CCD图像测量由图像传感器、摄像控制器、像素检测器三个主要单元组成。光学成像装置是光学图像的采集部分，它将被测物体成像在CCD器件的光敏面上。摄像控制器的时基单元由晶体振荡器通过分频电路产生多种时序脉冲，经过驱动器为CCD器件提供电路工作条件，同时控制图像数据的传输率和调整曝光时间。
初始的图像信号经放大、钳位和取样等预处理后，获得瞬时幅度正比于各像素所接收的图像光强的电平信号，然后进一步通过AGC自动增益控制来补偿照明条件的起伏。用做测量的图像信号经二值化处理后进入像素检测器，在这里通过像素计数确定二值化图形脉冲的间距值，并在乘以脉冲当量数值后得到实测的物体尺寸。
（1）光学成像关系
设被测物高为Y，像高为y，则
y=βY
式中，β=f/(L-f)，β为光学系统放大倍数。
（2）空问变换关系
在CCD像面上，有确定尺寸的像素按线阵排列，相当于光电刻尺和被测像高比对。若像高占据的像素数为N，则有
y＝NIo
式中，凡为像素沿线阵方向的尺寸，凡通常为7～13μm。
被测对象的光信息通过光学系统，在CCD的光敏面元上形成光学图像，CCD器件把光敏元上的光信息转换成与光强成比例的电荷量。用一定频率的时钟脉冲对CCD进行驱动，在CCD输出端得到被测对象的视频信号。视频信号中每一个离散电压信号的大小对应着该光敏元所接收的光强强弱，而信号输出的时序则对应CCD光敏元位置的顺序。通过后续处理线路对CCD输出的视频信号进行二值化或者量化处理后，将被测目标从背景中分离出来，为进一步的数据处理和分析做准备。
图（a）是典型的线阵CCD测长系统的原理示意图。整个测量过程包括：光学成像、图像信号输出、二值化处理确定图形轮廓、测定轮廓间的像素数、通过计算或实验确定脉冲当量并按测量公式计算被测尺寸。整个系统的工作波形如图（b）所示。
