摘 要

本文闡述了電荷耦合器件（CCD）的原理，分析了CCD技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀，并對今后的發(fā)展進行展望。

【關(guān)鍵詞】CCD 勢阱 工業(yè)攝像機 異性纖維

1 引言

電荷耦合器件（CCD）是美國貝爾實驗室在1970年左右發(fā)明的新型半導(dǎo)體器件，CCD（Charge Coupled Device）是電荷耦合器件的簡稱，CCD是一種金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的新型器件，其基本結(jié)構(gòu)是一種密排的MOS電容器，能夠存儲由入射光在CCD像敏單元激發(fā)出的光信息電荷，并能在適當相序的時鐘脈沖驅(qū)動下，把存儲的電荷以電荷包的形式定向傳輸轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)自掃描，完成從光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。這種電信號通常是符合電視標準的視頻信號，可在電視屏幕上復(fù)原成物體的可見光像，也可以將信號存儲在磁帶機內(nèi)，或輸入計算機，進行圖像增強、識別、存儲等處理。

2 線陣CCD在工業(yè)上的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 用于軌道振動的非接觸式測量

振動測量與實驗一直是工程技術(shù)中的難題，對于航空航天，動力機械，交通運輸，能源工業(yè)，土木建筑等尤為重要，振動直接影響機器的運行的穩(wěn)定性，安全性和人體感覺的舒適性，直接影響生產(chǎn)的有效性和精確性。在交通運輸中，鐵軌對于火車來說相當重要，尤其現(xiàn)在隨著經(jīng)濟發(fā)展，火車的提速對鐵軌的要且相當高，鐵軌受到列車的激勵會產(chǎn)生手破振動，當振動級過大時時鐵軌產(chǎn)生裂紋，斷裂，接觸面磨損，緊固件松動，從而提前報廢，嚴重時會產(chǎn)生車毀人亡的事故，因此在對鐵軌振動測量中采用線陣CCD，運用光學(xué)技術(shù)，電子學(xué)技術(shù)，CCD傳感技術(shù)并同計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合，克服接觸是測量的缺點，能同時測量任意5點的振動，靈敏度高，價格低廉等優(yōu)點。根據(jù)對標準振動態(tài)測量得到的波形分析，振幅測量范圍為0.1-200mm，測量精度優(yōu)于0.1mm。實驗證明此方法測量速度快，精度高，抗干擾能力強，性能穩(wěn)定，對被測物沒有機械，電磁等干擾，因此可適用于多種現(xiàn)場振動檢測的許要。

2.2 用于鋼管內(nèi)徑的測量

在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中，為保證鋼鐵質(zhì)量，不僅要檢測鋼管的外徑，而且還要檢測鋼管的內(nèi)徑，以便及時調(diào)整軋鋼設(shè)備減少材料的浪費。尤其在火炮的加工中，對跑堂的直徑和形狀誤差的精確檢查時比不得少的。用線陣CCD傳感器的測量鋼管內(nèi)景的光電檢測裝置來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的量規(guī)檢測方法，在一些發(fā)達的國家已經(jīng)開始采用。在裝置能測量的范圍內(nèi)，儀器的分辨率為0.001mm，測量誤差在-0.02-+0.02mm。同時次裝置在測量范圍內(nèi)對各種有色金屬和非金屬管類產(chǎn)品的內(nèi)徑均可以測量。

2.3 用于異性纖維的檢測

在紡織領(lǐng)域中，可用線陣CCD作為檢測異性纖維，雜質(zhì)的裝置。在原棉中除棉纖維以外，混有一些雜質(zhì)，他們中的大多數(shù)可在開清梳階段被清理出去，還有一些被打擊成細小的雜質(zhì)，這些細小的雜質(zhì)是我們要控制的一個重要的指標，而與棉纖維性能接近的異性纖維及被污染的纖維，在一般的紡織工藝中，很難被去除掉。他們的危害性將在后道德印染工序及最終產(chǎn)品中顯現(xiàn)出來。因此采用線陣CCD傳感器的工業(yè)攝像機檢測通過傳送帶上的棉花，再將圖像信號送到計算機中經(jīng)過特殊的算法進行圖形處理，檢測到混在棉花中的雜質(zhì)，該裝置采用光圖像識別方法根據(jù)異性纖維的色相，飽和度，強度三大光學(xué)要素進行判斷，可自動識別有色尼龍，塑料，麻線以及無色透明或與棉花顏色相近的雜物。其最小分辨率≤1mm。對于提高紡織工業(yè)的自動化水平有相當重要的意義。

2.4 其他方面

在軍事工業(yè)領(lǐng)域，利用線陣CCD系統(tǒng)利用交匯測試原理來測量于動物體的位置尺寸。它利用TDI-CCD來進行測試，對于高速運動的物體的檢測受到很好的效果，已經(jīng)在軍事及工業(yè)部門有著廣泛的應(yīng)用。另外，在公路路面的裂縫等的檢測技術(shù)也隨著CCD數(shù)字攝像技術(shù)的發(fā)展，逐步由人工檢測向自動化檢測方向發(fā)展，利用CCD相機借助光學(xué)系統(tǒng)將路面信號經(jīng)觀點轉(zhuǎn)換成視頻信號，再在計算中利用數(shù)字圖像處理技術(shù)進行處理，從而可對路面的裂紋進行漢好的識別，提高對路面質(zhì)量的監(jiān)測、評估和病害分析。

3 結(jié)論

本文簡要介紹了CCD的工作原理，并就其在工業(yè)檢測中的應(yīng)用及發(fā)展作了闡述。由于CCD圖像傳感器是一種高精度檢測傳感器，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到工業(yè)各部門，并在國名經(jīng)濟生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，隨著CCD傳感器制作技術(shù)的提高，圖像處理軟件的進一步發(fā)展，CCD傳感器與集成電路的應(yīng)用前景進一步集成，CCD傳感器的應(yīng)用前景將更加廣闊，其在工業(yè)測控系統(tǒng)中也會越來越占有重要的位置。

參考文獻

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[4]宋培華，朱玉淵.在線檢測中機器視覺的CCD方案[J].計算機工程，2001.

作者簡介

孫亞英，女，內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市人，現(xiàn)供職于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心，從事先進制造技術(shù)方面的研究。

作者單位

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010051endprint