CCD圖像測量的基本原理

被測對象的光信息通過光學系統(tǒng)，在CCD的光敏面元上形成光學圖像，CCD器件把光敏元上的光信息轉換成與光強成比例的電荷量。用一定頻率的時鐘脈沖對CCD進行驅動，在CCD輸出端得到被測對象的視頻信號。視頻信號中每一個離散電壓信號的大小對應著該光敏元所接收的光強強弱，而信號輸出的時序則對應CCD光敏元位置的順序。通過后續(xù)處理線路對CCD輸出的視頻信號進行二值化或者量化處理后，將被測目標從背景中分離出來，為進一步的數(shù)據(jù)處理和分析做準備。

圖(a)是典型的線陣CCD測長系統(tǒng)的原理示意圖。整個測量過程包括：光學成像、圖像信號輸出、二值化處理確定圖形輪廓、測定輪廓間的像素數(shù)、通過計算或實驗確定脈沖當量并按測量公式計算被測尺寸。整個系統(tǒng)的工作波形如圖(b)所示。

圖 線陣CCD測長系統(tǒng)

和電視測量不同，CCD攝像測長方法不是通過空間與時間變換，根據(jù)時序脈寬來計算物體尺寸，而是直接計數(shù)圖形脈寬間所包含的像素數(shù)目。這可以從下列測量公式的推導中看出。

(1)光學成像關系

設被測物高為Y，像高為y，則

y=βY

式中，β=f/(L-f)，β為光學系統(tǒng)放大倍數(shù)。

(2)空問變換關系

在CCD像面上，有確定尺寸的像素按線陣排列，相當于光電刻尺和被測像高比對。若像高占據(jù)的像素數(shù)為N，則有

y=NIo

式中，凡為像素沿線陣方向的尺寸，凡通常為7～13μm。