8第八章CCD应用举例

1、二值化数据采集主要适用系统：尺寸测量；尺寸测量原理：在得到的二值化方波脉冲中填入与CCD像敏单元尺寸有关的高频时钟脉冲，并对其中的高频时钟脉冲计数，再乘以单个高频时钟脉冲对应的尺寸(脉冲当量)。被测尺寸=计数值脉冲当量例：采用TCD1206进行尺寸测量时，计数值为50，脉冲当量为14m，则被测尺寸为5014=700微米。这里，脉冲当量就是当用当用CCD的复位脉冲作计数脉冲时的的复位脉冲作计数脉冲时的CCD的象元中的象元中心距。心距。两种计数值获取方法：两种计数值获取方法：硬件逻辑电路、边沿计数硬件逻辑电路、边沿计数第八章第八章 CCDCCD应用举例应用举例3737 8.1 CCD 8.1 CC

2、D用于一维尺寸的测量用于一维尺寸的测量 8.2 CCD8.2 CCD用于轨道振动的非接触测量用于轨道振动的非接触测量 8.3 CCD8.3 CCD高精度细丝直径测量系统高精度细丝直径测量系统 8.4 8.4 线阵线阵CCDCCD在扫描复印中的应用在扫描复印中的应用 8.5 CCD8.5 CCD用于数码相机用于数码相机直径直径测量测量条码条码识别识别8.68.6 彩色线阵的工程应用彩色线阵的工程应用总目录总目录CCD应用举例应用举例1.1.焦点与焦面焦点与焦面F/(像方焦点像方焦点)(物方焦点物方焦点) FAA像方焦平面像方焦平面物方焦平面物方焦平面l 像方焦点：无限远轴上的物点所对应的像点Fl

3、 物方焦点：无限远轴上的像点所对应的物点Fl 物方焦面：过物方焦点的垂轴平面l 像方焦面：过像方焦点的垂轴平面光学基础知识光学基础知识焦距垂轴放大率公式垂轴放大率公式（横向放大率）（横向放大率）ll定义为像高与物高之比。定义为像高与物高之比。光学基础知识光学基础知识 孔径光阑孔径光阑限制限制成像光束成像光束大小的光阑大小的光阑 视场光阑视场光阑限制限制成像范围成像范围大小的光阑大小的光阑光学系统中，对光束起限制作用的光学元件称为光阑。如透光学系统中，对光束起限制作用的光学元件称为光阑。如透镜的边框、光孔等。镜的边框、光孔等。物A.S.L像孔径光阑Fy视场光阑光学基础知识光学基础知识v入射光瞳入

4、射光瞳孔径光阑经其前面的光组在光学系统物空间孔径光阑经其前面的光组在光学系统物空间所成的像。入射光束的所成的像。入射光束的入口入口。入瞳入瞳v出射光瞳出射光瞳孔径光阑经其后面的光组在光学系统像空间孔径光阑经其后面的光组在光学系统像空间所成的像。出射光束的所成的像。出射光束的出口出口。出瞳出瞳v主光线主光线由轴外一物点发出并通过入瞳中心的光线叫主由轴外一物点发出并通过入瞳中心的光线叫主光线。光线。孔径光阑、入瞳、出瞳三者之间互为共轭关系。孔径光阑、入瞳、出瞳三者之间互为共轭关系。 对整个光学系统来说，出射光瞳也是入射光瞳的像，二者对整个光学系统是共扼的。孔径光阑的位置对整个光学系统而言， 孔径光

5、阑位于光学系统的最前端，则孔径光阑就是入瞳； 若孔径光阑位于光学系统的最后端，则孔径光阑就是出瞳。 入瞳:它决定了光学系统物方的成像光束的孔经角,可看成成像光束的公共的入口。出瞳:它决定了光学系统像方的孔径角，可看成成像光束的公共出口。照明系统照明系统优点：亮度高，结构简单优点：亮度高，结构简单（若忽略光能的损失，则光源像的亮度与光源本身相同，因此，这种方法相当于在物平面上放置光源）缺点：照度不均匀缺点：照度不均匀（如果光源表面亮度不均匀，或明显地表现出细小的结构，如灯丝等，则会使物体表面照度不均匀，从而使接受器上的光能量分布不均匀，而影响成像质量和测量精度 ） 光源经过聚光镜后，成像于物平面

6、上的照明方法，称为光源经过聚光镜后，成像于物平面上的照明方法，称为临界照明临界照明。照明系统主要由光源和聚光镜组成。照明系统主要由光源和聚光镜组成。照明系统的作用是为了使目标物得到充分地照明，以保证像平照明系统的作用是为了使目标物得到充分地照明，以保证像平面有足够的照度。面有足够的照度。v优点：照度均匀优点：照度均匀v缺点：结构复杂缺点：结构复杂照明系统照明系统为了克服临界照明中物面光照度不均匀的缺点，采用柯拉照明。为了克服临界照明中物面光照度不均匀的缺点，采用柯拉照明。柯拉照明柯拉照明：将光源成像在物镜的入射光瞳处。：将光源成像在物镜的入射光瞳处。光源经柯拉镜成像在视场光阑处；柯拉镜经聚光镜

7、成像于物光源经柯拉镜成像在视场光阑处；柯拉镜经聚光镜成像于物平面上；聚光镜把它焦点处的视场光阑成像于无限远，与成平面上；聚光镜把它焦点处的视场光阑成像于无限远，与成像物镜的入瞳重合（设物镜的入瞳位于无限远）。像物镜的入瞳重合（设物镜的入瞳位于无限远）。柯拉镜在光电检测中在光电检测中, 常常在生产线上对工件进行动常常在生产线上对工件进行动态测量。如测量钢丝直径、玻璃管直径等。态测量。如测量钢丝直径、玻璃管直径等。对物体对物体(工件工件)大小的测量大小的测量,一般是将物体一般是将物体按一按一定倍率定倍率要求要求, 经经光学系统成像光学系统成像在在 CCD 的的接收接收面面上。上。光信号转变成电信号

8、后光信号转变成电信号后,经微机处理经微机处理,可数字显可数字显示测量结果。示测量结果。物方远心光路物方远心光路 概念：概念： 为了消除像平面位置的放置误差而引起的测量误差，为了消除像平面位置的放置误差而引起的测量误差，在物镜的在物镜的像方焦平面上加入一个光阑作为孔径光阑，入瞳则位于物方无像方焦平面上加入一个光阑作为孔径光阑，入瞳则位于物方无穷远，称为穷远，称为“物方远心光路物方远心光路”。2. 应用：（放大率一定，求被测物长度）应用：（放大率一定，求被测物长度） 优点：物体不论处于何位置，发出的主光线都不随物体位置的移动而变化；优点：物体不论处于何位置，发出的主光线都不随物体位置的移动而变化；

9、 读出刻尺面上光斑的中心示值，即可求出准确的象高。读出刻尺面上光斑的中心示值，即可求出准确的象高。物方远心光路物方远心光路 在物镜在物镜L 的像方焦平面的像方焦平面F处设置孔径光阑处设置孔径光阑, 即物镜的出瞳即物镜的出瞳, 其入瞳位于物其入瞳位于物方无限远处。方无限远处。物体物体B1B2上各点发出的光束经物镜上各点发出的光束经物镜L后后, 其主光线通过光阑中心所在的其主光线通过光阑中心所在的像方焦点像方焦点F , 而其物方主光线均平行于光轴。而其物方主光线均平行于光轴。如果物体如果物体B1B2正确地位于光电器件接受面正确地位于光电器件接受面 M1M2 相共轭的位置相共轭的位置A1 处处, 则

10、在光电器件上像的长度为则在光电器件上像的长度为M1M2; 如果物体如果物体B1B2 沿光轴方向有所移动沿光轴方向有所移动,不在位置不在位置A1处处, 而在位置而在位置A2处时处时, 那么它的像面那么它的像面B1 B2 将与光电器件接受面不重合，在光电器件上得到将与光电器件接受面不重合，在光电器件上得到的是的是B1 B2 点的投影像。点的投影像。由于由于 B1 B2 与与M1M2 二者不重合二者不重合, 使像点使像点B1 、B2 在在M1M2上形成弥上形成弥散斑。其中心仍为散斑。其中心仍为M1和和M2点，按此投影像读出的长度仍为点，按此投影像读出的长度仍为M2M1。这。这就是说，上述物距改变并不

11、影响测量精度。就是说，上述物距改变并不影响测量精度。人眼与照相机人眼与照相机 眼睛如同一只自动变焦和自动眼睛如同一只自动变焦和自动改变光圈大小的照相机。从光学角改变光圈大小的照相机。从光学角度看，眼睛中三个最重要的部分是度看，眼睛中三个最重要的部分是水晶体、瞳孔和网膜水晶体、瞳孔和网膜，它们分别对，它们分别对应与照相机中的应与照相机中的镜头、光阑和底片镜头、光阑和底片。系统组成：系统组成：线阵线阵CCD. 光学成像系统光学成像系统. 计算机数据采集与处理计算机数据采集与处理特点：特点：高分辨率、高灵敏度高分辨率、高灵敏度自扫描、非接触自扫描、非接触结构紧凑结构紧凑无需配合复杂的机械运动结构无需

12、配合复杂的机械运动结构图像传感器用于尺寸测量的技术是非常有效的图像传感器用于尺寸测量的技术是非常有效的非接触非接触检测检测技术，广泛地应用于各种工件的技术，广泛地应用于各种工件的在线检测在线检测和高精度、高速度的和高精度、高速度的检测技术领域。检测技术领域。 8.1 CCD 8.1 CCD用于一维尺寸的测量用于一维尺寸的测量一维尺寸的测量实例玻璃管外径、壁厚尺寸测量仪器设计用于玻璃管生产线，对相关尺寸进行实时监测，控制生产过程用于玻璃管生产线，对相关尺寸进行实时监测，控制生产过程.线阵CCD非接触外径测量仪典型应用：石英玻璃管成品测量仪 另外还完成石英玻璃管的截面积、椭圆度、偏壁度、弯曲度、管

13、重等参数的测量精度要求为0.01mm;直径测量范围:20-50mm;壁厚测量范围:1.65-9.5mm;管长测量范围:1000-1600mm;一维尺寸的测量实例玻璃管外径、壁厚尺寸测量仪器设计（一）（一） 玻璃管内、外径尺寸测量控制仪器的技术要求玻璃管内、外径尺寸测量控制仪器的技术要求 (1) 被测的玻璃管外径尺寸分为被测的玻璃管外径尺寸分为20mm，28mm两种，两种， 整整个测量仪器的个测量仪器的测量范围应大于测量范围应大于28mm； (2) 仪器测量精度的要求分别为外径仪器测量精度的要求分别为外径20土土0.3mm, 28土土0.4mm，壁厚，壁厚1.2土土0.05mm，2土土0.07m

14、m； (3) 仪器显示内容分别为实测玻璃管的仪器显示内容分别为实测玻璃管的直径直径、玻璃管的、玻璃管的壁厚壁厚值、上下偏差值及超差报警；值、上下偏差值及超差报警； (4) 仪器执行的过程控制为：玻璃管拉制速度、吹气量及玻仪器执行的过程控制为：玻璃管拉制速度、吹气量及玻璃管产品的质量的筛选等控制。璃管产品的质量的筛选等控制。玻璃管测量原理框图玻璃管测量原理框图玻璃管的外径、壁厚测量控制仪器的原理图玻璃管的外径、壁厚测量控制仪器的原理图 由于透射率和光在不同形状介质中的折射的不同使得通过玻璃管的像在上下边缘处形成两条暗带，中间部分的透射中间部分的透射光相对较强，形成亮带，两条暗带的最光相对较强，形

15、成亮带，两条暗带的最外边的边界距离为玻璃管外径所成的像外边的边界距离为玻璃管外径所成的像，中间亮带的宽度反映了玻璃管内径像的中间亮带的宽度反映了玻璃管内径像的大小，而暗带宽则是玻璃管的管壁所成大小，而暗带宽则是玻璃管的管壁所成的像。的像。SLLCCDFF12 经过二值化电路进行二值处理，分出外径和壁厚信号。将外径、壁厚信号送入到计算机数据采集系统，并在软件的支持下计算出玻管外径和壁厚值，再与公差带值比较，得到偏差量。然后，一方面保存所测得的偏差量，另一方面根据偏差的情况给出调整玻璃管的拉制速度和吹气量等参数，随时调节玻璃管，并进行分选，将不合格的玻璃管淘汰。 CCD测出的是测出的是被测物体像的

16、尺寸被测物体像的尺寸。 由于光学成像系统的横向放大倍率为由于光学成像系统的横向放大倍率为，所，所以以被测物体的尺寸被测物体的尺寸 式中，式中，D/为被测物的像的尺寸；为被测物的像的尺寸；n为所测的为所测的脉冲数；脉冲数；M为脉冲当量（当用为脉冲当量（当用CCD的复位脉的复位脉冲作计数脉冲时，脉冲当量冲作计数脉冲时，脉冲当量M为为CCD的象元的象元中心距）；中心距）；为光学成像系统的放大倍数。为光学成像系统的放大倍数。玻璃管测量工作波形图玻璃管测量工作波形图玻璃管外径的值玻璃管外径的值玻璃管的壁厚玻璃管的壁厚式中，式中，L0为线阵为线阵CCD的像敏单元中心距，的像敏单元中心距，为光学系统放大倍数

17、为光学系统放大倍数玻璃管玻璃管能否得到均匀照明能否得到均匀照明对测量结果有对测量结果有很大影响很大影响成像系统采用了成像系统采用了物方远心光路物方远心光路照明系统需用照明系统需用柯拉照明柯拉照明与之相匹配与之相匹配光源为光源为12V、100W的白炽钨丝灯，灯丝的白炽钨丝灯，灯丝尺寸为尺寸为4mm3mm照明系统照明系统TCD1206UD线阵线阵CCD为光电探测元件为光电探测元件它的像敏单元尺寸为它的像敏单元尺寸为0.014mm0.014mm像敏区的总长度为像敏区的总长度为30.24mm满足测量系统对视场与测量精度的要求满足测量系统对视场与测量精度的要求线阵线阵CCD的选择的选择测量范围测量范围和

18、和测量精度测量精度是选择是选择CCD的主要依据的主要依据被测玻璃管的最大外径，为被测玻璃管的最大外径，为28mm0.4mm壁厚的测量精度要求较高，为壁厚的测量精度要求较高，为0.05mm因此，系统的测量范围应大于因此，系统的测量范围应大于28.4mm 二值化电路二值化电路 采用浮动阈值二值化采用浮动阈值二值化 对对CCD像面的光强进行采样，以便消除背景光的像面的光强进行采样，以便消除背景光的不稳定带来的影响不稳定带来的影响峰值保持缓冲级缓冲级RCR1R2RWVHVCCdVbinVth阈值比较器图 3 浮动阈值电路浮动阈值浮动阈值固定阈值固定阈值正确二值化波形正确二值化波形不正确二值化波形不正确

19、二值化波形 振动测量与试验一直是工程技术界重视的课题，对于航空振动测量与试验一直是工程技术界重视的课题，对于航空航天、动力机械、交通运输、军械兵器、能源工业、土木建筑、航天、动力机械、交通运输、军械兵器、能源工业、土木建筑、电子工业、环境保护等尤为重要。电子工业、环境保护等尤为重要。 用线阵用线阵CCD光电传感器对光电传感器对铁轨的震动铁轨的震动进行非接触的测量方进行非接触的测量方法，该方法适用于桥梁等构件振动的非接触测量。法，该方法适用于桥梁等构件振动的非接触测量。 运用光学、电子学、运用光学、电子学、CCD光电传感技术与微机数据处理技光电传感技术与微机数据处理技术相结合，克服了接触式测量方

20、法的缺点，同时，能进行多点术相结合，克服了接触式测量方法的缺点，同时，能进行多点振动的测量，具有造价低、灵敏度高、安全性好等优点。振动的测量，具有造价低、灵敏度高、安全性好等优点。 8.2 CCD用于轨道振动的非接触测量用于轨道振动的非接触测量8.2 CCD用于轨道振动的非接触测量用于轨道振动的非接触测量铁轨受到机车的激励会产生铁轨受到机车的激励会产生受迫振动受迫振动，当振，当振动量级过大时会使铁轨产生动量级过大时会使铁轨产生裂纹、疲劳、断裂纹、疲劳、断裂、接触面磨损、紧固件松动裂、接触面磨损、紧固件松动，从而提前报，从而提前报废，严重时甚至会造成车毁人亡的惨痛事故，废，严重时甚至会造成车毁人

21、亡的惨痛事故，因此在机车行车过程中因此在机车行车过程中对铁轨的振动状况检对铁轨的振动状况检测测已成为铁路部门的重要课题。已成为铁路部门的重要课题。2012.02加拿大安大略省南部伯灵顿市一列火车脱轨2014.04黑河开往哈尔滨的K7034次旅客列车脱轨2010.05上海南开往桂林的K859次列车在江西境内发生脱轨2013.07西班牙首都马德里开往加利西亚自治区的客车脱轨火车轨道火车轨道工作原理工作原理 图示为采用线阵图示为采用线阵CCD测量铁轨振动的原理图。将测量铁轨振动的原理图。将粘贴在铁粘贴在铁轨外侧的轨外侧的黑底白条图案黑底白条图案经光学成像物镜成像到线阵经光学成像物镜成像到线阵CCD的

22、光敏的光敏面上，线阵面上，线阵CCD的输出端将得到如图所示的的输出端将得到如图所示的输出信号输出信号U0。 黑底白条图案黑底白条图案 线阵线阵CCD输出的输出的U0信号经二值化电路处理后得到图所示的二信号经二值化电路处理后得到图所示的二值化方波脉冲，脉冲的前沿对应于值化方波脉冲，脉冲的前沿对应于黑白边黑白边N1，而后沿对应于，而后沿对应于白黑白黑边边N2。任一时刻。任一时刻白条中心值白条中心值N应为应为 122N tNtN t 设轨道在没有受到机车的冲击时的初始设轨道在没有受到机车的冲击时的初始(t0时时)位置为位置为N(t)=N(0)，当轨道受激振动时（，当轨道受激振动时（t0），轨道上的白

23、条图像在线），轨道上的白条图像在线阵阵CCD的像敏单元阵列上做上、下的振动。线阵的像敏单元阵列上做上、下的振动。线阵CCD不断地输不断地输出白条像在像面上不同位置的视频信号出白条像在像面上不同位置的视频信号U0。经二值化处理电路。经二值化处理电路得到每个积分时间内的二值化方波，经数据采集电路得到轨道得到每个积分时间内的二值化方波，经数据采集电路得到轨道位置位置N(t)值值。 ( )0 tN tNlS式中，式中，l为为CCD两相邻像元的中心距；两相邻像元的中心距； 为光学成像系统的横向放大倍率。为光学成像系统的横向放大倍率。 21l NtNtW从而得到时间位移量从而得到时间位移量S(t)与测量值

24、与测量值N1 (t)与与N2 (t)的关系的关系 112221(t)(0) (t)(0)t2(t)(t)NNNNSWNN利用上式可以得到利用上式可以得到铁轨在垂直方向上振动的位移铁轨在垂直方向上振动的位移S(t)曲线曲线。 N(t)值与轨道的时间位移量值与轨道的时间位移量S(t)的关系为的关系为 可以通过可以通过已知的白条宽度已知的白条宽度W随时进行标定随时进行标定 120002NNN检测原理检测原理CCD的位置检测的位置检测 为为标定和检验轨道振动标定和检验轨道振动的测量仪器的测量仪器，将黑白条标，将黑白条标志贴在志贴在标准的液压振动台标准的液压振动台上。该振动台可以产生已上。该振动台可以产

25、生已知振幅和频率的正弦波震知振幅和频率的正弦波震动。动。 图图12-35所示为轨道振动测量仪对标准振动台进行实测所得到所示为轨道振动测量仪对标准振动台进行实测所得到的实测振动波形。根据实测数据分析，该仪器的振幅测量范围的实测振动波形。根据实测数据分析，该仪器的振幅测量范围为为0.1200mm，测量精度优于，测量精度优于0.lmm。CCD的选择的选择: TCD1500C 5340像元像元 7*7um测试系统组成测试系统组成检测原理：检测原理： 铁轨外侧贴黑底白条，经光学系统成像（透镜部分）铁轨外侧贴黑底白条，经光学系统成像（透镜部分）到到CCDCCD光敏元上，振动改变白条在光敏元上，振动改变白条

26、在CCDCCD的像移动，的像移动，关系式：关系式： S=(N-NS=(N-N0 0) )L/L/其中：其中：S S为轨道位移，为轨道位移，为光学系统放大系数，为光学系统放大系数，N N为白条为白条像中心对应的值像中心对应的值8.3 CCD高精度细丝直径测量系统高精度细丝直径测量系统氦氖激光器射出的激光束入射到被测细丝上，在距细丝一定距氦氖激光器射出的激光束入射到被测细丝上，在距细丝一定距离处产生衍射图样，离处产生衍射图样，CCD接收接收衍射条纹衍射条纹，产生与之相应的输出，产生与之相应的输出信号，经低通滤波放大，再经信号，经低通滤波放大，再经A/D变换后送入计算机进行计算变换后送入计算机进行计

27、算和处理。和处理。 激光衍射测量原理激光衍射测量原理衍射衍射/绕射绕射:波能够绕过障碍物而波能够绕过障碍物而弯曲地向它后面传播的现象，弯曲地向它后面传播的现象，称为波的衍射现象称为波的衍射现象波波: 声、光、电磁、机械波声、光、电磁、机械波障碍物障碍物：大小、形状对现象均有：大小、形状对现象均有影响影响现象现象：与波的波长、障碍物的大：与波的波长、障碍物的大小、光源小、光源/观察的位置有关观察的位置有关衍射测量的特点衍射测量的特点：全场，非接触，稳定性好，自动化全场，非接触，稳定性好，自动化程度高，精度高程度高，精度高单缝衍射的单缝衍射的 特点特点：1）中央明纹最亮、最宽中央明纹最亮、最宽，它

28、，它的宽度为的宽度为其他各级明纹宽度其他各级明纹宽度的两倍的两倍2）次级明纹的光强随级次的）次级明纹的光强随级次的增加而逐渐减小增加而逐渐减小3）若光程差不等于）若光程差不等于 /2 的的整数倍，亮度介于最明与最整数倍，亮度介于最明与最暗之间。暗之间。4）条纹的方向平行于缝的方）条纹的方向平行于缝的方向向5）暗条纹）暗条纹=k 即即b sin = k 式中：式中：d为被测丝径，为被测丝径，k为暗条纹级数，为暗条纹级数，为激光波长为激光波长632.8nm为被测细丝到第为被测细丝到第k级暗条纹的连线与光线主轴的夹角级暗条纹的连线与光线主轴的夹角根据根据夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射公式，可得公式，可得细

29、丝激光衍射原理细丝激光衍射原理L为被测细丝到为被测细丝到CCD图像传感器的距离图像传感器的距离Xk为第为第k级暗条纹到中央亮条纹中心的距离级暗条纹到中央亮条纹中心的距离采用线阵采用线阵CCD(TCD1206)作为光电传感器作为光电传感器T为工作台移动的距离；为工作台移动的距离；N1k和和N2k分别分别为为两次读得的左右第两次读得的左右第k级暗纹在级暗纹在CCD器器件上的位置件上的位置；l0为为CCD的像单元间距。的像单元间距。检测系统检测系统由于线阵由于线阵CCD器件的有效长度不足以将衍射条纹覆盖，将线器件的有效长度不足以将衍射条纹覆盖，将线阵阵CCD安装在工作台上用移动工作台的方式移动安装在

30、工作台上用移动工作台的方式移动CCD，获得，获得如图如图12-37中的第中的第k条暗纹的间距条暗纹的间距Sk激光衍射方法测量细丝的精度在激光衍射方法测量细丝的精度在于提高于提高L和和Xk的测量精度的测量精度激光测径仪激光测径仪8.4 线阵线阵CCD在扫描复印中的应用在扫描复印中的应用1.扫描系统组成扫描系统组成:光学成像部分光学成像部分镜组部分镜组部分机械转动部分机械转动部分转换电路部分转换电路部分(是扫描仪的核心是扫描仪的核心)镜组现在中高档的静电复印机、传真机和图像扫描仪等扫描方现在中高档的静电复印机、传真机和图像扫描仪等扫描方式输入的仪器中基本都式输入的仪器中基本都采用线阵采用线阵CCD

31、作为光电传感器作为光电传感器扫描仪工作原理框图稿件光源CCD滤色镜8K3 Color CCDBlueGreenRed图像传感器CCD结构2、扫描仪的性能指标、扫描仪的性能指标光学分辨率：反映扫描图像的清晰程度光学分辨率：反映扫描图像的清晰程度. . PPI=PPI=光电元件所捕获的象素点数光电元件所捕获的象素点数/ /扫描扫描 仪最大可扫描的尺寸仪最大可扫描的尺寸色彩位数色彩位数：颜色数量：颜色数量= 2= 2n n色彩色彩 反映对扫描图像色彩的区分能力反映对扫描图像色彩的区分能力3232位位4242位位 大于大于30bit30bit色彩位数才能实现扫描仪色彩校色彩位数才能实现扫描仪色彩校正正

32、, ,准确还原本色准确还原本色.42bit.42bit昂贵昂贵. .扫描宽度扫描宽度A A4 4、 A A4 4加长、加长、 A A3 3 、 A A2 2 、 A A1 1等规格等规格灰度等级灰度等级：常见扫描仪：常见扫描仪2020级级扫描速度扫描速度：低速：低速20206060页页/ /分钟分钟, ,中速中速6060100100页页/ /分钟分钟 (85(85页页/ /分钟应用广泛分钟应用广泛) )，高速，高速100100页页/ /分钟分钟 接口方式接口方式：USB口最有前景口最有前景镜组部分镜组部分机械转动部分：机械转动部分： 包括步进电机，扫描头包括步进电机，扫描头 导轨沿扫描方向有机

33、械移动导轨沿扫描方向有机械移动,装置与装置与CCD构成二维扫描构成二维扫描.转换电路部分：转换电路部分： 机器主板，负责机器主板，负责电路的伺服工作。如电路的伺服工作。如A/D转换、伺服驱动、转换、伺服驱动、数字信号处理数字信号处理采用三个条形反射镜，使成像采用三个条形反射镜，使成像物镜的物距加长而不增大扫描物镜的物距加长而不增大扫描成像系统的体积成像系统的体积1、数码相机的结构与工作原理、数码相机的结构与工作原理2、数码相机的光学系统、数码相机的光学系统3、数码相机的成像技术、数码相机的成像技术4、图像处理器、图像处理器5、液晶显示器、液晶显示器6、数码相机的影像存储媒体、数码相机的影像存储

34、媒体7、数码相机的总体控制电路、数码相机的总体控制电路8.5 CCD用于数码相机用于数码相机CCD用于数码相机用于数码相机2.数码相机与传统相机相比数码相机与传统相机相比(优点优点) 即拍即现即拍即现 不必考虑拍摄成本不必考虑拍摄成本(选择好的打印选择好的打印,坏的删掉坏的删掉) 影像品质永远不变影像品质永远不变(0、1信息信息) 可直接编辑使用可直接编辑使用(用于人为设计网页等用于人为设计网页等) 存储空间少存储空间少(不用放底片，照片只存盘不用放底片，照片只存盘)1.图像传感器应用的最大市场是图像传感器应用的最大市场是数码照相机数码照相机和作和作为为道路交通控制、安全防范道路交通控制、安全

35、防范等领域的监控、监管等领域的监控、监管系统的图像采集。系统的图像采集。3 数码照相机的数码照相机的展望展望未来数码照相机以未来数码照相机以CMOS为主导。为主导。核心核心部件部件1、数码相机的结构与工作原理、数码相机的结构与工作原理CCD或或CMOS图像传感器、图像传感器、A/D转换器、数字转换器、数字信号处理器、图像存储器、液晶显示器、输出信号处理器、图像存储器、液晶显示器、输出接口接口从镜头前面看进去依次是：从镜头前面看进去依次是：镜头保护玻璃、透镜部件、光学低通滤波器、红外截镜头保护玻璃、透镜部件、光学低通滤波器、红外截止滤光器、止滤光器、CCD保护玻璃和保护玻璃和CCD*低通滤波器低

36、通滤波器是光学滤光器中的一种，其作用是滤除是光学滤光器中的一种，其作用是滤除空间频率的高频成分，这样可以防止图像细节部分出空间频率的高频成分，这样可以防止图像细节部分出现拟色效应，导致出现本来没有的颜色。现拟色效应，导致出现本来没有的颜色。*红外截止滤波器红外截止滤波器大多采用镀层或外加滤色镜的形式。大多采用镀层或外加滤色镜的形式。设置红外截止滤波器，是由于设置红外截止滤波器，是由于CCD图像传感器对红外图像传感器对红外线比较敏感。特殊的红外截止滤波器会大大提高可见线比较敏感。特殊的红外截止滤波器会大大提高可见光光图像的成像质量。光光图像的成像质量。2、数码相机的光学系统、数码相机的光学系统3

37、、数码相机的成像技术、数码相机的成像技术*数码照相机成像的质量数码照相机成像的质量必须对数码照相机的成像芯片给予足够的关注必须对数码照相机的成像芯片给予足够的关注关注它的分辨率、尺寸、像敏单元尺寸和制作质量关注它的分辨率、尺寸、像敏单元尺寸和制作质量*成像芯片的分辨率成像芯片的分辨率CCD芯片分辨率与拍摄分辨率之间的区别芯片分辨率与拍摄分辨率之间的区别CCD芯片分辨率芯片分辨率是指芯片上所具有的是指芯片上所具有的CCD像敏单元数像敏单元数；拍摄分辨率拍摄分辨率是指拍摄时实际参与成像的是指拍摄时实际参与成像的CCD像敏单元数像敏单元数；拍摄分辨率与插值分辨率之间的区别拍摄分辨率与插值分辨率之间的

38、区别插值分辨率插值分辨率是用软件插值的方法得到的等效分辨率是用软件插值的方法得到的等效分辨率，插值插值后的像素水平更高了后的像素水平更高了4. 图像处理器图像处理器数字信号处理器数字信号处理器简称简称DSP（Digital Signal Processor）是数码照相机的是数码照相机的系统核心部件系统核心部件，通常称通常称DSP为数码照相机的心脏为数码照相机的心脏它的主要功能是它的主要功能是DSP可以将设计者独创的图像处理关键技术写于芯片内而无法被可以将设计者独创的图像处理关键技术写于芯片内而无法被他人破译他人破译,通过一系列复杂的数字算法，对数字图像信号进行优通过一系列复杂的数字算法，对数字

39、图像信号进行优化处理化处理，包括白平衡、彩色平衡、伽玛校正与边缘校正图像数据包括白平衡、彩色平衡、伽玛校正与边缘校正图像数据压缩压缩数码照相机将拍摄的图像用液晶显示器显示数码照相机将拍摄的图像用液晶显示器显示液晶显示器液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）。）。用于取景和查看已拍摄到的图像，直观悦目用于取景和查看已拍摄到的图像，直观悦目，可将已存储的影可将已存储的影像再通过彩色像再通过彩色LCD显示显示使用的液晶显示器可以分为三种类型：使用的液晶显示器可以分为三种类型：背光型、反射型和采光背光型、反射型和采光型型背光型背光型液晶自身是不发光的器件液晶自身是不发光的器件

40、反射型反射型LCD与背光型与背光型LCD相反，反射型相反，反射型LCD主动采入外部光线主动采入外部光线采光型采光型LCD 通过采光窗口采入外部光线通过采光窗口采入外部光线5、液晶显示器、液晶显示器6、数码相机的影像存储媒体、数码相机的影像存储媒体数码相机中的存储媒体数码相机中的存储媒体用于保存影像用于保存影像它是将传统胶片照相机中的胶卷在数码相机中变成它是将传统胶片照相机中的胶卷在数码相机中变成电电子存储器或存储卡子存储器或存储卡7、数码相机的总体控制电路、数码相机的总体控制电路数码相机要实现数码相机要实现测光、运算、曝光控制、闪光控制、拍摄逻测光、运算、曝光控制、闪光控制、拍摄逻辑控制辑控制，需要有一个主控程序芯片（，需要有一个主控程序芯片（MCU控制芯片），它是控制芯片），它是整个相机的工作管理中心整个相机的工作管理中心。当你打开照相机的电源开关时，当你打开照相机的电源开关时，MCU主控电路就开始检查照主控电路就开始检查照相机的各个部件是否处于可工作状态相机的各个部件是否处于可工作状态如果有一个部件出现故障，那么如果有一个部件出现故障，那么LCD屏上就会给出一个错误屏上就会给出一个错误信息指示，并使照相