§8—4 CCD图象传感器的应用（4~5节）.doc

§8—D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
D应用最广泛的领域。
D彩色摄像机,直径17mm,长48 mm,使用超小型镜头,重量54g,深受欢迎。典型TV用IS尺寸:7×9 mm2,480×380像元。
传真通讯系统
用1024~D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,﹪。
广播TV
用SSIS(Solid State Imaging Sensor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7×9 mm2,
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.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.在自动控制方面,主要作计算机获取被控信息的手段。
③.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.天文摄像观测
②.从卫星遥感地面
如:D拼接成10240位长取代125mm宽侦察胶卷,作地球卫星传感器。
③.航空遥感、卫星侦察
如:D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。

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
D
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,D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=, L=1000mm±, d=500μm,
则根椐(2)式: S= = = (mm)
当CCD像元选用13±1μm,则ΔS=
测量误差

=
=
=
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n
s,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比较整形法;或者②微分法。
①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,从而得np 。


+U

CCD视频信号