基于光斑图像分析的光盘驱动器头盘准直系统研究

【摘要】： 保证光信息正确读写的技术、保证读写数据的完整性和可靠性的技术、盘片复备技术是光盘驱动器的三项关键技术,它们实现的前提之一是要求激光头盘处于良好的准直工作状态。本文以面向光盘驱动器的激光头盘准直度检测技术为研究目标,提出了通过光学玻璃盘片对激光头出射光路进行调制,以加载与未加载光学玻璃盘片两种状态下CCD系统所采集的激光头光斑的偏移量来对激光头盘的垂直程度进行测算的技术方案,并对其进行了系统框架设计,对该框架下的多项关键技术进行了较为深入的研究。 多元统计分析中的主成份分析、数学形态学下的击中击不中变换、细化处理、Lee图像增强算子、Hough变换等是研究工作所使用的主要工具。研究工作包括以下内容: 建立了基于激光头光斑偏移量的激光头盘的准直度测算模型。对激光头及激光光斑进行了考察与解析;在光路追迹的基础上推导出在未加载与加载光学玻璃盘片这两种状态下激光中心光线与激光光斑的偏移量的计算方程,通过比较分析指出了后者用于对激光头盘准直度的测量更具合理性和可行性。 定义了缺陷像素的概念;提出了以图像帧序列对缺陷像素进行识别的数学模型。对采集得到的各帧图像减去其相应的直流分量构成余量矩阵,在对上述余量矩阵作主成份分解的基础上建立原始帧序列矩阵的特征图像;按图像统计学的方法对像素的Mahalanobis距离进行定义;在特征图像和像素的Mahalanobis距离基础上建立起对缺陷像素进行识别的数学模型。 提出了完整的用于光斑图像高斯盲噪声估计方法;通过实验方法确定了以Lee算法对光斑图像的降噪增强处理时的邻域窗口尺寸。对光斑噪声图像的差分运算,以滑块测试试验求解出盲噪声方差估计值序列,据此匹配出光斑图像的最佳分块数;依据该最佳分块数对光斑图像进行分块并计算出各块的噪声方差,对所求解出的噪声方差值计算直方图,取概率分布值的最大值为盲噪声方差估计值。 提出了以信噪比SNR判据与边缘强度比ESR判据相结合的邻域窗口尺寸确定法。 提出了用于圆形激光光斑中心检测的混合算法。基于灰度阈值分割下的圆形光斑图像的分割,并以分割出来的圆形光斑作为后续处理的输入;在数学形态学下检测出圆形光斑图像中心区域与边缘;按照Hough变换的思想,以检测出来的圆形光斑边缘在圆形光斑图像的中心区域匹配出其中心像素位置坐标。 将所研究的技术模块进行整合,建立了激光头盘垂直度测算系统框架。完整的激光头盘准直度测定系统框架应该包括:光斑图像预处理子系统、激光头-CCD相机间准直子系统、激光头盘准直子系统。给出了上述各子系统的完整的实现流程并且对其中可能引入误差的环节进行了分析。