1、數碼相機都白菜價了？此刻白菜都快追上房價了！因此，發奮要成為德藝雙馨拍照大師的，不論一般、文藝仍是二逼的青年拍照師們，我們仍是自己著手吧！DIYer:ChaN制作時間:半個月制作難度:GEEK指數:編譯根源線性掃描相機是數碼相機的一種。來說不簡單在實質生活中獨立見到。這類相機一般在各樣機器中作為構成部散發揮作用，一般這個制作能幫助你DIY并且進一步認識線性掃描相機。線性CCD傳感器（Charge-coupledDevicelinesensor，線性電荷耦合傳感器）是線性掃描相機中最為重要的部分。我十多年前就在電子城中買下了它。可是想要制作一臺小體積的便攜線性掃描相機有些困難，電路部分需要高性能

2、的微辦理器和大容量儲存器，在當時一般的個人制作對這些昂貴的高級貨只好敬而遠之。于是它被我扔到一個襤褸盒子里，連我自己都幾乎忘掉了。十年的時間以后，拜飛快發展的半導體工業所賜，芯片們的價錢終于降到了能夠接受的地步。此刻即便是入門的生手也能任意享遇到32位的微辦理器和海量的儲存卡，因此我依賴最新的技術從頭開始了這個項目！雙向電梯線性掃描相機1.1相機原理1.2功能應用硬件構成2.1功能模塊2.2光路和外殼2.3模擬電路部分2.4主控電路部分2.5顯示電路部分2.6組合成效軟件構成3.1數據辦理3.2重修圖像3.3顯示圖像4使用說明5實拍成效顯現6有關資源線性掃描相機1.1相機原理圖注：普通平面相機

3、和線性相機的比較線性掃描相機是數碼相機的一種，它使用線性CCD傳感器（一維CCD器件）作為圖像傳感器。一般的數碼相機用一個平面CCD器件（二維CCD器件）捕獲焦平面上的圖像，獲取的圖案是一個二維的平面。而對線性掃描相機來說，它所獲取的圖案是一條一維的線！即便每次獲取的圖像只有一條線，線性掃描相機仍是有能力獲取完好的圖像。在制作一臺線性掃描相機時，需要不停挪動相機或許被攝物這樣每次獲取的部分數據被儲存在內存里，并最后像織布同樣一條線一條線地拼集成完好的圖像。在過去的膠片刻代有一種狹縫相機。它和這里說的線性掃描相機近似，經過一條窄縫（一維的窗口）成像，拼合一維圖像獲取完好的二維圖像。1.2功能應用

4、線性掃描相機擁有下邊這些功能：高分辨率。即便廉價的傳感器也能做到10000點以上的分辨率。簡單緊湊的光學系統。不需要掃描桌。對物體的尺寸和長度沒有限制，對很長的物體也能正確成像。因為這些功能，線性掃描相機在好多地方獲取了寬泛應用，你能夠在很多重要的設施上發現它們。比方：復印機圖像掃描儀傳真機機器視覺（檢查長形物體）衛星（比方拍下谷歌地圖的那些）終點拍照（體育競賽）硬件構成2.1功能模塊上圖顯現了構成線性掃描相機的各個功能模塊。線性CCD傳感器將采集的光感信息傳達到AD（模擬-數字）變換器數字化，而后以數字信號形式輸入控制器。這些數據能夠顯示在顯示屏上，或許傳輸到儲存器里。掃描的頻次在500線每

5、秒到2000線每秒之間可調，視CCD器件的種類而定。電路部分被分紅三大多數，每塊之間經過柔性印刷電路排線相連。我常常不使用定制的PCB因為它們太貴并且沒有DIY精神，設計麻煩，以后有變動也麻煩。這類一次性的制作在洞洞板上相機行事最好了。譯注：神同樣的DIYer這是何等的飛線功力2.2光路和外殼上圖顯現了怎樣為這個線性掃描相體制作外殼。這是從一個高知電子（Takachielectricindustrial）的SW-85B塑料盒改造而來的外殼，這個項目的光路需要控制的特別精準，因此設計，加工，裝置的時候都需要特別注意。這里有外殼的圖紙。帶有線性傳感器的模擬部分電路板安裝在可動的螺釘上，這樣就能隨意

6、調整距離。此次使用的透鏡是C-mount接環的，它是工業攝像頭中使用的標準鏡頭之一，可是不那么好弄到。我用了一個C-CS的轉接環來將鏡頭裝到殼體上。一個UNC（英制一致螺紋粗牙系列）螺母粘在盒子的底面上用來固定攝像頭。盒內涂了一層導電涂料做電磁障蔽。2.3模擬電路部分上圖是這個制作中的模擬電路部分，它包含線性掃描相機中最為重要的器件。上邊安裝了一個CCD線性傳感器和模擬電路。CCD線性傳感器是一枚東芝的TCD132D單色CCD，它對紅外光也敏感，因此為了獲取與人眼感覺鄰近的圖像需要一個紅外濾鏡（IRCF）。CCD線性傳感器需要一個來自主控電路板的時鐘信號驅動。傳感器的模擬圖像信號輸出先經過一個

7、可變增益放大器（AD8830），再由一個模數變換器（ADC1173）轉變為數字信號。ADC1173的8位數字信號輸出送入主控電路板。像素采集率從0.5MHZ到2MHZ可變，可是模數變換器一定在工作在起碼兩倍采樣率的時鐘頻次下。每兩次采樣以后，向主控電路板輸出一次數字信號。這里能夠看到波形圖。這是模擬電路部分的電路圖，大圖下載請點擊模擬電路圖大圖。2.4主控電路部分主控電路板包含一個微辦理器（MCU），一個可編程邏輯器件（PLD）和電源部分（見圖4）。微辦理器的芯片是一個NXP的LPC2368，它集成了一個在72MHZ下工作的ARM7TDMI核心，512K字節內存，32K+16K+8K字節的SR

8、AM，還有給力的外頭設施。它能夠經過一個集成的SD卡控制器在4位原生模式下控制外置的MicroSD儲存卡。LPC系列的ARM微辦理器寬泛用在此刻的電子制作中，因為它的市場政策很對路，物美價廉。一個可編程邏輯器件（LC4256V）被用來驅動CCD線性傳感器。PLD里配置了一個用來給傳感器供給時鐘的時鐘產生器和一個先入先出行列。電源供給部分供給了數字電源（3.3V）。和模擬部分的電源（12V）。這是主控電路部分的電路圖，大圖下載請點擊主控電路圖大圖。好可怕的一張電路圖2.5顯示電路部分顯示部分電路安裝在盒子的反面，它供給了相機的操作界面。上邊的器件包含一個OLED顯示屏，開關。五向鍵和一個Micr

9、oSD插槽。翻開盒蓋就能安裝或許移除SD卡。這是顯示電路部分的電路圖，大圖下載請點擊顯示電路圖大圖。2.6組合成效內視圖。底視圖。鏡頭接口視圖。軟件構成3.1數據辦理AD變換器的像素采集率能夠高達2.1M像素每秒。第一，圖像數據被儲存在微辦理器的緩沖儲存器里。因為每秒2.1M的數據量對軟件來說實在太甚分，圖像數據會儲存到PLD的先進先出行列里。行列半滿時觸發微辦理器的DRDT中止，而后微辦理器一次接受一半行列的數據。行列的大小是16字節，也就是說軟件的操作周期只需有像素采集率的1/8就足夠。這對觸發中止來說不算太快，可是仍舊需要微辦理器高速運轉。這個項目里用了ARM7TDMI核心的迅速中止懇求

10、功能（FIQ，fastinterrptrequest，經過編組存放器產生低延緩中止），惋惜在Cortex-M3核心中這一功能被去掉了。當微辦理器響應FIQ懇求時，一些存放器切換到FIQ的編組存放器狀態，而后FIQ例程可以直接進入/走開而省去了切換過程。為了最大化履行效率，一般來說FIQ例程是用匯編語言寫的。在啟用這一功能的數據波形圖里，能夠察看到8位的數據在不用儲存的時候只需要0.8微秒辦理，加上DMA模式下從總線寫入SD卡也只用了2微秒，這樣的延緩能夠接受。在每一行數據中有1094個像素，但此中有效的只有1024個。這些數據被存入內存，中止信號SYNC#在每一行數據的開始輸出，用來同步第一個

11、像素的數據。3.2重修圖像捕獲到的數據能夠用通用的8位灰度BMP位圖格式儲存在MicroSD卡里，寬1024像素，長視拍攝時間而定。儲存的格式是DCIMLCAMYnnnn.BMP(nnnn是編號)，和一般的數碼相機幾乎同樣。在使用低價的微辦理器將圖像數據存入SD卡時會碰到一些困難，主假如輸入的數據要在極短的時間內存進文件。這個制作中的最大數據傳輸率是2MB每秒。好運的是LPC2368有一個MCI（SD/MMC卡的原生控制模式），它能供給8MB/s的數據讀取和6MB/s的數據寫入能力。可是這是指讀寫大文件時的均勻速度，事實上每次讀寫之間都需要一些死時間用在SD卡的內部辦理和文件系統上，為了防止這

12、些浪費，一個數據緩沖器被用來在死時間中暫存數據，可是微辦理器系統的內存大小是有限的，不必定有足夠的空間進行緩沖。讓我們預計一下每次寫數據操作所能允許的時間耗資。在這個制作里，全部32K的SRAM都用來做數據緩沖器，而程序在16K的ethernetRAM上運轉。數據緩沖器分紅兩半，此中一塊填湊數據的時候另一塊將數據寫入閃存。這要求在每8毫秒里寫入16KB的數據，每次操作一定在下次操作以前達成。接下來的軟件技巧能夠解決這個問題。數據寫入過程中最重要的延緩發生在集群分派時，在及時操作系統里這是個很大的問題，集群分派致使的死時間視狀況不一樣可能高達數秒鐘。這個制作里使用集群預分派（寫入數據時用f-ls

13、eek函數申請一個比當前需要大好多的空間）來防止寫入數據時進入分區表從頭定位。每次寫入操作都包含一個用來結束操作的集群界限條件。想象一下SD卡里的文件早先整理出一塊齊整的空間給數據，這就防止了寫入數據過程中大批致使延緩的未知問題。只管有這些用來盡可能減小死時間的方法，SD卡或多或少還有一些內部辦理時間。在精選SD卡的時候需要挑寫入速度盡可能快的SD卡。我在很多牌子之間做過比較，結果發現東芝產SD卡有最小的寫入延緩，也有最穩固的表現。3.3顯示圖像因為獲取的圖像數據都是一維的線條，它不可以像傳統平面成像的二維圖像同樣顯示。為了這個問題需要一些特其他顯示模式。此中一種是范圍視圖，輸入的圖像信號連結

14、到Y軸，就像像示波器的輸入。Y軸信號表示亮度，X軸信號表示各點在線性傳感器上的地點。這個模式適于用來察看感光度和聚焦狀況。不一樣點之間數據的差距能夠用來幫助對焦，當圖像聚焦時，波形圖上產生很多峰谷，出現最大的峰峰值表示焦距已經對上。這是此刻數碼相機里自動對焦功能的原型。此外一種是卷動視圖，圖像向上卷動，新掃描到的圖像出此刻屏幕底部。這個模式能夠用來調整線分辨率。最后生成的二維圖像的高寬比決定于線分辨率和物體挪動的速度。卷動視圖能夠顯現出捕獲到的2D情景，可是假如被攝物體不挪動就只剩下水平的線了，因此相機或許物體之一必定要在給定的運動速度下拍攝，這樣才能一邊察看一邊調理線分辨率。使用說明線性掃描

15、相機的一般用途同膠片刻代的狹縫相機近似。狹縫相機很簡單在性能上擊敗線性掃描相機，它的感光顆粒直徑14um，遠遠小于CCD中單元的直徑，意味著極好的分辨率。可是玩狹縫相機意味著你要足夠的取景，對焦，拍攝和沖印能力，非老鳥不可認為。相機地點這個相機需要被固定在適合的角度，這樣物體所成的像能夠掃過線性傳感器。比方說，但物體橫向挪動或許橫方向特別長的話，相機最好固定在線性傳感器處于垂直的地點。這個角度一定精準，不然拍出的圖片會出現近似平行四邊形的歪曲。調理焦距這個線性掃描相機由一個5向搖桿控制（上下左右和中鍵），向右按能夠切換顯示模式（范圍模式或許卷動模式）。第一，輸入信號的電平能夠經過光圈或許增益控

16、制（上下點擊）。增益控制也能夠經過左鍵自動調整。接下來，經過對焦環調理焦距直到信號的峰峰值最大。調整傳感器線分辨率在卷動模式下能夠調理相機般配傳感器線分辨率。調理直到屏幕上顯示的是正確的高寬比。傳感器線分辨率也能夠經過物體挪動的速度，物體離鏡頭的距離和焦距來計算，這稍微有些偏差，但數字圖片是能夠通事后期辦理來修正的。自然假如傳感器線分辨率實在太低的話，這個過程會損失一些信息。往常來說傳感器線分辨率高不是壞事，就是敏捷度可能低些。傳感器線分辨率影響曝光時間（敏捷度），因此輸入電平的增益需要和不一樣的線分辨率般配。獲取圖像中間的按鈕用來開始/停止拍攝。按下按鈕就能夠開始記錄圖像。集群預分派會在0.5秒內完成，而后暫停直到松開。松開按鈕時會開始記圖像錄，而后在任意按鈕按下時停止或許直到寫入數據抵達了集群預分派地區的界限。預分派的大小被配置到10萬行（大概100MB），但是能夠依據拍攝物的尺寸改變。生