又一神级DIY!牛人工程师自己动手做数码相机

2011-11-15 18:21:28来源: 互联网

  数码相机都白菜价了?现在白菜都快赶上房价了!所以,立志要成为德艺双馨摄影大师的,无论普通、文艺还是二逼的青年摄影师们,我们还是自己动手吧!

  DIYer:ChaN

  制作时间:半个月

  制作难度:★★★★☆

  GEEK指数:★★★★★

 

又一神级DIY!牛人工程师自己动手做数码相机

  线性扫描相机是数码相机的一种。这种相机一般在各种机器中作为组成部分发挥作用,一般来说不容易在实际生活中独立见到。这个制作能帮助你DIY并且进一步了解线性扫描相机。

  线性CCD传感器(Charge-coupled Device line sensor,线性电荷耦合传感器)是线性扫描相机中最为重要的部分。我十多年前就在电子城中买下了它。但是想要制作一台小体积的便携线性扫描相机有些困难,电路部分需要高性能的微处理器和大容量存储器,在当时一般的个人制作对这些昂贵的高级货只能敬而远之。于是它被我扔到一个破烂盒子里,连我自己都几乎忘记了。

  十年的时间之后,拜飞速发展的半导体工业所赐,芯片们的价格终于降到了可以接受的地步。现在即使是入门的新手也能随意享受到32位的微处理器和海量的存储卡,所以我依靠最新的技术重新开始了这个项目!

1、线性扫描相机

  1.1、相机原理

  

  普通平面相机和线性相机的比较

  线性扫描相机是数码相机的一种,它使用线性CCD传感器(一维CCD器件)作为图像传感器。普通的数码相机用一个平面CCD器件(二维CCD器件)捕捉焦平面上的图像,获取的图案是一个二维的平面。而对线性扫描相机来说,它所获取的图案是一条一维的线!

  即使每次获得的图像只有一条线,线性扫描相机还是有能力获得完整的图像。在制作一台线性扫描相机时,需要不断移动相机或者被摄物——这样每次获得的部分数据被存储在内存里,并最终像织布一样一条线一条线地拼凑成完整的图像。

  在过去的胶片时代有一种狭缝相机。它和这里说的线性扫描相机类似,通过一条窄缝(一维的窗口)成像,拼合一维图像获取完整的二维图像。

  1.2、功能应用

  线性扫描相机具有下面这些功能:

  - 高分辨率。即使便宜的传感器也能做到10000点以上的分辨率。

  - 简单紧凑的光学系统。不需要扫描桌。

  - 对物体的尺寸和长度没有限制,对很长的物体也能正确成像。

  由于这些功能,线性扫描相机在很多地方得到了广泛应用,你可以在许多重要的设备上发现它们。比如:

  - 复印机

  - 图像扫描仪

  - 传真机

  - 机器视觉(检查长形物体)

  - 卫星(比如拍下google地图的那些)

  - 终点摄影(体育比赛)

2、硬件构成

  2.1、功能模块

  

  上图展示了构成线性扫描相机的各个功能模块。线性CCD传感器将收集的光感信息传递到AD(模拟-数字)转换器数字化,然后以数字信号形式输入控制器。这些数据可以显示在显示屏上,或者传输到存储器里。扫描的频率在500线每秒到2000线每秒之间可调,视CCD器件的种类而定。

  电路部分被分成三大部分,每块之间通过柔性印刷电路排线相连。我经常不使用定制的PCB因为它们太贵而且没有DIY精神,设计麻烦,之后有改动也麻烦。这种一次性的制作在洞洞板上相机行事最好了。

  这是何等的飞线功力……

  2.2、光路和外壳

  

  上图展示了如何为这个线性扫描相机制作外壳。这是从一个高知电子(Takachi electric industrial)的SW-85B塑料盒改造而来的外壳,这个项目的光路需要控制的非常精确,所以设计,加工,装配的时候都需要特别注意。这里有 外壳的图纸 。带有线性传感器的模拟部分电路板安装在可动的螺钉上,这样就能随意调整距离。

  这次使用的透镜是C-mount接环的,它是工业摄像头中使用的标准镜头之一,但是不那么好弄到。我用了一个C-CS的转接环来将镜头装到壳体上。一个UNC(英制统一螺纹粗牙系列)螺母粘在盒子的底面上用来固定摄像头。盒内涂了一层导电涂料做电磁屏蔽。

  2.3、模拟电路部分

  

  上图是这个制作中的模拟电路部分,它包含线性扫描相机中最为重要的器件。上面安装了一个CCD线性传感器和模拟电路。CCD线性传感器是一枚东芝的TCD132D单色CCD,它对红外光也敏感,所以为了获得与人眼感觉相近的图像需要一个红外滤镜(IRCF)。CCD线性传感器需要一个来自主控电路板的时钟信号驱动。传感器的模拟图像信号输出先经过一个可变增益放大器(AD8830),再由一个模数转换器(ADC1173)转化为数字信号。ADC1173的8位数字信号输出送入主控电路板。像素采集率从0.5MHZ到2MHZ可变,但是模数转换器必须在工作在至少两倍采样率的时钟频率下。每两次采样之后,向主控电路板输出一次数字信号。

  这是模拟电路部分的电路图。

  2.4、主控电路部分

  

  主控电路板包括一个微处理器(MCU),一个可编程逻辑器件(PLD)和电源部分。微处理器的芯片是一个NXP的LPC2368,它集成了一个在72MHZ下工作的ARM7TDMI核心,512K字节内存,32K+16K+8K字节的SRAM,还有给力的外围设备。它可以通过一个集成的SD卡控制器在4位原生模式下控制外置的MicroSD存储卡。LPC系列的ARM微处理器广泛用在现在的电子制作中,因为它的市场政策很对路,物美价廉。

  一个可编程逻辑器件(LC4256V)被用来驱动CCD线性传感器。PLD里配置了一个用来给传感器提供时钟的时钟产生器和一个先入先出队列。电源供应部分提供了数字电源(3.3V)。和模拟部分的电源(12V)。

  这是主控电路部分的电路图。

  2.5、显示电路部分

  

  显示部分电路安装在盒子的背面,它提供了相机的操作界面。上面的器件包括一个OLED显示屏,开关。五向键和一个MicroSD插槽。打开盒盖就能安装或者移除SD卡。

  

  这是显示电路部分的电路图。

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关键字:神级  diy  牛人  工程

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2011/1115/article_3306.html
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