CCD图像测量的基本原理

被测对象的光信息通过光学系统，在CCD的光敏面元上形成光学图像，CCD器件把光敏元上的光信息转换成与光强成比例的电荷量。用一定频率的时钟脉冲对CCD进行驱动，在CCD输出端得到被测对象的视频信号。视频信号中每一个离散电压信号的大小对应着该光敏元所接收的光强强弱，而信号输出的时序则对应CCD光敏元位置的顺序。通过后续处理线路对CCD输出的视频信号进行二值化或者量化处理后，将被测目标从背景中分离出来，为进一步的数据处理和分析做准备。

图(a)是典型的线阵CCD测长系统的原理示意图。整个测量过程包括：光学成像、图像信号输出、二值化处理确定图形轮廓、测定轮廓间的像素数、通过计算或实验确定脉冲当量并按测量公式计算被测尺寸。整个系统的工作波形如图(b)所示。

 

 

图 线阵CCD测长系统

和电视测量不同，CCD摄像测长方法不是通过空间与时间变换，根据时序脉宽来计算物体尺寸，而是直接计数图形脉宽间所包含的像素数目。这可以从下列测量公式的推导中看出。

(1)光学成像关系

设被测物高为Y，像高为y，则

y=βY

式中，β=f/(L-f)，β为光学系统放大倍数。

(2)空问变换关系

在CCD像面上，有确定尺寸的像素按线阵排列，相当于光电刻尺和被测像高比对。若像高占据的像素数为N，则有

y=NIo

式中，凡为像素沿线阵方向的尺寸，凡通常为7～13μm。