双路CCD高精度线纹位置实时监控系统

(1)系统定标

当系统的工作距离确定之后，为了用目标像所占的像元数Ｎ确定目标的实际尺寸，需在正式测量之前对系统进行定标。定标的方法应为：先将一已知尺寸的标准模块置于被测目标位置，然后通过读出数字量确定该模块的像所占CCD像元数，由此可得到目标在系统CCD成像的一个比例系数K。

通常把K值存入计算机中，在对目标进行连续测量时，可随时通过软件计算出目标的实际尺寸。此种方法简单明了，但由于其中未考虑系统误差的影响，因此测量精度不高。为了在实测值中去除系统误差，可采用二次标定法来确定系统中的比例系数K。

若设系统误差为b，则被测物体的实际尺寸X与其相应成像像元数Y之间有：X=KY+b，因此可采取两次标定以确定K和b值。

采取以上的二次标定法测得K和b值后，即可清除系统误差对测量精度的影响。应当注意的是，以上两种标定法只考虑了系统在相对静态测量时的标定。对于动态在线测量，还应根据实际情况采取计算机矫正法来提高测量精度。

(2)有效的边沿提取

要确定纹线影像范围，就要确定一个阈值，此阈值是线纹在CCD上所成影像的输出信号最大值与最小值的平均值。从RAM中读取出的数据值在阈值之下的，该数据所在单元计入线纹范围之内，否则不计入。显然此值随照明光线的强弱变化而变化，不是一个定值。不采用固定的阈值，而是每次采样都统计出一个随照射光强和外部环境影响变化的阈值作为影像边沿的起始点和结束点，这样可以有效地将影像范围确定，避免因光强变化引起的误差。

(3)毛刺噪声的剔除

理想情况下，由A/D转换的模拟信号应只有线纹处的电平较低，其他部分较高，且上升、下降沿很陡。由于CCD探测元件和A/D转换器的灵敏度和精度都很高，因此很容易将视频信号中掺杂的噪声也一起转换出来，如图5所示。

除了硬件中采取抗干扰措施外，还有必要利用软件进行毛刺噪声的剔除。因为有用信号所造成的图像楔形部分一定比干扰信号造成的楔形图像幅度差大得多，因此采取的办法是将整个波形中各个毛刺的最大幅度与最小幅度之差进行比较，其中最大的一个，就是我们所要寻找的线纹。 整个系统的位置测量精度达±9μm，测量范围在相对零位时为±5mm，采样速率CCD帧频可达100Hz，即204.8kHz的采样率。整个程序包括系统自检、数据采样、处理，耗时约350ms，可完成零位校准、尺寸定标、误差限值的自动保存等多项校准功能。