CCD图象传感器的应用.doc

§8—4CCD图象传感器的应用
CCD的七个应用领域
小型化黑白、彩色TV摄像机
这是面阵CCD应用最广泛的领域。
日本松下CDT型超小型CCD彩色摄像机，直径17mm，长48mm，使用超小型镜头，重量54g，深受欢迎。典型TV用IS尺寸：7×9mm2，480×380像元。
传真通讯系统
用1024～2048像元的线阵CCD作传真机，可在不到一秒钟内完成A4开稿件的扫描。
光学字符识别
IS代替人眼，把字符变成电信号，进行数字化，然后用计算机识别。
重庆大学1985年的CD-1型OCR机，识别率达99．9﹪。
广播TV
用SSIS(SolidStateImagingSensor固态图象传感器)代替光导摄像管。
1986年柯达公司已推出140万素的IS，尺寸7×9mm2，
比电视图象信号多4倍以上。
工业检测与自动控制
这是IS应用量很大的一个领域，统称机器视觉应用。
=1\*GB3①．在钢铁、木材、纺织、粮食、医药、机械等领域作零件尺寸的动态检测，产品质量、包装、形状识别、表面缺陷或粗糙度检测。
=2\*GB3②．在自动控制方面，主要作计算机获取被控信息的手段。
=3\*GB3③．还可作机器人视觉传感器。
可用于各种标本分析（如血细胞分析仪），眼球运动检测，X射线摄像，胃镜、肠镜摄像等。
天文观测
=1\*GB3①．天文摄像观测
=2\*GB3②．从卫星遥感地面
如：美国用5个2048位CCD拼接成10240位长取代125mm宽侦察胶卷，作地球卫星传感器。
=3\*GB3③．航空遥感、卫星侦察
如：1985年欧洲空间局首次在SPOT卫星上使用大型线阵CCD扫描，地面分辨率提高到10m。
还在军事上应用：微光夜视、导弹制导、目标跟踪、军用图象通信等。
二．尺寸测量
微小尺寸的检测（10～500μm）
He-Ne
信号读出
信号处理
时钟发生控制器
计数显示器
透镜
细丝
线阵CCD
L
原理

用衍射的方法对细丝、狭缝、微小位移、微小孔等进行测量。
原理：当满足远场条件L﹥﹥d2/λ时，根据夫琅和费衍射公式可得到
d=Kλ/Sinθ…….(1)
式中：d——细丝直径；K——暗纹周期K=±1,2,3…；λ——激光波长；
L——被测细丝到IS光敏面的距离；
θ
0
1
2
3
Xk
S
d
L
θ——被测细丝到第K级暗纹的连线，与光线主轴的夹角；
Xk————第K级暗纹到光轴的距离。

当θ很小时（即L足够大时）Sinθ≈tgθ=Xk/L
代入（1）式得
d===…………..(2)
S——暗纹周期，S=XK/K是相等的，则测细丝直径d转化为用CCD测S
误差分析：

由于激光波长误差很小﹙＜10—5λ＝，可忽略不计，则
（或者用随机误差的形式合成）
例：He-Ne激光λ＝632.8nm,L=1000mm±0.5mm,d=500μm,
则根椐（2）式：S===1.265（mm）
当CCD像元选用13±1μm，则ΔS=
测量误差

=
=
=4.2
丝越细，测量精度越高（d越小S越大），甚至可达到Δd=10-2μm.
S=ns·p
V
n
（二）S的测量方法

图象传感器IS输出的视频信号经放大器A放大，再经峰值保持电路PH和采样保持电路S/H处理，变成箱形波，送到A /D转换器进行逐位A/D转换，最后读入计算机内进行数据处理。判断并确定两暗纹之间的像元数ns，则暗纹周期S=ns·p(p为图象传感器的像元中心距)，代入（2）式算得d.
VR
IS
A
PH
S/H
A/D
计
算
机

译码
时序控制
驱动

激光测微装置电路框图

2.小尺寸的检测
小尺寸的检测是指待测物体可与光电器件尺寸相比拟的场合。
信号处理
计
数
显
示
控制器
L
n·p
原理:

L==(+1)·np
式中:f`__—透镜焦距a——物距
b——像距β——放大倍率
n——像元数p——像元间距
【解释:
(成像公式)……(1)
……(2)《应光》P36
解得:L==(+1)·np
】
信号处理
光电IS中被物体遮住和受到光照部分的光敏单元输出有着显著区别,可以把它们的输出看成“0”、“1”信号。通过对输出为“0”的信号进行计数,即可测出物体的宽度。这就是信号的二值化处理。
实际应用时,物像边缘明暗交界处,实际光强是连续变化的,而不是理想的阶跃跳变,要解决这一问题可用两种方法:=1\*GB3①比较整形法;或者=2\*GB3②微分法。
=1\*GB3①比较整形法:(即域值法)
计数脉冲
CCD
低通滤波
比较器
计数显示
参考电平
+
－

比较器输出
CCD输出
滤波输出
参考电平
t
t
1
0
n个脉冲
在低电平期间对计数脉冲进行计数,从