí)暗紋，從而也得到其位置。所以對(duì)一張純凈空氣的采集圖樣的處理函數(shù)的流程圖如下:圖像image[][]；取樣行數(shù)限制N取樣第圖像image[][]；取樣行數(shù)限制N取樣第n行，n=0行處理函數(shù)流程圖在對(duì)每行處理中，準(zhǔn)確區(qū)分出干涉條紋的帶狀分布是正確判斷白基線和零級(jí)暗紋的關(guān)鍵。在干涉圖像中，同一條紋的灰度值很接近，而相鄰條紋之間的灰度值差別很大。因而可以通過判斷相鄰像素之間的差值范圍區(qū)分不同的條紋。在CMOS的實(shí)際采樣中，會(huì)存在一些隨機(jī)現(xiàn)象，比如在暗紋中出現(xiàn)一個(gè)白色像素。因?yàn)樵谂袛鄺l紋邊沿的時(shí)候需要進(jìn)一步比較后面若干像素，排除這種隨機(jī)像素點(diǎn)的影響。條紋區(qū)分處理過程流程圖如下：開始i<widthj=i+2Y結(jié)束一行數(shù)據(jù)line[width];差值門限shake;條紋邊沿判斷距離N;i=0;條紋數(shù)n=0;Begin[0]=0;開始i<widthj=i+2Y結(jié)束一行數(shù)據(jù)line[width];差值門限shake;條紋邊沿判斷距離N;i=0;條紋數(shù)n=0;Begin[0]=0;NY'""■■■■,■■-.Line[j]-line[i]>shakeTYN j>i+NNLine[i+1]-line[i]>shakeYend[n]=i;對(duì)該條紋段求灰度值均值存入 avr[n];n++; Begin[n]=i+1; j++i++條紋區(qū)分流程圖PC終端顯示：為了動(dòng)態(tài)的顯示甲烷濃度，本設(shè)計(jì)將定時(shí)監(jiān)控得到的甲烷濃度值通過串口傳給PC進(jìn)行直觀的顯示。界面程序采用BorlandC++6.0編寫。主要使用的控件有串口控件Victor->YbCommD