線陣CCD工業數字相機

線陣CCD工業數字相機
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線陣CCD工業數字相機
1 概述
FC-ISM-LCCD線陣CCD相機是由武漢方寸科技公司自主研究并開發的高精度工業線陣CCD相機，該相機采用高性能16位高速A/D和CPLD結合的高性能、高速率、工業數字線陣CCD相機，它具有尺寸小，穩定性好，高信噪比特點，免外部電源，且易于進行二次開發和應用集成等優良特點，性價比遠優于國外同類產品。
該系列數字工業相機可廣泛應用于高精度尺寸測量、顏色分析、二值化數據、位移測量、印刷監控、產品在線檢測、 OCR和條碼識別等工業領域。

1.相機技術參數
相機型號    TDC-5000LM    
像元個數    5000    
像素尺寸和間距(µm)    7 x 7x 7    
分辨率采樣精度(bit)    16位    
掃描一幀時間    5ms    
圖像顏色    黑白    
動態范圍    400--800    
信 噪 比    68dB    
驅動頻率    1M    
供電電源    +12V/1A直流電源    
鏡頭接口    FC卡口    
通訊距離    3m，加延長線可拓展    
2.上位機處理軟件界面
3、線陣CCD相機成像換算

利用線陣CCD進行目標尺寸（含大小、高度、寬度、厚度、直徑等技術指標）測量是當前高精度非接觸測量以及計量檢測領域中廣泛應用的技術手段之一，如對光纖光纜生產過程中的直徑測量與控制、電纜直徑測量與控制、在線產鋼長度測量、紗線粗細測量、*尺寸測量等等。本文以測量被測件的尺寸為例子（大小、高度、寬度、厚度、直徑等指標的測量與此類同），詳細介紹如何根據測量所需要的各項技術指標，如要求被測精度、被測件的尺寸范圍（zui大值與zui小值之差）、被測目標離鏡頭的距離等要求下，如何計算線陣CCD的安裝位置、如何選取鏡頭（焦距、孔徑等）、如何選取線陣CCD及其測量控制系統等等。以下主要介紹脈沖計數法，其測量精度為一個像元。如果要求更高精度的測量，請參考武漢方寸公司參考資料－“線陣CCD尺寸測量（衍射法）”一文。
尺寸測量的基本原理下圖所示，被測物件通過透鏡后成像在CCD靶面上。
 
u-物距，v-像距，f-焦距， n-像元數，p-像元間距，L－被測目標長度
根據成像公式：
             （1）
            （2）
式（1）中 為透鏡焦距；
式（2）中 為透鏡放大倍率， 為線陣CCD像元大小。
由式（1）和式（2）可以解得被測件的尺寸大小 :
    （3）
    當 時，式（3）可變為：
      （4）
由式（4）可以看出，由于 在測量系統經過設計后已經確定，即為已知，zui后被測件的尺寸大小實際上變為被測件經過成像系統在線陣CCD靶面上的影像所在像元的多少，即 的大小。只有確定了被測件影像的兩個邊緣即可算出 ，由此CCD尺寸測量問題轉換為被測件影像邊緣的識別和確定。
舉例如下：
（1）根據鏡頭焦距、目標距離和線陣CCD占據像元個數來測算目標尺寸大小
設透鏡焦距為50mm，被測件離透鏡2米，線陣CCD像元大小為7um，即f=50mm，u=2000mm，p=0.007mm，若n=4000個像元。
根據式（1）可算出，像距v為：
 mm
即線陣CCD離鏡頭焦距外1.28mm。
根據式（4）可算出，被測件尺寸大小為：
 mm。
即可測量目標的尺寸大小1.12米。
由于采用脈沖計數法，線陣CCD的測量精度為1個像元，根據式（4）可算出，被測件的測量分辨率為：
 mm，即約為0.3mm。
（2）根據鏡頭焦距、目標距離和線陣CCD測量zui大范圍來確定被測件的zui大測量范圍
設透鏡焦距為50mm，線陣CCD像元大小為7um，可占用像元個數zui大為4000個像元，即f=50mm，p=0.007mm，n=4000，下面根據被測件離透鏡的距離遠近分別為05米、1米、2米、5米、10米來分別計算線陣CCD離透鏡的距離以及本測件尺寸的zui大值
●被測件離透鏡0.1米距離，即u=100mm
根據式（4）可算出，被測件尺寸zui大值為：
 mm
被測件的測量分辨率為：
 mm，即約為14um，此可理解為測量精度指標，以下同。
線陣CCD離透鏡中心的距離：
 mm，此項指標可用于微調鏡頭螺絲口與線陣CCD感光面的距離。
●被測件離透鏡0.5米距離，即u=500mm
根據式（4）可算出，被測件尺寸zui大值為：
 mm
被測件的測量分辨率為：
 mm，即約為70um。此可理解為測量精度指標，以下同。
線陣CCD離透鏡中心的距離：
 mm，此項指標可用于微調鏡頭螺絲口與線陣CCD感光面的距離，如下圖所示，即線陣CCD感光面安放在離鏡頭1倍焦距外5.56mm處，以下同。
 

●被測件離透鏡1米距離，即u=1000mm
根據式（4）可算出，被測件尺寸zui大值為：
 mm
被測件的測量分辨率為：
 mm。
線陣CCD離透鏡中心的距離：
 mm。
●被測件離透鏡5米距離，即u=5000mm
根據式（4）可算出，被測件尺寸zui大值為：
 mm
被測件的測量分辨率為：
 mm。
線陣CCD離透鏡中心的距離：
 mm。
●被測件離透鏡10米距離，即u=10000mm
根據式（4）可算出，被測件尺寸zui大值為：
 mm
被測件的測量分辨率為：
 mm。
線陣CCD離透鏡中心的距離：
 mm。