[发明专利]基于线阵CCD的光点平面位置探测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于线阵CCD的光点平面位置探测系统。可以实现对光点在二维平面内的位置进行精确探测。该系统可应用于如电子白板等需要进行光点位置探测的系统中。

背景技术

光点的坐标位置探测技术在很多很多领域都有着广泛的应用。比如在交互式电子白板系统中，其中的关键技术就在书写笔的位置探测。目前现有的位置探测技术包括红外线、超声波以及CCD探测器。红外线探测技术是把红外发光二极管一个接一个地安置于探测区域的一侧，与其相对的另一侧放置一排光电探测器。当物体遮挡住红外光时，光电探测器上会产生阴影，根据阴影的位置可计算出遮挡物的位置。但由于发光二级管和光电探测器的体积较大，在白板四周排列时发光管和探测器的个数有限，因此分辨率不是很高。此外由于发光二级管发出的光平行性较差，因此笔在探测器阵列上的阴影大小和遮挡物离探测器的远近有关系。这也影响了测量的精度。

采用CCD探测器的技术有几种，一是采用CCD面阵，在探测面的法线方向上安装CCD摄像机对探测面进行拍摄。其缺点是面阵CCD像元少，高分辨率面阵CCD价格昂贵，信号处理周期长，刷新频率比较低。另一种方法是采用CCD线阵，安装位置可以在探测面的侧面，也可以在白板法线方向。在法线方向拍摄光点位置需要水平和垂直方向的二个CCD探测器，分别探测光点在X和Y方向的坐标。目前报道的方法是采用一个摄像镜头，在摄像镜头后面放置一个半透半反镜，然后在半透半反镜二侧各放置一个柱面透镜。这一方法由于只采用了一个柱面透镜，并且没有考虑球面镜和柱面镜之间的相对位置关系，使得光点在CCD上成像质量较差，因而影响其探测精度。

本发明提出了一种采用二个相同的线阵CCD摄像机作为一组XY坐标探测系统，其中二个线阵CCD摄像机的线阵CCD探测器相互垂直。在每个线阵CCD摄像机中各采用了一个多片球面镜头和一个多片柱面镜头，使得光点的成像质量得到了极大的提高，大大地提高了光点位置的探测精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于线阵CCD的光点平面位置探测系统。

它包括第一线阵CCD摄像机、第二线阵CCD摄像机、第一CCD信号处理电路、第二CCD信号处理电路、第一线阵CCD芯片、第二线阵CCD芯片，第一线阵CCD摄像机后端设有第一线阵CCD芯片，第二线阵CCD摄像机后端设有第二线阵CCD芯片，第一线阵CCD摄像机与第一CCD信号处理电路相连接，第二线阵CCD摄像机与第二CCD信号处理电路相连接，第一线阵CCD摄像机与第二线阵CCD摄像机并行放置，并使的线阵CCD芯片处于水平方向，线阵CCD芯片处于垂直方向。

所述的线阵CCD摄像机包括球面成像镜头、柱面成像镜头和线阵CCD探测器，其中球面成像镜头为远心成像镜头，被探测光点的像成在球面成像镜头和柱面成像镜头之间，并且像上的主光线和像面垂直，柱面镜头把像成像在CCD探测器上。

所述的球面成像镜头至少包含二片或二片以上的球面透镜，柱面成像镜头至少包含二片或二片以上的柱面镜片，并且所有柱面镜片的无焦方向在同一方向上。

所述的线阵CCD探测器的中心放置在球面成像透镜的光轴上，线阵CCD探测器的阵列方向和柱面镜头的无焦方向垂直。

本发明提出的线阵CCD探测系统，其光学成像系统可以在很大的探测范围内均有较高的成像质量，并且不同的视场内其线状像不会发生模糊的现象，大大提高了探测精度。此外XY坐标探测只是使用了二个相同结构的线阵CCD摄像机，因此有利于标准化及成本的降低，简化了系统的复杂性。由于线阵CCD探测器较面阵CCD探测器有更高的线分辨率，所以可以极大地提高探测精度。如果需要进一步扩大探测的分辨率并且扩大探测的面积，可增加光点探测系统的个数，通过多个系统的位置的拼接实现高分辨率的探测。

附图说明

图1是基于线阵CCD的光点平面位置探测系统结构示意图；

图2是本发明中线阵CCD摄像机光学系统原理图(俯视图)；

图3是本发明中线阵CCD摄像机光学系统原理图(侧视图)；

图4是本发明中线阵CCD探测器平面上的光点像形状和位置图；

图5是本发明中的线阵CCD摄像机光学成像系统具体实施案例；

图6是本发明中线阵CCD的信号处理电路的结构原理框图；

图中：第一线阵CCD摄像机1、第二线阵CCD摄像机2、第一CCD信号处理电路3、第二CCD信号处理电路4、第一线阵CCD芯片5、第二线阵CCD芯片6。

具体实施方式