雙路CCD高精度線紋位置實時監控系統

(1)系統定標

當系統的工作距離確定之后，為了用目標像所占的像元數Ｎ確定目標的實際尺寸，需在正式測量之前對系統進行定標。定標的方法應為：先將一已知尺寸的標準模塊置于被測目標位置，然后通過讀出數字量確定該模塊的像所占CCD像元數，由此可得到目標在系統CCD成像的一個比例系數K。

通常把K值存入計算機中，在對目標進行連續測量時，可隨時通過軟件計算出目標的實際尺寸。此種方法簡單明了，但由于其中未考慮系統誤差的影響，因此測量精度不高。為了在實測值中去除系統誤差，可采用二次標定法來確定系統中的比例系數K。

若設系統誤差為b，則被測物體的實際尺寸X與其相應成像像元數Y之間有：X=KY+b，因此可采取兩次標定以確定K和b值。

采取以上的二次標定法測得K和b值后，即可清除系統誤差對測量精度的影響。應當注意的是，以上兩種標定法只考慮了系統在相對靜態測量時的標定。對于動態在線測量，還應根據實際情況采取計算機矯正法來提高測量精度。

(2)有效的邊沿提取

要確定紋線影像范圍，就要確定一個閾值，此閾值是線紋在CCD上所成影像的輸出信號最大值與最小值的平均值。從RAM中讀取出的數據值在閾值之下的，該數據所在單元計入線紋范圍之內，否則不計入。顯然此值隨照明光線的強弱變化而變化，不是一個定值。不采用固定的閾值，而是每次采樣都統計出一個隨照射光強和外部環境影響變化的閾值作為影像邊沿的起始點和結束點，這樣可以有效地將影像范圍確定，避免因光強變化引起的誤差。

(3)毛刺噪聲的剔除

理想情況下，由A/D轉換的模擬信號應只有線紋處的電平較低，其他部分較高，且上升、下降沿很陡。由于CCD探測元件和A/D轉換器的靈敏度和精度都很高，因此很容易將視頻信號中摻雜的噪聲也一起轉換出來，如圖5所示。

除了硬件中采取抗干擾措施外，還有必要利用軟件進行毛刺噪聲的剔除。因為有用信號所造成的圖像楔形部分一定比干擾信號造成的楔形圖像幅度差大得多，因此采取的辦法是將整個波形中各個毛刺的最大幅度與最小幅度之差進行比較，其中最大的一個，就是我們所要尋找的線紋。 整個系統的位置測量精度達±9μm，測量范圍在相對零位時為±5mm，采樣速率CCD幀頻可達100Hz，即204.8kHz的采樣率。整個程序包括系統自檢、數據采樣、處理，耗時約350ms，可完成零位校準、尺寸定標、誤差限值的自動保存等多項校準功能。