CCD与视觉系统的基础知识

1、图像传感器的四大用途 

2、关于摄像元件 CCD

数码相机的构造与传统的胶片式相机（模拟式）基本相同。所不同的是数码相机中使用被称为 CCD 的光电转换元件代替胶片，图像则作为数字信息采入。

CCD 即相当于模拟式相机的胶片，那么它又是如何将图像转换为数字信号的呢？

CCD 是英语 Charge Coupled Device（电荷耦合元件）的缩写，ccd视觉检测设备是一种将图像转换为电信号的半导体元件。大小约为长宽各 1 厘米左右，由类似棋盘的格状排列的小像素 (pixel) 组成。

用相机拍摄风景时，拍摄对象发出的光通过镜头在 CCD 上成像。光到达 CCD 的某个像素时，将根据光的强度产生相应的电荷。将该电荷的大小读取为电信号，即可获得各像素上光的强度（浓度值）。

换言之，每个像素都是一个可以检测光强度的传感器（光电二极管）。所谓 200 万像素 CCD 就是一个由 200 万个光电二极管构成的集合体。

在检测位置及检测物体的尺寸均已确定的情况下，使用一个光电传感器就可以检测该位置是否存在该物体。但是，在生产线上的位置不确定、工件有不同尺寸，或者不只是检查工件是否存在，而是要测量工件大小、尺寸时，则使用一个光电传感器是远远不够的。

CCD是数十万-数百万个传感器的集合体；

使用CCD可以实现一个传感器所不能实现的多种检查/检测目的。

3、视觉系统中像素数据的活用方法

前面谈到，CCD 的各像素可以检测光强度并使之数字化，ccd视觉检测设备而利用数十万到数百万个这样的数据就可以实现视觉系统。不知道大家是否可以理解？

下面将简单说明一下各像素将光强度作为何种数据传给控制器、而控制器又是如何处理这样的数据的。

(1)各像的数据（以最常见的黑白相机为例进行说明）

大部分图像传感器可以根据光强度将数据分为 256 个等级（8 位）。在最基本的黑白处理中，黑色（纯黑色）的数值为 “0”，白色（纯白色）的数值为 “255”，其它处于两者之间的颜色则根据光强度转换成其它数值。换言之，CCD 的每一个像素都有一个位于 “0” （纯黑色）与 “255” （纯白色）之间的数值。例如，对于黑、白各占一半的灰色，其数值为“127”。

(2)图像是 256 级数据的集合体

CCD 的图像数据是构成 CCD 的各像素的数据的集合。像素数据用 256 级浓淡数据加以表示。

眼睛中央部分较黑，周围较淡，因此中央部分的数值是 “30”，周围部分的数值是 “90”。

如上图所示，图像数据的每一个像素都可以用 0 ~ 255 中的某一个数值加以表示。所谓视觉系统是指对于每一个像素，按照下例中所示的计算公式进行计算，然后找到图像上有特征的地方。

例1：损伤/欠缺检查

将检测区域分为多个分割（数像素角），计算各分割的平均浓度（0 ~ 255），ccd视觉检测设备然后加以比较。浓度值超过一定值的区域被视为有损伤或欠缺。

计算 4 像素角分割的平均值，然后与周围进行比较。如上图所示，在红色分割内检测到损伤。

4、总结 

视觉系统器可以利用摄像元件 CCD 中各像素的 256 级浓度数据，ccd视觉检测设备检测面积（即像素数量）、位置（即浓度变化点）及损伤（浓度变化量）等。通过高像素化（增加信息量）及高速化（更利于生产线作业），可以使视觉系统器更好地应用于各种生产活动中。