1 概述

FC-ISM-LCCD线阵CCD相机是由武汉方寸科技公司自主研究并开发的高精度工业线阵CCD相机，该相机采用高性能16位高速A/D和CPLD结合的高性能、高速率、工业数字线阵CCD相机，它具有尺寸小，稳定性好，高信噪比特点，免外部电源，且易于进行二次开发和应用集成等优良特点，性价比远优于国外同类产品。

该系列数字工业相机可广泛应用于高精度尺寸测量、颜色分析、二值化数据、位移测量、印刷监控、产品在线检测、 OCR和条码识别等工业领域。

1.1 相机技术参数

 

1.2 光谱特性

图1   图像传感器的光谱特性图

2 相机的安装

安装相机前，请仔细阅读本使用手册。相机安装操作不当可能会导致不可预料的结果。

相机的使用和安装需要注意下列事项：

1)    工业相机是一种精密仪器，从包装盒中取出相机、安装相机、移动相机等操作时，必须轻拿轻放，以避免碰坏相机的零部件、影响其使用精度。

2)    本系列工业相机使用USB与计算机连接。在连接USB电缆线之前，应该先安装好相机的镜头, 用螺钉或其他方法固定好相机机身的位置，然后再连接USB电缆线与计算机。

3)    本系列相机具有USB设备的热插拔和即插即用的特性，在需要使用相机时，使用USB电缆线连接相机端口和主机的USB端口即可，安装及拆除相机非常简便，不需要关闭计算机和重新开机。

4)    本系列工业相机使用USB电缆传输图像数据及相机操作命令，所以不要在相机采集图像的时候，直接断开USB电缆线。 目前的系统尚不支持程序运行时的热插拔。

5)    相机不使用时，应该避免在强光下长时间暴露、暴晒，以防止图像传感器摄像靶面的加速老化。

6)    工业相机是一种光学精密设备，保管及使用过程中都要注意防止灰尘，也不要直接用手接触相机镜头，镜头弄脏了的情况下，应该用专门的镜头擦拭布进行清理。

7)        本系列工业相机是一种光学精密设备，用户不能够自行开机拆卸、维修，以免影响使用精度。

8)        若发现驱动器出现任何异常，应当首先切断电源仔细检查问题的原因，不能解决时再与我们取得联系得到支持。

3 相机设备驱动程序的安装 3.1 计算机主机配置要求

最低配置：

CPU：     P4 2.0G 

内存：     1GB

显卡：   显存 64 M

硬盘：   40GB 空间

显示器： 15寸纯平显示器

推荐配置：

CPU：    P43.0G

内存：     2GB

显卡：     显存 128M

硬盘：   80GB 空间

显示器： 17寸纯平显示器

3.2 计算机操作系统

本相机支持Windows 2000、Windows XP、Windows 2003简体中文操作系统。

3.3 设备驱动程序的安装

本处理板驱动程序安装步骤如下：

第一步：将本处理板通过USB延长线与计算机相连接后，系统会查找到发现新硬件，并弹出需要更新硬件的向导对话框，如图2所示。选择“否，暂时不”，然后点击“下一步”。

图2   启动硬件更新向导

第二步：在“找到新的硬件向导”对话框中，选择“从列表或指定位置安装” ，然后点击“下一步”, 如图3所示。

图3   从列表或指定位置安装

第三步：在“找到新的硬件向导”对话框中，选择“不要搜索。我要自己选择要安装的驱动程序”，然后点击“下一步” ，如图4所示。

图4   选择搜索路径和安装选项

第四步：在系统弹出的“找到新的硬件向导”对话框中，选择要为相机安装的设备驱动程序，然后点击“下一步” ，如图5所示，安装向导将进入第九步。若设备驱动程序列表中没有可以为此相机安装的驱动程序，则选择“从磁盘安装”，安装向导将进入第五步。

第五步：在“从磁盘安装”对话框中，单击“浏览”按钮以便选择厂商文件（安装信息文件）的复制来源，如图6所示。

图6   选择安装信息文件的复制来源

3.4上位机处理软件界面

本处理板提供上位机测试软件源代码，包括C#版和VS版，驱动程序安装正确后，点击DEBUG目录下面的USB_Acquisition.exe文件，即可运行如下界面的程序。该程序分为检测连接区、数显区、图显区，点击“获取灰度图像”按钮后即可获取5000个像素点的2BYTE数据和对应灰色显示。

VS程序运行界面

C#程序运行界面

   程序源代码可以在公司网站上面下载！

四、线阵CCD相机成像换算

利用线阵CCD进行目标尺寸（含大小、高度、宽度、厚度、直径等技术指标）测量是当前高精度非接触测量以及计量检测领域中广泛应用的技术手段之一，如对光纤光缆生产过程中的直径测量与控制、电缆直径测量与控制、在线产钢长度测量、纱线粗细测量、标杆尺寸测量等等。本文以测量被测件的尺寸为例子（大小、高度、宽度、厚度、直径等指标的测量与此类同），详细介绍如何根据测量所需要的各项技术指标，如要求被测精度、被测件的尺寸范围（最大值与最小值之差）、被测目标离镜头的距离等要求下，如何计算线阵CCD的安装位置、如何选取镜头（焦距、孔径等）、如何选取线阵CCD及其测量控制系统等等。以下主要介绍脉冲计数法，其测量精度为一个像元。如果要求更高精度的测量，请参考武汉方寸公司参考资料－“线阵CCD尺寸测量（衍射法）”一文。

尺寸测量的基本原理下图所示，被测物件通过透镜后成像在CCD靶面上。

u—物距，v—像距，f—焦距， n—像元数，p—像元间距，L－被测目标长度

根据成像公式：

            （1）

           （2）

式（1）中为透镜焦距；

式（2）中为透镜放大倍率，为线阵CCD像元大小。

由式（1）和式（2）可以解得被测件的尺寸大小:

   （3）

    当时，式（3）可变为：

     （4）

由式（4）可以看出，由于在测量系统经过设计后已经确定，即为已知，最后被测件的尺寸大小实际上变为被测件经过成像系统在线阵CCD靶面上的影像所在像元的多少，即的大小。只有确定了被测件影像的两个边缘即可算出，由此CCD尺寸测量问题转换为被测件影像边缘的识别和确定。

举例如下：

（1）根据镜头焦距、目标距离和线阵CCD占据像元个数来测算目标尺寸大小

设透镜焦距为50mm，被测件离透镜2米，线阵CCD像元大小为7um，即f=50mm，u=2000mm，p=0.007mm，若n=4000个像元。

根据式（1）可算出，像距v为：

mm

即线阵CCD离镜头焦距外1.28mm。

根据式（4）可算出，被测件尺寸大小为：

mm。

即可测量目标的尺寸大小1.12米。

由于采用脉冲计数法，线阵CCD的测量精度为1个像元，根据式（4）可算出，被测件的测量分辨率为：

mm，即约为0.3mm。

（2）根据镜头焦距、目标距离和线阵CCD测量最大范围来确定被测件的最大测量范围

设透镜焦距为50mm，线阵CCD像元大小为7um，可占用像元个数最大为4000个像元，即f=50mm，p=0.007mm，n=4000，下面根据被测件离透镜的距离远近分别为05米、1米、2米、5米、10米来分别计算线阵CCD离透镜的距离以及本测件尺寸的最大值

●被测件离透镜0.1米距离，即u=100mm

根据式（4）可算出，被测件尺寸最大值为：

mm

被测件的测量分辨率为：

mm，即约为14um，此可理解为测量精度指标，以下同。

线阵CCD离透镜中心的距离：

mm，此项指标可用于微调镜头螺丝口与线阵CCD感光面的距离。

●被测件离透镜0.5米距离，即u=500mm

根据式（4）可算出，被测件尺寸最大值为：

mm

被测件的测量分辨率为：

mm，即约为70um。此可理解为测量精度指标，以下同。

线阵CCD离透镜中心的距离：

mm，此项指标可用于微调镜头螺丝口与线阵CCD感光面的距离，如下图所示，即线阵CCD感光面安放在离镜头1倍焦距外5.56mm处，以下同。

●被测件离透镜1米距离，即u=1000mm

根据式（4）可算出，被测件尺寸最大值为：

mm

被测件的测量分辨率为：

mm。

线阵CCD离透镜中心的距离：

mm。

●被测件离透镜5米距离，即u=5000mm

根据式（4）可算出，被测件尺寸最大值为：

mm

被测件的测量分辨率为：

mm。

线阵CCD离透镜中心的距离：

mm。

●被测件离透镜10米距离，即u=10000mm

根据式（4）可算出，被测件尺寸最大值为：

mm

被测件的测量分辨率为：

mm。

线阵CCD离透镜中心的距离：

mm。

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