CCD圖象傳感器的應(yīng)用

1、ccd圖象傳感器的應(yīng)用技術(shù)尺寸測(cè)量光學(xué)工程王春誼.圖像傳感器的歷史早在187拜，約瑟美（joseph及偉洛比史密夫wi 1 loughbysnith）就發(fā)現(xiàn)了硒元素結(jié)晶體感光后能產(chǎn)生 電流，這是電子影像發(fā)展的開(kāi)始。以后陸續(xù)發(fā)明了幾種 不同類型的圖像傳感器。其中有2（世紀(jì)5（年代誕生的光 學(xué)倍增管（photo miltiplier taibe,簡(jiǎn)稱imo和70年代 出現(xiàn)的申滴耦合裝置charge coupled device,簡(jiǎn)祿 oooo 20tt紀(jì)末，又有三種新型的圖像傳感器問(wèn)世了， 其中比較普遍應(yīng)用的是互社氧化金屬主曲ccnplementary nfetal oxide semicondu

2、ctor, 簡(jiǎn)稱 cm3$opmtpmt從五十年代發(fā)展到現(xiàn)在，技術(shù)已經(jīng)非常 成熟。它的形狀就像一個(gè)圓柱體的小燈泡，直 徑約一寸，長(zhǎng)度約二寸；內(nèi)置多個(gè)電極，將進(jìn) 入的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，最高動(dòng)態(tài)范圍可達(dá) 4.2,而且它非常耐用，可以運(yùn)作十萬(wàn)小時(shí)以 上。但是由于它的造價(jià)相當(dāng)高，目前只是應(yīng)用 于專業(yè)的印刷、出版業(yè)的掃描儀及工程分析。cmoscmos技術(shù)已發(fā)展了數(shù)十年，cpu和內(nèi)存便是由cmos組成。但直到1998年它才被用于制作圖像傳感器。cmos的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比ccd簡(jiǎn)單，耗電量只有普通ccd的1/3左右，并且它的制造成本比ccd要低。自從佳能公司在專業(yè)數(shù)碼單反相機(jī)eos d30中采用了cmos以來(lái)

3、，已經(jīng)有越來(lái)越多的數(shù)碼單反相機(jī)使用它，目前數(shù)碼單反相 機(jī)中幾乎有一半采用cmos作為圖像傳感器。ccdccd是美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室于1969年發(fā)明的，與電腦晶片cmos技術(shù)相似，也可作電腦記憶體及 邏輯運(yùn)作晶片。ccd是一種特殊的半導(dǎo)體材料, 它是由大量獨(dú)立的感光單元按照矩陣形式排列組成的。ccd的感光能力比pmt低，但近年來(lái) ccd技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。由于ccd的體積小、造價(jià)低，所以廣泛應(yīng)用于掃描儀、數(shù)碼相機(jī)及 數(shù)碼攝像機(jī)中。目前大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)采用的圖 像傳感器都是ccd。ccd本身是不能分辨顏色的，所以，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要使用色彩濾鏡，一般情況下就是在ccd器件的濾鏡 層涂上不同的顏色，其色塊按g

4、-r-g-b （綠-紅-綠-藍(lán)） 的順序排列，使每一片濾鏡單元下的感光單元感應(yīng)不同 的顏色。例如，在一個(gè)130萬(wàn)像素的ccd上，有325000個(gè)像 素感應(yīng)紅色，325000個(gè)像素感應(yīng)藍(lán)色，650000個(gè)像素 感應(yīng)綠色。在一個(gè)使用這種ccd的分辨率為1280x1024 的數(shù)碼相機(jī)中，有640x512個(gè)紅色像素、640x512個(gè)藍(lán) 色像素和640x1024個(gè)綠色像素，綠色像素多一點(diǎn)，是因 為人類眼睛對(duì)綠色的敏感性和對(duì)其它顏色不一樣。最后 在記錄圖像時(shí)，每個(gè)像素的真實(shí)色彩就是它與周圍像素 象混合的平均值。目前大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)都是采用這種ccdo感器應(yīng)用領(lǐng)域1.小型化黑白、彩色徳像機(jī)2.傳真通訊系統(tǒng)二光

5、學(xué)字符識(shí)別4.工業(yè)檢測(cè)與自動(dòng)控制5醫(yī)學(xué)標(biāo)本分析與檢測(cè)（如血細(xì)胞分析儀），6天文觀測(cè)7.軍事上應(yīng)用、圖像傳感器應(yīng)用技術(shù)尺寸測(cè)量信號(hào)的二值化處理ccd傳感器光敏單元的輸出可以看成“0”、“1” 信號(hào),通過(guò)對(duì)輸出為“0”的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，即可測(cè)出物 體的寬度。這就是信號(hào)的二值化處理。實(shí)際應(yīng)用時(shí)， 物像邊緣交界處光強(qiáng)是連續(xù)變化的，而不是理想的階 躍跳變，要解決這一問(wèn)題可用兩種方法:比較整形法； 或者微分法。ccd比較整形法低通濾波計(jì)數(shù)顯示+比較器ccd輸出i丨丨i丨i i i i丨i濾波輸出11111111111a參考電平/l1比較器輸出1101t個(gè)脈沖a在低電平期間對(duì)計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得np。微分

6、法濾波后ccd視頻信號(hào)微分絕對(duì)值微分過(guò)零觸發(fā)二值化信號(hào)微小尺寸的檢測(cè)遠(yuǎn)場(chǎng)條件l > >d2/xd二k 入 /sinos的測(cè)量方法v誤差分析kalal saj=|aa + al + a5小尺寸的檢測(cè)信號(hào)處理計(jì)數(shù)顯示控制器l=（二 +l）npf例子：鋼珠直徑，小軸承內(nèi)外徑，小軸徑、孔徑，小玻 璃管直徑，微小位移測(cè)量，機(jī)械振動(dòng)測(cè)量。大尺寸檢測(cè)（或高精度工件檢測(cè)）結(jié)語(yǔ)圖像傳感器用于尺寸測(cè)量的技術(shù)是非常有 效的非接觸檢測(cè)技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于各種加工 件的在線檢測(cè)和高精度、高速度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。 由于ccd圖像傳感器具有高分辨率、高靈敏度、 象素位置信息強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊等特征，因而，由 線陣ccd、光學(xué)成像系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)釆集和 處理系統(tǒng)構(gòu)成的尺寸測(cè)量?jī)x器，具有高精度、 速度快、應(yīng)用方便等特點(diǎn)，是現(xiàn)有機(jī)械式、光 學(xué)式和電磁式測(cè)量?jī)x器無(wú)法比擬的。參考文獻(xiàn):1王慶有.圖像傳感器應(yīng)用技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社20032范志剛.光電檢測(cè)技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社2004.3彭軍.