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CCD與視覺系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)

發(fā)布日期:2021-09-26 內(nèi)容來源于:http://www.xy920.com.cn/

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1、圖像傳感器的四大用途 

2、關(guān)于攝像元件 CCD

數(shù)碼相機(jī)的構(gòu)造與傳統(tǒng)的膠片式相機(jī)(模擬式)基本相同。所不同的是數(shù)碼相機(jī)中使用被稱為 CCD 的光電轉(zhuǎn)換元件代替膠片,圖像則作為數(shù)字信息采入。

CCD 即相當(dāng)于模擬式相機(jī)的膠片,那么它又是如何將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的呢?


CCD 是英語 Charge Coupled Device(電荷耦合元件)的縮寫,ccd視覺檢測(cè)設(shè)備是一種將圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體元件。大小約為長寬各 1 厘米左右,由類似棋盤的格狀排列的小像素 (pixel) 組成。

用相機(jī)拍攝風(fēng)景時(shí),拍攝對(duì)象發(fā)出的光通過鏡頭在 CCD 上成像。光到達(dá) CCD 的某個(gè)像素時(shí),將根據(jù)光的強(qiáng)度產(chǎn)生相應(yīng)的電荷。將該電荷的大小讀取為電信號(hào),即可獲得各像素上光的強(qiáng)度(濃度值)。


換言之,每個(gè)像素都是一個(gè)可以檢測(cè)光強(qiáng)度的傳感器(光電二極管)。所謂 200 萬像素 CCD 就是一個(gè)由 200 萬個(gè)光電二極管構(gòu)成的集合體。

在檢測(cè)位置及檢測(cè)物體的尺寸均已確定的情況下,使用一個(gè)光電傳感器就可以檢測(cè)該位置是否存在該物體。但是,在生產(chǎn)線上的位置不確定、工件有不同尺寸,或者不只是檢查工件是否存在,而是要測(cè)量工件大小、尺寸時(shí),則使用一個(gè)光電傳感器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

CCD是數(shù)十萬-數(shù)百萬個(gè)傳感器的集合體;

使用CCD可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)傳感器所不能實(shí)現(xiàn)的多種檢查/檢測(cè)目的。


3、視覺系統(tǒng)中像素?cái)?shù)據(jù)的活用方法

前面談到,CCD 的各像素可以檢測(cè)光強(qiáng)度并使之?dāng)?shù)字化,ccd視覺檢測(cè)設(shè)備而利用數(shù)十萬到數(shù)百萬個(gè)這樣的數(shù)據(jù)就可以實(shí)現(xiàn)視覺系統(tǒng)。不知道大家是否可以理解?

下面將簡(jiǎn)單說明一下各像素將光強(qiáng)度作為何種數(shù)據(jù)傳給控制器、而控制器又是如何處理這樣的數(shù)據(jù)的。

(1)各像的數(shù)據(jù)(以最常見的黑白相機(jī)為例進(jìn)行說明)


大部分圖像傳感器可以根據(jù)光強(qiáng)度將數(shù)據(jù)分為 256 個(gè)等級(jí)(8 位)。在最基本的黑白處理中,黑色(純黑色)的數(shù)值為 “0”,白色(純白色)的數(shù)值為 “255”,其它處于兩者之間的顏色則根據(jù)光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成其它數(shù)值。換言之,CCD 的每一個(gè)像素都有一個(gè)位于 “0” (純黑色)與 “255” (純白色)之間的數(shù)值。例如,對(duì)于黑、白各占一半的灰色,其數(shù)值為“127”。

(2)圖像是 256 級(jí)數(shù)據(jù)的集合體

CCD 的圖像數(shù)據(jù)是構(gòu)成 CCD 的各像素的數(shù)據(jù)的集合。像素?cái)?shù)據(jù)用 256 級(jí)濃淡數(shù)據(jù)加以表示。


眼睛中央部分較黑,周圍較淡,因此中央部分的數(shù)值是 “30”,周圍部分的數(shù)值是 “90”。

如上圖所示,圖像數(shù)據(jù)的每一個(gè)像素都可以用 0 ~ 255 中的某一個(gè)數(shù)值加以表示。所謂視覺系統(tǒng)是指對(duì)于每一個(gè)像素,按照下例中所示的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算,然后找到圖像上有特征的地方。

例1:損傷/欠缺檢查


將檢測(cè)區(qū)域分為多個(gè)分割(數(shù)像素角),計(jì)算各分割的平均濃度(0 ~ 255),ccd視覺檢測(cè)設(shè)備然后加以比較。濃度值超過一定值的區(qū)域被視為有損傷或欠缺。

計(jì)算 4 像素角分割的平均值,然后與周圍進(jìn)行比較。如上圖所示,在紅色分割內(nèi)檢測(cè)到損傷。

4、總結(jié) 

視覺系統(tǒng)器可以利用攝像元件 CCD 中各像素的 256 級(jí)濃度數(shù)據(jù),ccd視覺檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)面積(即像素?cái)?shù)量)、位置(即濃度變化點(diǎn))及損傷(濃度變化量)等。通過高像素化(增加信息量)及高速化(更利于生產(chǎn)線作業(yè)),可以使視覺系統(tǒng)器更好地應(yīng)用于各種生產(chǎn)活動(dòng)中。


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