自己动手做数码相机

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!

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!

自己动手做数码相机

自己动手做数码相机

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

线性扫描相机的各个功能模块

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

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

模拟电路

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。

模拟电路部分的电路图

2.4、主控电路部分

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