CCD圖像測量的基本原理

被測對象的光信息通過(guò)光學(xué)系統，在CCD的光敏面元上形成光學(xué)圖像，CCD器件把光敏元上的光信息轉換成與光強成比例的電荷量。用一定頻率的時(shí)鐘脈沖對CCD進(jìn)行驅動(dòng)，在CCD輸出端得到被測對象的視頻信號。視頻信號中每一個(gè)離散電壓信號的大小對應著(zhù)該光敏元所接收的光強強弱，而信號輸出的時(shí)序則對應CCD光敏元位置的順序。通過(guò)后續處理線(xiàn)路對CCD輸出的視頻信號進(jìn)行二值化或者量化處理后，將被測目標從背景中分離出來(lái)，為進(jìn)一步的數據處理和分析做準備。

圖(a)是典型的線(xiàn)陣CCD測長(cháng)系統的原理示意圖。整個(gè)測量過(guò)程包括：光學(xué)成像、圖像信號輸出、二值化處理確定圖形輪廓、測定輪廓間的像素數、通過(guò)計算或實(shí)驗確定脈沖當量并按測量公式計算被測尺寸。整個(gè)系統的工作波形如圖(b)所示。

圖 線(xiàn)陣CCD測長(cháng)系統

和電視測量不同，CCD攝像測長(cháng)方法不是通過(guò)空間與時(shí)間變換，根據時(shí)序脈寬來(lái)計算物體尺寸，而是直接計數圖形脈寬間所包含的像素數目。這可以從下列測量公式的推導中看出。

(1)光學(xué)成像關(guān)系

設被測物高為Y，像高為y，則

y=βY

式中，β=f/(L-f)，β為光學(xué)系統放大倍數。

(2)空問(wèn)變換關(guān)系

在CCD像面上，有確定尺寸的像素按線(xiàn)陣排列，相當于光電刻尺和被測像高比對。若像高占據的像素數為N，則有

y=NIo

式中，凡為像素沿線(xiàn)陣方向的尺寸，凡通常為7～13μm。