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(yǔ) Charge Coupled Device（電荷耦合元件）的縮寫，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(zhǎng)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(wàn)像素 CCD 就是一個(gè)由 200 萬(wàn)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(wàn)-數(shù)百萬(wàn)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。

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，而利用數(shù)十萬(wàn)到數(shù)百萬(wàn)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），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。

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)，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。

審核編輯：湯梓紅