CMOS/CCD矩阵改进投影仪系统

    1　引　言

    机械工业中对于形状复杂、准确度高的微小零件,测量方法主要采用投影仪对工件进行放大观测,然后根据放大倍数,同时可以测量出零件的长度、角度以及坐标位置,和对投影测量的结果进行计算和曲线拟合,然后给出合格性判断或工件性能研究。随着CMOS/CCD技术的进步,本文在投影仪成像原理基础上对其成像测量和测量不确定度进行分析,并对现在数码成像技术分析,用CMOS/CCD成像技术改进传统投影仪。

    2　传统光学投影仪综述

    投影仪成像主要部件是投影物镜,其光学特征参数有:零件的允许误差为Δ,标准轮廓的绘制误差

有10^X、20^X、50^X、100^X构成一个系列。投影屏的框就是视场光阑,常见尺寸有ø400、ø600、ø800、ø1000、ø1200、ø1500毫米。

    数值孔径NA影响分辨率本领、荧屏照度和景深,ε为人眼的最小分辨角,250为人眼的明视距离,则NA=。普通投影仪各种放大率物镜所具有的孔径:10^X物镜为0·05~0·06mm,20^X物镜为0·08~0·12mm,50^X物镜为0·15mm,100^X物镜为0·2~0·22mm。荧屏中心照度公式为:

式中′为物镜的相对孔径,照度与相对孔径的平方成正比1。为了保证向面上得到足够的照度,并是照度分布均匀,需要设计照明系统。

    工作距是指物体到物镜第一面的距离。共轭距越大,工作距越大放大率越小。投影仪因为物镜其放大倍数较大,导致其工作距较小,在实际测量中不易调整。

    感光分辨率的计算:

    人眼判断两条直线是否重合的极限为人眼的瞄准精度,刻线间隔的角距离取15′~25′,相当于在明视距离人眼的视见宽度:

分辨精度大致在0·1~0·2mm之间。实际测量时,考虑屏幕刻线精度,测量尺与屏幕之间的距离,测量不确定度度低于0·24mm,并且因人而异,与测量者的状况有关。估读精度还与照度、衬度等因素有关,给测量观察引入了许多不确定因素。

    3　采用CMOS/CCD矩阵技术改进后的投影仪

    以佳能D30数码相机为例:该相机采用CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器,有效像素311万,面积为22·8×15·5mm,长宽比例为3∶2(2160×1440像素)。D30相机有五种影像质量设置,高质量记录格式RAW无损压缩格式2160×1440像素所得图像的数据量约9MB,输出10英寸以下尺寸照片与同规格传统照片在影像素质上不相上下。

    其分辨率只与感光传感器的间距有关:

    其分辨率均是人眼的10倍以上,并且与照度、衬度等无关,更重要的是与观察者自身条件无关,使测量结果更为精确、客观。