• [5] 王庆友 , 于桂珍 . 利用线阵 CCD 非接触测量材料变形量的方法 . 光电工 程,2002
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二、CCD传感器应用领域
1．小型化黑白、彩色TV摄像机 2．传真通讯系统 3．光学字符识别 4．工业检测与自动控制 5．医学标本分析与检测（如血细胞分析仪）， 6． 天文观测 7． 军事上应用
三、图像传感器应用技术
----尺寸测量
信号的二值化处理
CCD传感器光敏单元的输出可以看成“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, 物像边缘交界处光强是连续变化的,而不是理想的阶 跃跳变,要解决这一问题可用两种方法:比较整形法; 或者 微分法。
L S
L L d L 2 S S S S
小尺寸的检测
信号处理
计 数 显 示
L
n· p
控制器
•
a L==( +1)· np ' f
例子：钢珠直径，小轴承内外径，小轴径、孔径，小玻 璃管直径，微小位移测量，机械振动测量。
大尺寸检测（或高精度工件检测）
CCD1 CCD2
PMT
PMT从五十年代发展到现在，技术已经非常 成熟。它的形状就像一个圆柱体的小灯泡，直 径约一寸，长度约二寸；内置多个电极，将进 入的光信号转化为电信号，最高动态范围可达 4.2，而且它非常耐用，可以运作十万小时以 上。但是由于它的造价相当高，目前只是应用 于专业的印刷、出版业的扫描仪及工程分析。
CCD
CCD是美国贝尔实验室于1969年发明的，与 电脑晶片CMOS技术相似，也可作电脑记忆体及 逻辑运作晶片。CCD是一种特殊的半导体材料， 它是由大量独立的感光单元按照矩阵形式排列 组成的。CCD的感光能力比PMT低，但近年来 CCD技术有了长足的进步。由于CCD的体积小、 造价低，所以广泛应用于扫描仪、数码相机及 数码摄像机中。目前大多数数码相机采用的图 像传感器都是CCD。
β
β
公称尺寸L0
右误差LX
结
语
图像传感器用于尺寸测量的技术是非常有
效的非接触检测技术 , 被广泛应用于各种加工
件的在线检测和高精度、高速度检测技术领域。
由于 CCD 图像传感器具有高分辨率、高灵敏度、
象素位置信息强、结构紧凑等特征，因而，由 线阵 CCD 、光学成像系统、计算机数据采集和 处理系统构成的尺寸测量仪器，具有高精度、 速度快、应用方便等特点，是现有机械式、光
t
t
O
t
过零触发 O 二值化信号 O
微分法波形图
t
t
微小尺寸的检测
L
信号读出 信号处理
He-Ne 计数显 示器 透镜
细丝
线 阵 CCD 时钟发生控制 器
3
2
1
Xk
d
θ
0
S L
远场条件L﹥﹥d2/λ
d=Kλ /Sinθ
S的测量方法
V
S=ns· p
n
误差分析
K L d= XK
=
L
XK /K
=
CCD图象传感器的应用技术
－尺寸测量
光学工程 王春谊
一、图像传感器的历史
早在1873年，约瑟· 美(Joseph May)及伟洛比· 史密夫 (WilloughbySmith)就发现了硒元素结晶体感光后能产生 电流，这是电子影像发展的开始。以后陆续发明了几种 不同类型的图像传感器。其中有20世纪50年代诞生的光 学倍增管(Photo Multiplier Tube，简称PMT)和70年代 出现的电荷耦合装置(Charge Coupled Device，简称 CCD)。20世纪末，又有三种新型的图像传感器问世了， 其中比较普遍应用的是互补氧化金属半导体 (Complementary Metal Oxide Semiconductor ，简称 CMOS)。
CCD本身是不能分辨颜色的，所以，在实际应用时 需要使用色彩滤镜，一般情况下就是在CCD器件的滤镜 层涂上不同的颜色，其色块按G-R-G-B(绿-红-绿-蓝) 的顺序排列，使每一片滤镜单元下的感光单元感应不同 的颜色。 例如，在一个130万像素的CCD上，有325000个像 素感应红色，325000个像素感应蓝色，650000个像素 感应绿色。在一个使用这种CCD的分辨率为1280x1024 的数码相机中，有640x512个红色像素、640x512个蓝 色像素和640x1024个绿色像素，绿色像素多一点，是因 为人类眼睛对绿色的敏感性和对其它颜色不一样。最后 在记录图像时，每个像素的真实色彩就是它与周围像素 象混合的平均值。目前大多数数码相机都是采用这种 CCD。
学式和电磁式测量仪器无法比拟的。
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参考文献:
• [1] 王庆有. 图像传感器应用技术. 北京:电子工业出版社 2003 • [2] 范志刚. 光电检测技术 北京:电子工业出版社 2004. • [3] 彭军. 传感器与检测技术. 西安：西安电子科技大学出版社，2003 • [4] 张正伟. 传感器原理与应用. 北京：中央广播电视大学出版社，1991
• 比较整形法
CCD 低通滤波 + 比较器 － 计数显示
参考电平 计数脉冲
CCD输出 t
滤波输出 参考电平
1
比较器输出
0
t
n个脉冲

低通滤波 CCD 视频信号
微分
绝对值
微分
过零触发
二值化
滤波后 CCD视频信号
A O
A，
t
微分
O 绝对值
O 微分
CMOS
CMOS技术已发展了数十年，CPU和内存便是 由CMOS组成。但直到1998年它才被用于制作图 像传感器。CMOS的优点是结构比CCD简单，耗 电量只有普通CCD的1/3左右，并且它的制造成 本比CCD要低。自从佳能公司在专业数码单反 相机EOS D30中采用了CMOS以来，已经有越来 越多的数码单反相机使用它，目前数码单反相 机中几乎有一半采用CMOS作为图像传感器。