線陣CCD工業(yè)數(shù)字相機(jī)
USB工業(yè)相機(jī)
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1概述
FC-ISM-LCCD線陣CCD相機(jī)是由武漢方寸科技公司自主研究并開(kāi)發(fā)的高精度工業(yè)線陣CCD相機(jī)，該相機(jī)采用高性能16位高速A/D和CPLD結(jié)合的高性能、高速率、工業(yè)數(shù)字線陣CCD相機(jī)，它具有尺寸小，穩(wěn)定性好，高信噪比特點(diǎn)，免外部電源，且易于進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和應(yīng)用集成等優(yōu)良特點(diǎn)，性?xún)r(jià)比遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品。
該系列數(shù)字工業(yè)相機(jī)可廣泛應(yīng)用于高精度尺寸測(cè)量、顏色分析、二值化數(shù)據(jù)、位移測(cè)量、印刷監(jiān)控、產(chǎn)品在線檢測(cè)、OCR和條碼識(shí)別等工業(yè)領(lǐng)域。


1.相機(jī)技術(shù)參數(shù)
相機(jī)型號(hào) TDC-5000LM
像元個(gè)數(shù) 5000
像素尺寸和間距(μm) 7x7x7
分辨率采樣精度(bit) 16位
掃描一幀時(shí)間 5ms
圖像顏色 黑白
動(dòng)態(tài)范圍 400——800
信噪比 68dB
驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)線可拓展
2.上位機(jī)處理軟件界面
3、線陣CCD相機(jī)成像換算


利用線陣CCD進(jìn)行目標(biāo)尺寸（含大小、高度、寬度、厚度、直徑等技術(shù)指標(biāo)）測(cè)量是當(dāng)前高精度非接觸測(cè)量以及計(jì)量檢測(cè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的技術(shù)手段之一，如對(duì)光纖光纜生產(chǎn)過(guò)程中的直徑測(cè)量與控制、電纜直徑測(cè)量與控制、在線產(chǎn)鋼長(zhǎng)度測(cè)量、紗線粗細(xì)測(cè)量、標(biāo)桿尺寸測(cè)量等等。本文以測(cè)量被測(cè)件的尺寸為例子（大小、高度、寬度、厚度、直徑等指標(biāo)的測(cè)量與此類(lèi)同），詳細(xì)介紹如何根據(jù)測(cè)量所需要的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，如要求被測(cè)精度、被測(cè)件的尺寸范圍（最大值與最小值之差）、被測(cè)目標(biāo)離鏡頭的距離等要求下，如何計(jì)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(cè)量控制系統(tǒng)等等。以下主要介紹脈沖計(jì)數(shù)法，其測(cè)量精度為一個(gè)像元。如果要求更高精度的測(cè)量，請(qǐng)參考武漢方寸公司參考資料－“線陣CCD尺寸測(cè)量（衍射法）”一文。
尺寸測(cè)量的基本原理下圖所示，被測(cè)物件通過(guò)透鏡后成像在CCD靶面上。
 
u-物距，v-像距，f-焦距，n-像元數(shù)，p-像元間距，L－被測(cè)目標(biāo)長(zhǎng)度
根據(jù)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(cè)件的尺寸大小:
  （3）
  當(dāng)時(shí)，式（3）可變?yōu)椋?br/>    （4）
由式（4）可以看出，由于在測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)后已經(jīng)確定，即為已知，最后被測(cè)件的尺寸大小實(shí)際上變?yōu)楸粶y(cè)件經(jīng)過(guò)成像系統(tǒng)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(cè)件影像的兩個(gè)邊緣即可算出，由此CCD尺寸測(cè)量問(wèn)題轉(zhuǎn)換為被測(cè)件影像邊緣的識(shí)別和確定。
舉例如下：
（1）根據(jù)鏡頭焦距、目標(biāo)距離和線陣CCD占據(jù)像元個(gè)數(shù)來(lái)測(cè)算目標(biāo)尺寸大小
設(shè)透鏡焦距為50mm，被測(cè)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(gè)像元。
根據(jù)式（1）可算出，像距v為：
 mm
即線陣CCD離鏡頭焦距外1.28mm。
根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件尺寸大小為：
 mm。
即可測(cè)量目標(biāo)的尺寸大小1.12米。
由于采用脈沖計(jì)數(shù)法，線陣CCD的測(cè)量精度為1個(gè)像元，根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件的測(cè)量分辨率為：
 mm，即約為0.3mm。
（2）根據(jù)鏡頭焦距、目標(biāo)距離和線陣CCD測(cè)量最大范圍來(lái)確定被測(cè)件的最大測(cè)量范圍
設(shè)透鏡焦距為50mm，線陣CCD像元大小為7um，可占用像元個(gè)數(shù)最大為4000個(gè)像元，即f=50mm，p=0.007mm，n=4000，下面根據(jù)被測(cè)件離透鏡的距離遠(yuǎn)近分別為05米、1米、2米、5米、10米來(lái)分別計(jì)算線陣CCD離透鏡的距離以及本測(cè)件尺寸的最大值
●被測(cè)件離透鏡0.1米距離，即u=100mm
根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件尺寸最大值為：
 mm
被測(cè)件的測(cè)量分辨率為：
 mm，即約為14um，此可理解為測(cè)量精度指標(biāo)，以下同。
線陣CCD離透鏡中心的距離：
 mm，此項(xiàng)指標(biāo)可用于微調(diào)鏡頭螺絲口與線陣CCD感光面的距離。
●被測(cè)件離透鏡0.5米距離，即u=500mm
根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件尺寸最大值為：
 mm
被測(cè)件的測(cè)量分辨率為：
 mm，即約為70um。此可理解為測(cè)量精度指標(biāo)，以下同。
線陣CCD離透鏡中心的距離：
 mm，此項(xiàng)指標(biāo)可用于微調(diào)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(cè)件離透鏡1米距離，即u=1000mm
根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件尺寸最大值為：
 mm
被測(cè)件的測(cè)量分辨率為：
 mm。
線陣CCD離透鏡中心的距離：
 mm。
●被測(cè)件離透鏡5米距離，即u=5000mm
根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件尺寸最大值為：
 mm
被測(cè)件的測(cè)量分辨率為：
 mm。
線陣CCD離透鏡中心的距離：
 mm。
●被測(cè)件離透鏡10米距離，即u=10000mm
根據(jù)式（4）可算出，被測(cè)件尺寸最大值為：
 mm
被測(cè)件的測(cè)量分辨率為：
 mm。
線陣CCD離透鏡中心的距離：
 mm。