线性CCD详解资料（蓝宙TSL1401线性CCD应用笔记）_线性CCD - CSDN文库

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蓝宙 TSL1401 线性 CCD 应用笔记

芜湖蓝宙电子科技有限公司 www.landzo.cn

蓝宙 TSL1401 线性 CCD 应用笔记

本文对第八届飞思卡尔智能车竞赛指定用线性 CCD 使用相关经验跟大家分享一下，

本文不再讲述线性 CCD 基本原理，基本原理大家可阅读芯片手册，本文重点介绍使用线

性 CCD 时需要考虑的一些问题及注意事项，并给出了参考解决方案。旨在让大家更有效

地使用和深入研究 TSL1401 线性 CCD 模块。

环境光影响问题

试验表明 TSL1401 线性 CCD 的输出信号和环境光线密切相关，在自然光条件比晚上

灯光下 AO 引脚输出电压值高出很多，正对着光线比背着光线输出电压高，白炽灯光下

比日光灯下输出电压高。因此，同一参数（曝光时间、镜头光圈）难以适应各种环境，

在光线较弱环境下的参数在强光下会出现输出饱和，在较强光线下调节好的参数在弱光

下输出电压过低，甚至处于截止状态。在智能车应用中，白天自然光环境和晚上灯光环

境、正对光和背光、不同的比赛场地之间都不能采用相同的曝光参数。与输出电压密切

相关的参数是曝光量，曝光量取决于 CCD 模块所采用的镜头光圈大小和程序所控制的曝

光时间。智能车为适应各种运行环境，必须实时感知环境，并根据环境闭环调节曝光量，

使得在不同环境中曝光量都处于一个合理的范围，这样才能保证在不同环境中 CCD 输出

电压在合理范围，以利于算法提取黑线信息。镜头相关参数一旦选定在智能车运行难以

改变，曝光时间比较容易通过程序控制，因此比较容易实现的调整曝光量方法是通过软

件调整曝光时间。曝光时间调整方法见“曝光时间自适应策略”一章。

输出信号放大

根据上一章所述，可以通过调整曝光时间来适应各种环境，在弱光环境增大曝光时

间，在强光下减小曝光时间。但是曝光时间不能无限增大的，因为增大曝光时间势必降

低采样率（每秒采样次数）采样率低控制周期就长，智能车反应就慢。根据历届摄像头

车参赛经验，1 米的前瞻，3.5m/s 的速度情况下，控制周期不得高于 20ms（采样率不得

低于 50Hz），否则智能车转向机构反应再快也无法很好跟随赛道而冲出赛道。控制周期

不高于 20ms 就意味着曝光时间不能超过 20ms。试验时，我们将 TSL1401 线性 CCD 曝光

时间调整到 20ms（采用周期 20ms），分别在强光、弱光、灯光不同环境进行采用，采

样数据表明环境光线较弱时 CCD 输出信号较低，以致赛道黑线信息不够明显，晚上日光

灯环境下输出信号电压值更低，几乎接近 0，根本无法辨别赛道信息！由于智能车制作

和调试很大部分时间都是在晚上，因此必须在不降低采样率的情况下，增大晚上弱光环

境下线性 CCD 的输出电压。要增大输出电压，简单有效的方法就是放大输出信号，我们

可以采用运放来放大 AO 输出信号。蓝宙电子实践表明增大运放能非常有效的解决弱光

时输出电压低问题，在晚上环境同样能达到 50Hz 的采样率，这是无运放的线性 CCD 无

法达到的。

为了能保证输出电压在合理范围（不饱和、不截止、能分辨赛道黑线），需要根据选

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