CN1604335A - Ccd图像传感器和高精度线性尺寸测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种CCD图像传感器，用该传感器的测量装置及测量方法，传感器由错开排列的多个光电二极管行(1)构成，每个光电二极管行(1)有对应并排成一行的电荷转移器件(2)，光电二极管行(1)通过读取栅(3)与电荷转移器件(2)连接，所有电荷转移器件(2)的输出与同一个控制电路(4)连接，N个光电二极管行(1)在行的一个方向上按距离H₁等距错开排列，H₁＝H/N，H为光电二极管行(1)的相邻两个光电二极管的中心距离。传感器和光学透镜组组成测量装置，测量方法为将被测对象置于光学透镜组与传感器之间，测定传感器上因被测物遮挡无明显感光的发光二极管间的总长度，计算被测对象长度。

Description

CCD图像传感器和高精度线性尺寸测量装置及其测量方法

技术领域：

本发明与CCD图像传感器有关，与利用该传感器的线性尺寸测量装置有关，与利用该装置的测量方法有关。

背景技术：

近年来，CCD图像传感器在非接触式测量及计算机视觉成像中得到广泛应用。在CCD图像传感器测量中，提高其测量的精度是必须要考虑的一个问题。而解决的办法可以从两方面来实现：一方面可直接从CCD硬件结构上提高其成像的分辩率，另一方面可对测量系统中CCD以外的部分进行改进并采用适当的数据处理方法来提高测量精度。在目前从不同的角度提出提高测量精度的有效方法，都没能突破CCD像元间距的影响，因而很难使测量精度有质的飞跃。

首先，对CCD图像传感器结构进行分析。

图1是传统CCD图像传感器100A的平面示意图。

其构成主要有排成一排的多个光电二极管组成的光电二极管行102和与光电二极管行相对应并排成一排的电荷转移器件101。光电二极管行102中的每个光电二极管通过读取栅103，向电荷转移器件101输出信号电荷。电荷转移器件101上的电荷再转移给相关信号处理电路，最终形成CCD图像传感器的输出信号。

图2是在日本专利申请公开No.11-164087中提出的双CCD结构的另一传统CCD图像传感器200B的平面示意图。

该图像传感器包括两行电荷转移器件201a和201b，及其相对应的光电二极管行202。光电二极管行分成两组，202a一组向电荷转移器件201a射出电荷，而202b一组向电荷转移器件201b射出电荷。在这样的排列情况下，电荷转移器件201a和201可以按照与图1所示的单CCD结构的电荷转移器件201的间隔等距排列。这样就可在光电二极管尺寸减半的情况下，使双CCD图像传感器具有数量上两倍于单CCD图像传感器的光电二极管，而无须制造较小尺寸的电荷转移器件。

图3是在日本专利申请公开No.2001-203342中提出的包括以交错排列来排列两个光电二极管行的另一CCD图像传感器300C的平面示意图。

图3所示CCD图像传感器300C包括两个分开的光电二极管行302a和302b，及其对应的第一电荷转移器件301a和第二电荷转移器件301b。两个光电二极管行302a和302b与两相邻光电二极管间距的一半交错地排列。与图2所示的双CCD图像传感器200B相类似，这种结构允许CCD图像传感器300C具有在数量上两倍于单CCD型CCD图像传感器的光电二极管，而不需要制造较小尺寸的电荷转移器件。此外，CCD图像传感器300C相对于双CCD图像传感器200B还具有一个明显的优点：可以制造较大尺寸的光电二极管，确保了该传感器较高的信噪比和较宽的动态范围。

图4是在中国专利申请公开No.200310119527.8中提出的包括以交错排列来排列多个光电二极管行的CCD图像传感器400D的平面示意图。

图4所示CCD图像传感器400D包括第一二极管行402，第二二极管行402。而每行二极管又按奇偶顺序分为两部分，分别为402a、402b和402c、402d；第一电荷转移器件401a，第二电荷转移器件401b，第三电荷转移器件401c和第四电荷转移器件401d。第一二极管行和第二二极管行沿光电二极管排列延伸方向以第一二极管行中光电二极管一半的间隔交错排列。第一电荷转移器件，转移接收第一二极管行中第K个光电二极管的信号电荷，K是奇数；第二电荷转移器件，转移接收第一二极管行中第L个光电二极管的信号电荷，L是偶数；第三电荷转移器件，转移接收第二二极管行中第K个光电二极管的信号电荷，K是奇数；第四电荷转移器件，转移接收第二二极管行中第L个光电二极管的信号电荷，L是偶数；CCD图像传感器400D能够以较高的密度排列光电二极管，而无需制造较小尺寸的电荷转移器件，并能够改进由于紧靠在输出栅下面的冗长的勾道长度而引起的电荷转移中的失真。

以上四种类型的CCD图像传感器，第一种是基本型，其它三种分别是针对第一种结构进行的修改，其目的是使在有限面积内排列数量更多的光电二极管。

图5所示为日本富士公司推出的超级CCD图像传感器500E的光电二级管排列平面示意图。在《传感器技术》2003年第4期的“超级CCD原理”一文中对其结构原理进行了详细分析。

超级CCD图像传感器500E中，用八角形光电二极管代替普通的矩形二级管，并将光电二极管按45°角排列以形成一个蜂窝状的的排列结构。超级CCD发展于1999年，八角形的光电二极管和蜂窝状的像素排列大大改善了每个像素单元中的光电二极管的空间有效性。这带来了众多附加的益处，比如相对于有同样数量像素的传统CCD而言，它有更高的灵敏度、更高的信号噪声比和更广泛的动态范围。其最大特点是光电二极管按45°角排列，这样的排列结构与RGB三色模式相配合，刚好能使相邻光电二极管所获得的信号得到充分的应用。在数据处理时，超级CCD图像传感器以每三个R、G、B感光二极管构成一个彩色像素，虽然感光单元只有三个基色，但各单元复用6次，因此，超级CCD图像传感器感光二极管数据虽然没有改变，但处理后产生像素数却是普通CCD图像传感器的2倍。超级CCD图像传感器在数码彩色成像中有明显的优点，并得到广泛应用，但在高精度测量应用中并无明显优势。

下面对通过改变测量系统中除CCD图像传感器以外的其它器件，及用数据处理算法来提高CCD图像传感器测量系统测量精度的方法进行分析。

图6是一种利用放大光学测量系统，将被测对象投影放大来提高测量精度的方法原理示意图。

图6所示放大光学测量系统，主要包括光源601，光学透镜组602，被测对象603，CCD图像传感器604构成。在该方法中，将被测量对象在发散光的照射下被放大，放大的影子在CCD图像传感器上感光成像，这样CCD图像传感器就测量到了经过放大后的被测对象投影。通过这样的处理，对被测对象投影测量的误差(单边)仍然由CCD图像传感器的像元间距(相邻光电二极管间的距离)决定，最大不会超过一个像元间距。对被测的数据除以光学放大倍数，可得到被测对象的测量值，基本上可使测量误差减少相应的光学放大倍数。如对长度为1.0145mm的对象，用像元间距是10μm的线阵CCD图像传感器进行测量，如果光学放大倍数是10，那么被测对象的投影长度为10.145mm。假定不用其它边缘处理方法，那么被测对象的投影长度可能为10.14mm或10.15mm，除以光学放大倍数10，得到被测对象的测量值为1.014mm或1.015mm，最大误差为0.0005mm。如果直接利用1∶1光学成像系统进行测量，则测量值最大可能为1.02mm，最小可能为1.01mm，最大误差为0.0055mm。可见采用光学放大成像系统，基本上可将测量误差减小相应的光学放大倍数。

在《四川大学学报》2001年第5期的“一种提高CCD测量精度的新方法”对介绍了一种模糊成像法。该方法是一种通过增加测量系统元件达到提高CCD测量精度的方法。

模糊成像法的特点是对CCD测量系统的信号获取部分进行简单的改进，具体是在透镜组中加一个大小合适的孔径光栏，使物体的清晰边缘经CCD成像后模糊化，再利用光栏的尺寸、透镜的焦距等已知条件对测量结果进行拟合，以获取被测物体的准确边缘信息。该方法难以从理论上准确地确定测量精度的提高程度，但从实验数据来看，它在一定的范围内效果是显著的，如使用像元间距为14μm的线阵CCD来对一标准样件的直径进行测量，其测量误差基本上可控制在5μm以内。

在《现代计量技术》1997年第3期的“提高CCD分辨率的一种尝试”一文中介绍了一种CCD成像的边缘拟合法。

边缘拟合法的提出基于这样的一个事实，在实际的测量系统中，由于光的衍射效应，以及成像系统的球差、像差和调焦误差的存在，以及噪声的影响，CCD图像传感器的输出是一种混有噪声的类似斜坡的曲线。而边缘拟合法就是要通过对CCD图像传感器实际输出的信号曲线进行算法处理，以获得更精确的边缘位置。其基本设计思想是：首先对原始的灰度图像进行平滑处理(拟合)，再对平滑后的图像进行求梯度处理，然后，在梯度图像上找到梯度值最大的点的位置，则将该点的位置就定为边缘点的位置。同样，该方法难以从理论上准确地确定其测量精度的提高数值，但从统计数据来看，合理地使用它至少可使测量误差减小一倍。

无论是用放大光学测量系统，还是采用边缘数据处理方法，都可提高CCD图像传感器的数据测量精度。但所有这些处理方法目前都是在无法突破CCD图像传感器像元间距的影响情况下采取的，因而很难使测量精度有质的飞跃。

发明的内容：

本发明的目的是提供一种特别适合于测量沿某一方向精度要求高的线性尺寸的CCD图像传感器。

本发明的又一目的是提供一种含上述CCD图像传感器的高精度线性尺寸测量装置。

本发明的又一目的是提供一种利用上述装置的高精度测量方法。

本发明是这样实现的：

本发明的CCD图像传感器，由错开排列的多个光电二极管行1构成，每个光电二极管行1有对应并排成一行的电荷转移器件2，光电二极管行1通过读取栅3与电荷转移器件2连接，所有电荷转移器件2的输出与控制电路4连接，控制电路4的输出与信号处理电路连接，N个光电二极管行1在行的一个方向上按距离H₁等距错开排列，H₁＝H/N，H为光电二极管行1的相邻两个电二极管中心的距离，N为光电二极管行数。

信号处理电路由图像采集装置和微机构成，图像采集装置的放大滤波电路的输入接控制电路4的输出，放大滤波电路的输出接A/D转换电路，A/D转换电路分别与微机的存储器和微处理器连接，微处理器与存储器、输出终端连接。

由光源5、光学透镜组6、被测对象7和CCD图像传感器8依次由布置构成，被测对象7的边缘投影在一个或两个位于同一平面的CCD图像传感器8上，边缘投影线与CCD图像传感器8的光电二极管行轴线垂直或交叉。

本发明的方法，其步骤如下：

(一)将被测对象7置于光学透镜组6与CCD图像传感器8之间，被测对象投影线与CCD图像传感器8的光电二极管行轴线垂直相交，且其两边缘投影都在传感器8上，

(二)确定被测物边缘落在CCD图像传感器8的第一光电二极管行上的第n个和n+1个像素之间，第n个像素无明显感光，第n+1个像素明显感光，并测出所有的具备上述条件的光电二极管行数m₁，根据同样的方法确定被测物另一侧边缘落在CCD图像传感器(8)的所有n个像素无明显感光，n+1个像素明显感光的行数m₂，

(三)测定CCD图像传感器8上因被测物7的遮挡而无明显感光的光电二极管间的总长度a，a＝H×(n₂-n₁)，n₁为第一个不明显感光的光电二极管对应的数组元素列数，n₂为最后一个不明显感光的光电二极管所对应的数组元素列数，H为传感器沿行方向的像元间距。

(四)计算被测对象长度L：

L＝[a+(H/N)(m₁-1)+(H/N)(m₂-2)]/M

H为CCD图像传感器沿行方向的像元间距

N为光电二极管的总行数

M为测量系统光学放大倍数。

本发明的方法，其步骤如下：

(一)将被测对象7置于光学透镜组6与CCD图像传感器8之间，被测对象的投影线与CCD图像传感器8的光电二极管行轴线垂直，且其一边缘投影在传感器8上，

(二)确定被测对象7边缘投影在传感器8的第一光电二极管行上的第n个像素和第n+1个像素之间，第n个像素无明显感光，第n+1个像素明显感光，并测出具备上述条件的光电二极管行数m，

(三)测定CCD图像传感器8上因被测物7的遮挡而无明显感光的光电二极管间的总长度a，测定被测对象远离传感器8的一端与传感器8靠近被测对象一端的距离b，b用分辨率小1μm千分螺杆校准器标定，a＝H×(n₂-n₁)，H为传感器沿行方向的像元间距，n₁为第一个不明显感光的光电二极管对应的数组元素列数，n₂为最后一个不明显感光的光电二极管对应的数组元素列数，

(四)计算被测对象长度L：

L＝[a+b+(H/N)(m-1)]/M或

L＝[a+b+(H/N)(m-2)]/M

N为光电二极管的总行数，

M为光学放大倍数。

本发明的方法，其步骤如下：

(一)将被测对象置于光学透镜组6与CCD图像传感器8之间，被测对象投影线与位于同一平面上的两个传感器8的光电二极管行轴线垂直相交，且其两边缘投影在不同的传感器8上，

(二)确定被测对象一侧边缘落在第一传感器8的第一光电二极管行上的第n和第n+1个像素之间，n像素无明显感光，n+1像素明显感光，测出第一传感器具备上述条件的光电二极管行数m₁，根据同一方法，测出被测对象的另一侧边缘在第二传感器(8)上投影使第二传感器8具备上述条件的光电二极管所数m₂，

(三)测定两传感器8相互靠近端的距离b，第一、第二传感器8上因被测物的遮挡而无明显感光的光电二极管长度b₁，b₂，b用千分螺杆校准器标定，b₁，b₂等于H×(n₂-n₁)的值，H为传感器沿行方向像元间距，n₁为第一个不明显感光的光电二极管对应的数组元素列数，n₂为最后一个不明显感光的光电二极管对应的数组元素列数，

(四)计算被测对象长度L

L＝[b+b₁+b₂+(H/N)(m₁-1)+(H/N)(m₂-2)]/M

N＝为两个传感器(8)的总光电二极管行数。

M为光学放大倍数。

附图说明：

图1是传统CCD图像传感器的平面示意图。

图2传统双CCD型CCD图像传感器的平面示意图。

图3是包括以交错排列来排列两个光电二极管行的CCD图像传感器的平面示意图。

图4是包括以交错排列来排列多个光电二极管行的CCD图像传感器的平面示意图。

图5是超级CCD图像传感器的光电二级管排列平面示意图。

图6是放大光学测量装置示意图。

图7是将三列二极管等距错开排列的CCD图像传感器平面示意图。

图8是将七列二极管等距错开排列的CCD图像传感器平面示意图。

图9是等距错开排列的CCD图像传感器在测量过程中如何判断被测物边缘轮廓的流程图。

图10是本发明第一实施例的CCD图像传感器光学成像测量装置示意图。

图11是本发明第二实施例的CCD图像传感器光学成像测量装置示意图。

图12是本发明第三实施例的CCD图像传感器光学成像测量装置示意图。

图13是将多个传统线阵CCD图像传感器沿其长度方向等距错开排列结构示意图。

图14为控制电路原理图。

具体实施方式：

实施例1：

如图10所示，是本发明第一实施例的CCD图像传感器光学成像测量装置示意图。本发明第一实施例主要包括光电二极管等距错排CCD图像传感器8，光学透镜组6，光源5，信号处理电路4及被测对象7构成。CCD图像传感器各光电二极管行等距错开排列，光电二极管的行数，由测量精度及沿行方向相邻两个光电二极管间距决定。光学成像系统的放大倍数可以是1倍，也可以是任何大于1的倍数。本发明第一实施例的特点是：CCD图像传感器中光电二极管各行等距错开排列，对被测物进行双边测量，即被测物两端完全成像在CCD图像传感器上。可将被测物中心放在CCD图像传感器的中心剖面上，也可将被测物放在其它适当的地方，只要能使被测物在CCD图像传感器上能完整成像就可以。测量数据可直接由对CCD图像传感器上被遮挡光电二极管的个数来获得。

如图14所示为测量装置中，CCD图像信号的处理过程原理图。

因被测物对光线的遮挡，而在CCD图像传感器的各感光二极管上产生不同的感光信号，该信号作为CCD的输出，经放大滤波、A/D转换，可直接送入CPU进行计算处理，也可先送入存储器，稍后再进行处理。处理的结果可通过显示器、打印机等方式输出。

CCD输出信号放大滤波与A/D转换这部分电路，目前有较成熟的数据采集卡可完成这方面的处理工作，如CA-MPE-1000型图像采集卡。而CPU、存储器与输出部分则完全可以一台PC机来完成。因此对CCD输出信号的处理，可采用现有的数据采集卡与PC机来进行。只须按相应流程来编制处理程序即可。

在数据的处理过程中，将CCD图像传感器中的第一行上各感光二极管输出的电信号，依次分别存入存储器数组的第一行中，按此方式分别将CCD图像传感器上其它各行感光二极管的感光信号依次分别存入数组的对应位置。假定该数组为D(i，j)，为一个二维数组，数组的行数和列数，分别与CCD图像传感器的行数和列数相同。并且其中的元素与CCD图像传感器上的感光二极管一一对应。所以在数据处理时，该数组中的各元素就分别对应CCD图像传感器上的各感光二极管。

测量结果分析过程可简单描述如下：首先读取数组D中第一行元素，先从第一行第一个元素读取，直到第一行最后一个元素，找到其中第n个元素明显感光(不明显感光)，而第n+1个元素不明显感光(明显感光)的那两个感光二极管位置，并标定它。则被测边缘就落在该光电二极管行上与数组的第n个和第n+1个元素对应的像元之间。然后，读取数组D中第二行，寻找与第一行中已经标定的光电二极管列数相同的数组元素，判断它们的感光情况，如与第一行相同，则继续读取下一行数据，否则标定m₁(m₂)，如当前行号为i，则m₁(m₂)＝i-1。最后通过数据处理来计算被测量的边缘位置。

具体判断某一像素是否明显感光，可采用最简单的二值法来进行。即设置一个阀值，当该像素的感光信号电压高于该阀值，则认为该像素明显感光，否则，则认为该像素不明显感光。举例来说，如对CCD输出电信号通过处理，转换成0～12V的标准电压，可设定阀值为5V，当某像素的感光电信号高于5V，则谥为该像素明显感光，否则，认为该项像素不明显感光。具体在使用过程中，阀值的确定可通过多次试测，反复调整得到一个较合理的值。

对于实施例1中a的确定：

在数组D第一行元素中，假如第一个不明显感光的光电二极管所对应的数组元素列数为n₁，而最后一个不明显感光的光电二极管所对应的数组元素列数为n₂，H为光电二极管行的相邻两个光电二极管中心间的距离，则：

a＝H×(n₂-n₁)

L＝[a+(H/N)(m₁-1)+(H/N)(m₂-2)]/M

H为CCD图像传感器沿行方向的像元间距。

N为光电二极管的总行数，M为光学放大倍数。

实施例2：

如图11所示，是本发明第二实施例的CCD图像传感器光学成像测量装置示意图。本发明第二实施例主要包括光电二极管等距错排CCD图像传感器8，光学透镜组6，光源5，信号处理电路4及被测对象7构成。其中b代表测量过程中，被测物远离CCD图像传感器一端与CCD图像传感器靠近被测物一端的距离，在测量装置中，被测物远离CCD图像传感器一端放在一基准面上，所以b恒定不变。本发明第二实施例中CCD图像传感器各光电二极管行等距错开排列，光电二极管的行数，由测量精度及沿行方向相邻两个光电二极管间距决定。光学成像系统的放大倍数可以是1倍，也可以是任何大于1的倍数。本发明第二实施例的特点是：CCD图像传感器中光电二极管各行等距错开排列，对被测物进行单边测量，即被测物只有部分(一端)成像在CCD图像传感器上，可对较大尺寸被测对象进行高精度测量。测量数据由图11中b值与CCD图像传感器上被遮挡光电二极管的个数来获得，而CCD图像传感器上被测物投影长度。

对于实施例2的单边测量中m、a及b的确定：

在实施例2中，首先使用分辨率小于1μm的千分螺杆校准器来对b进行标定，并校准。

先读取数组D中第一行元素，先从第一行第一个元素读取，直到第一行最后一个元素，找到其中第n个元素不明显感光，而第n+1个元素明显感光的那两个感光二极管位置，并标定它。然后，读取组D中第二行，寻找与第一行中已标定的光电二极管列数相同的数组元素，判断它们的感光情况，如与第一行相同，则继续读取下一行数据，否则标定m，如当前行号为i，则：

m＝i-1

在数组D第一第行元素中，假如第一个不明显感光的光电二极管所对应的数组元素列数为n₁，而最后一个不明显感光的光电二极管所对应的数组元素列数为n₂，H为光电二极管行的相邻两个光电二极管中心间的距离，则：

a＝H×(n₂-n₁)

L＝[a+b+(H/N)(m-1)]/M

实施例3：

如图12所示，是本发明第三实施例的CCD图像传感器光学成像测量装置示意图。本发明第三实施例主要包括两个光电二极管等距错排CCD图像传感器8，光学透镜组6，光源5，信号处理电路4及被测对象7构成。其中b代表测量过程中，CCD图像传感器8a和CCD图像传感器8b相互靠近的两端间的距离，为一定值。在测量装置中CCD图像传感器81a和CCD图像传感器81b沿同一根直线方向摆放。本发明第三实施例中CCD图像传感器各光电二极管行等距错开排列，光电二极管的行数，由测量精度及沿行方向相邻两个光电二极管间距决定。光学成像系统的放大倍数可以是1倍，也可以是任何大于1的倍数。本发明第三实施例的特点是：CCD图像传感器中光电二极管各行等距错开排列，对被测物进行双边测量，可对较大尺寸被测对象进行高精度测量。测量数据由图12中b值与CCD图像传感器上被遮挡光电二极管的个数来获得，而CCD图像传感器上被测物投影长度具体判断。

对于实施例3的单边测量中m₁(m₂)、b、b₁、b₂的确定：

在实施例3中，首先使用分辨率小于1μm的千分螺杆校准器来对b进行标定，交校准。

CCD图像传感器1201a的光电二极管感光数据存入数组D₁，CCD图像传感1201b的光电二极管感光数据存入数组D₂。

先读取数组D₁中第一行元素，先从第一行第一个元素读取，直到第一行最后一个元素，找到其中第n个元素不明显感光，而第n+1个元素明显感光的那两个感光二极管位置，并标定它。然后，读取组D₁中第二行，寻找与第一行中已标定的光电二极管列数相同的数组元素，判断它们的感光情况，如与第一行相同，则继续读取下一行数据，否则标定m₁，如当前行号为i，则：

m₁＝i-1

再读取数组D₂中第一行元素，先从第一行第一个元素读取，直到第一行最后一个元素，找到中第n个元素不明显感光，而第n+1个元素明显感光的那两个感光二极管位置，并标定它。然后，读取数组D₂中第二行，寻找与第一行中已经标定的光电二极管列数相同的数组元素，判断它们的感光情况，如与第一行相同，则继续读取下一行数据，否则标定m₂，如当前行号为j，则：

m₂＝j-1

在数组D₁第一行元素中，假如不明显感光的光电二极管所对应的数组元素总个数为n₁，则：

b₁＝H×n₁。

在数组D₂第一行元素中，假如不明显感光的光电二极管所对应的数组元素总个数为n₂，则：

b₂＝H×n₂。

L＝[b+b₁+b₂+(H/N)(m₁-1)+(H/N)(m₂-2)]/M

实施例4：

如图13所示，是将多个传统线阵CCD图像传感器沿其长度方向等距错开排列结构示意图。沿行方向各线阵CCD图像传感器之间错开的距离由测量精度及沿行方向相邻两个光电二极管间距决定，将这样的多个等距错排的线阵CCD图像传感器称为线阵CCD图像传感器组。在图13中，线阵CCD图像传感器组8由线阵CCD图像传感器8、8、8c、8d组成，根据需要组成线阵CCD图像传感器组8的线阵CCD图像传感器数量可为任何大于1的整数。将本发明第一实施例、第二实施例、第三实施例中CCD图像传感器部分分别用此线阵CCD图像传感器组代替，以形成沿行方向类似本发明第一实施例、第二实施例、第三实施例中光电二极管列等距错开排列的结构。光学成像系统的放大倍数可以是1倍，也可以是任何大于1的倍数。本发明第四实施例的特点是：线阵CCD图像传感器组中相邻CCD图像传感器等距错开排列。可由本发明第四实施例中的等距错排线阵CCD图像传感器组分别代替本发明第三实施例中的CCD图像传感器，而获得相应的测量装置。

Claims (6)

1、一种CCD图像传感器，由错开排列的多个光电二极管行(1)构成，每个光电二极管行(1)有对应并排成一行的电荷转移器件(2)，光电二极管行(1)通过读取栅(3)与电荷转移器件(2)连接，所有电荷转移器件(2)的输出与控制电路(4)连接，控制电路(4)的输出与信号处理电路连接，其特征在于N个光电二极管行(1)在行的一个方向上按距离H₁等距错开排列，H₁＝H/N，H为光电二极管行(1)的相邻两个电二极管中心的距离，N为光电二极管行数。

2、根据权利要求1所述的CCD图像传感器，其特征在于所说的信号处理电路由图像采集装置和微机构成，图像采集装置的放大滤波电路的输入接控制电路(4)的输出，放大滤波电路的输出接A/D转换电路，A/D转换电路分别与微机的存储器和微处理器连接，微处理器与存储器、输出终端连接。

3、一种包括权利要求1或2所述的CCD图像传感器的高精度线性尺寸测量装置，其特征在于由光源(5)、光学透镜组(6)、被测对象(7)和CCD图像传感器(8)依次由布置构成，被测对象(7)的边缘投影在一个或两个位于同一平面的CCD图像传感器(8)上，边缘投影线与CCD图像传感器(8)的光电二极管行轴线垂直或交叉。

4、一种基于权利要求3所述的装置的测量被测对象线性尺寸的方法，其步骤如下：

(一)将被测对象(7)置于光学透镜组(6)与CCD图像传感器(8)之间，被测对象投影线与CCD图像传感器(8)的光电二极管行轴线垂直相交，且其两边缘投影都在传感器(8)上，

(二)确定被测物边缘落在CCD图像传感器(8)的第一光电二极管行上的第n个和n+1个像素之间，第n个像素无明显感光，第n+1个像素明显感光，并测出所有的具备上述条件的光电二极管行数m₁，根据同样的方法确定被测物另一侧边缘落在CCD图像传感器(8)的所有n个像素无明显感光，n+1个像素明显感光的行数m₂，

(三)测定CCD图像传感器(8)上因被测物(7)的遮挡而无明显感光的光电二极管间的总长度a，a＝H×(n₂-n₁)，n₁为第一个不明显感光的光电二极管对应的数组元素列数，n₂为最后一个不明显感光的光电二极管所对应的数组元素列数，H为传感器沿行方向的像元间距。

(四)计算被测对象长度L：

L＝[a+(H/N)(m₁-1)+(H/N)(m₂-2)]/M

H为CCD图像传感器沿行方向的像元间距

N为光电二极管的总行数

M为测量系统光学放大倍数。

5、一种基于权利要求3所述装置的测量被测物对象的线性尺寸的方法，其步骤如下：

(一)将被测对象(7)置于光学透镜组(6)与CCD图像传感器(8)之间，被测对象的投影线与CCD图像传感器(8)的光电二极管行轴线垂直，且其一边缘投影在传感器(8)上，

(二)确定被测对象(7)边缘投影在传感器(8)的第一光电二极管行上的第n个像素和第n+1个像素之间，第n个像素无明显感光，第n+1个像素明显感光，并测出具备上述条件的光电二极管行数m，

(三)测定CCD图像传感器(8)上因被测物(7)的遮挡而无明显感光的光电二极管间的总长度a，测定被测对象远离传感器(8)的一端与传感器(8)靠近被测对象一端的距离b，b用分辨率小1μm千分螺杆校准器标定，a＝H×(n₂-n₁)，H为传感器沿行方向的像元间距，n₁为第一个不明显感光的光电二极管对应的数组元素列数，n₂为最后一个不明显感光的光电二极管对应的数组元素列数，

(四)计算被测对象长度L：

L＝[a+b+(H/N)(m-1)]/M或

L＝[a+b+(H/N)(m-2)]/M

N为光电二极管的总行数，

M为光学放大倍数。

6、一种基于权利要求3所述的装置的测量被测对象线性尺寸的方法，其步骤如下：

(一)将被测对象置于光学透镜组(6)与CCD图像传感器(8)之间，被测对象投影线与位于同一平面上的两个传感器(8)的光电二极管行轴线垂直相交，且其两边缘投影在不同的传感器(8)上，

(二)确定被测对象一侧边缘落在第一传感器(8)的第一光电二极管行上的第n和第n+1个像素之间，n像素无明显感光，n+1像素明显感光，测出第一传感器具备上述条件的光电二极管行数m₁，根据同一方法，测出被测对象的另一侧边缘在第二传感器(8)上投影使第二传感器(8)具备上述条件的光电二极管所数m₂，

(三)测定两传感器(8)相互靠近端的距离b，第一、第二传感器(8)上因被测物的遮挡而无明显感光的光电二极管长度b₁，b₂，b用千分螺杆校准器标定，b₁，b₂等于H×(n₂-n₁)的值，H为传感器沿行方向像元间距，n₁为第一个不明显感光的光电二极管对应的数组元素列数，n₂为最后一个不明显感光的光电二极管对应的数组元素列数，

(四)计算被测对象长度L

L＝[b+b₁+b₂+(H/N)(m₁-1)+(H/N)(m₂-2)]/M

N＝为两个传感器(8)的总光电二极管行数。

M为光学放大倍数。

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