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線陣CCD

鎖定
CCD(Charge Coupled Device),電荷耦合器件,是20世紀70年代初發展起來的新型半導體集成光電器件。
CCD器件按其感光單元的排列方式分為線陣CCD和麪陣CCD兩類。
中文名
線陣CCD
外文名
Charge Coupled Device
出現時期
20世紀70年代
分    類
線陣,面陣

線陣CCD概念

結構簡單,成本較低。可以同時儲存一行電視信號.由於其單排感光單元的數目可以做得很多,在同等測量精度的前提下,其測量範圍可以做的較大,並且由於線陣CCD實時傳輸光電變換信號和自掃描速度快、頻率響應高,能夠實現動態測量,並能在低照度下工作,所以線陣CCD廣泛地應用在產品尺寸測量和分類、非接觸尺寸測量、條形碼等許多領域。

線陣CCD面陣CCD

可以同時接受一幅完整的光像.面陣CCD有行間轉移(IT)型、幀間轉移(FT)型和行幀間轉移(FIT)型三種。

線陣CCD線面比較

對於面陣CCD來説,應用面較廣,如面積、形狀、尺寸、位置,甚至温度等的測量。面陣CCD的優點是可以獲取二維圖像信息,測量圖像直觀。缺點是像元總數多,而每行的像元數一般較線陣少,幀幅率受到限制,而線陣CCD的優點是一維像元數可以做得很多,而總像元數較面陣CCD相機少,而且像元尺寸比較靈活,幀幅數高,特別適用於一維動態目標的測量。以線陣CCD在線測量線徑為例,就在不少論文中有所介紹,但在涉及到圖像處理時都是基於理想的條件下,而從實際工程應用的角度來講,線陣CCD圖像處理算法還是相當複雜的。
由於生產技術的制約,單個面陣CCD的面積很難達到一般工業測量對視場的需求。線陣CCD 的優點是分辨力高,價格低廉,如TCD1501C型線陣CCD,光敏像元數目為5 000,像元尺寸為7 μm×7 μm×7 μm(相鄰像元中心距)該線陣CCD一維成像長度35 mm,可滿足大多數測量視場的要求,但要用線陣CCD獲取二維圖像,必須配以掃描運動,而且為了能確定圖像每一像素點在被測件上的對應位置,還必須配以光柵等器件以記錄線陣CCD每一掃描行的座標。一般看來,這兩方面的要求導致用線陣CCD獲取圖像有以下不足:圖像獲取時間長,測量效率低;由於掃描運動及相應的位置反饋環節的存在,增加了系統複雜性和成本;圖像精度可能受掃描運動精度的影響而降低,最終影響測量精度。
即使如此,線陣CCD獲取圖像的方案在以下幾方面仍有其特有的優勢:線陣CCD加上掃描機構及位置反饋環節,其成本仍然大大低於同等面積、同等分辨率的面陣CCD;掃描行的座標由光柵提供,高精度的光柵尺的示值精度可高於面陣CCD像元間距的製造精度,從這個意義上講,線陣CCD獲取的圖像在掃描方向上的精度可高於面陣CCD圖像;新近出現的線陣CCD 亞像元的拼接技術可將兩個CCD芯片的像元在線陣的排列長度方向上用光學的方法使之相互錯位1/2個像元,相當於將第二片CCD的所有像元依次插入第一片CCD的像元間隙中,間接“減小”線陣CCD像元尺寸,提高了CCD的分辨率,緩解了由於受工藝和材料影響而很難減小CCD像元尺寸的難題,在理論上可獲得比面陣CCD更高的分辨率和精度。
因此,線陣CCD加掃描運動獲取圖像的方案仍使用廣泛,尤其是在要求視場大,圖像分辨率高的情況下甚至不能用面陣CCD替代。但是,僅有高的分辨率還不能保證有高的圖像識別精度,特別是線陣CCD獲取的圖像雖然分辨率高,但由於受掃描運動精度的影響,其圖像較面陣CCD圖像更具特殊性。因此,圖像識別時不僅要充分利用分辨率高的優勢,還必須從算法上克服掃描運動的影響,使機械傳動的誤差不致直接影響最終的圖像識別精度。

線陣CCD線陣特點

由於CCD像元是有間隔的,不論面陣還是線陣CCD獲取的圖像外觀雖然是緻密的,但實質上都是離散圖像,但面陣CCD像元在縱橫兩個方向間隔一致,其圖像的離散度是一致的,而線陣CCD圖像由於存在像元間距和掃描行距,像素點在兩個座標方向上的距離分別是像元間距和掃描行距,一般來説掃描行距受機械傳動部分的限制,遠大於像元間距。
線陣CCD獲取二維圖像,必須配以掃描運動,在此過程中,線陣CCD在電機驅動下水平前移,按照固定的時間間隔採集一行圖像。從理論上講,電機運動速度應該是勻速的;CCD採集圖像的時間間隔主要取決於光積分時間,也應該是相等的,因此行距應該是相等的,但由於電機運動產生的振動、啓停過程中速度的變化,特別是機械傳部分的誤差都會影響採集行距的一致性,同時,線陣CCD 自身光積分時間也會影響採集行距。

線陣CCD線陣應用

1. 高性能文件掃描;
2. 工業檢測;
3. 色選機(糧食);
5. 光譜學;
6. 條碼掃描。