CCD（像素）与视觉系统的基础知识

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1.图像传感器的四大用途

关于摄像元件 CCD

数码相机的结构与传统的胶片相机基本相同。不同之处在于，数码相机被称为CCD 光电转换元件代替胶片，图像采用数字信息。

CCD 也就是说，相当于模拟相机的胶片，如何将图像转换为数字信号的？

CCD 是英语 Charge Coupled Device（电荷耦合元件）的缩写，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，小像素排列在类似棋盘的格状上 (pixel) 组成。

用相机拍摄风景时，拍摄对象通过镜头发出的光线CCD 上成像。光到达 CCD 在某个像素中，根据光的强度产生相应的电荷。读取电荷的大小作为电信号，以获得每个像素的强度（浓度值）。

换句话说，每个像素都是传感器(光电二极管)，可以检测光强。200 万像素 CCD 就是一个由 200 由万个光电二极管组成的集合体。

当测试位置和测试对象的尺寸已确定时，使用光电传感器可以测试该位置是否存在。然而，当生产线上的位置不确定，工件尺寸不同，或者不仅检查工件是否存在，而且测量工件的尺寸和尺寸时，使用光电传感器远远不够。

CCD是数十万-数百万传感器的集合体；

使用CCD传感器无法实现的各种检查/检测目的。

3.视觉系统中像素数据的应用

前面谈到，CCD 每个像素都可以检测光强度并数字化，视觉系统可以通过数十万到数百万的数据来实现。不知道大家能不能理解。

下面将简要介绍各像素将光强传输给控制器的数据，以及控制器如何处理这些数据。

(1)各种数据(以最常见的黑白相机为例)

大多数图像传感器可以根据光强度分为数据256 个等级（8 位）。黑色(纯黑色)的值是最基本的黑白处理 0，白色(纯白色)的值为 255，两者之间的其他颜色根据光强度转换为其他值。换言之，CCD 每个像素都有一个位于 “0” (纯黑色)和 “255” (纯白色)之间的值。例如，对于黑白各占一半的灰色，其值为127。

(2)图像是 256 集合级数据

CCD 构成图像数据 CCD 的各像素的数据的集合。像素数据用256 表示级浓淡数据。

眼睛的中心部分是黑色的，周围是轻的，所以中心部分的值是30，周围部分的值是 “90”。

如上图所示，图像数据的每个像素都可以使用0 ~ 255 表示中间的一个值。所谓视觉系统，是指按照下例中所示的计算公式计算每个像素，然后找到图像上的特征。

例1:损伤/缺乏检查

计算每个分割的平均浓度(0 ~ 255），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 将像素角分割的平均值与周围环境进行比较。如上图所示，在红色分割中检测到损伤。

4、总结

可以使用视觉系统CCD 中各像素的 256 级浓度数据、检测面积（即像素数）、位置（即浓度变化点）、损伤（浓度变化）等。视觉系统可以通过高像素（增加信息量）和高速（更有利于生产线运行）更好地应用于各种生产活动。

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