基于線陣CCD掃描的測量技術

0 引言
在基于機器視覺的零件二維尺寸測量通常采用面陣CCD相機作為圖像采集設備，由于面陣CCD相機的像素分辨率較低。使得在測量精度要求較高的場合很難完成測量任務。線陣CCD器件具有空間分辨率高的特點，可以實現(xiàn)高精度測量。近年來，利用線陣CCD進行無接觸一維測量已經得到廣泛應用。本文提出采用線陣CCD相機對零件進行平行掃描采集零件圖像，實現(xiàn)零件二維尺寸的高精度測量。

1 線陣CCD掃描測量原理
線陣CCD掃描測量系統(tǒng)主要由線陣CCD相機、運動工作臺、控制電路及線光源等組成，掃描測量原理如圖1所示。

被測零件放置于運動工作臺上，隨工作臺一起以速度v向右方行進，零件未進入相機視場AB時，線光源所發(fā)射光線直接通過光學成像系統(tǒng)成為一幀灰度值較高的背景圖像，當零件進入相機視場時，零件遮擋光線使得采集圖像含有零件輪廓信息，將所有輸出圖像按采集的先后關系進行拼接，即可得到完整的高分辨率零件圖像，通過圖像處理得到零件的二維幾何尺寸。

2 掃描同步控制
掃描同步控制是線陣CCD掃描測量零件二維幾何尺寸的關鍵技術，也是影響系統(tǒng)測量精度的最主要因素。所謂掃描同步是指：單位時間內線陣CCD相機所采集圖像總和對應的物方實際尺寸與零件的行進速度相同。當掃描同步時，獲取的零件圖像與實際零件相比沒有發(fā)生變形，如圖2(a)所示，對其進行處理的結果最接近零件尺寸的真實值；當相機采集速度大于零件行進速度時，零件圖像被拉長，如圖2(b)所示，對其進行處理的結果將大于零件尺寸的真實值；當相機采集速度小于零件行進速度時，零件圖像被壓縮，如圖2(c)所示。對其進行處理的結果小于零件尺寸的真實值。

為保證對零件尺寸測量的準確性，需要進行同步控制。線陣CCD的像素尺寸S為14μm×14 μm，線掃描速度vx為500幀／秒，鏡頭焦距f為50 mm，鏡頭到零件的距離D為150 mm，則CCD像素所對應的物方尺寸L為：

則單位時間內線陣CCD相機所采集圖像總和對應的物方實際尺寸(即CCD相機掃描圖像速度v)為：

在這種情況下，要實現(xiàn)零件掃描同步則要求零件的行進速度為21 mm／s。