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圖像處理具有以二維平面拍攝目標(biāo)物的特長(zhǎng)。因此可以廣泛應(yīng)用于自動(dòng)檢查,以代替目視檢測(cè)及目視檢查。
下面對(duì)構(gòu)成圖像處理基礎(chǔ)的CCD(像素)和圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行講解。
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(guò)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。
通過(guò)使用由數(shù)十萬(wàn)或數(shù)百萬(wàn)個(gè)傳感器構(gòu)成的 CCD,可以實(shí)現(xiàn)包括第一頁(yè)中所述的四種檢查在內(nèi)的多種檢查或檢測(cè)。
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(jué)系統(tǒng)。不知道大家是否可以理解?
作為本講的最后部分,下面將簡(jiǎn)單說(shuō)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。
亮度的 256 等級(jí)示意圖
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”。
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。
1.原圖像
2.用 2500 個(gè)像素顯示的左圖
3.放大眼睛部分后用
256 級(jí)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(jué)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。
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(guò)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。
視覺(jué)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(guò)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(jué)系統(tǒng)器更好地應(yīng)用于各種生產(chǎn)活動(dòng)中。
深圳市雙翌光電科技有限公司是一家以機(jī)器視覺(jué)為技術(shù)核心,自主技術(shù)研究與應(yīng)用拓展為導(dǎo)向的高科技企業(yè)。公司自成立以來(lái)不斷創(chuàng)新,在智能自動(dòng)化領(lǐng)域研發(fā)出視覺(jué)對(duì)位系統(tǒng)、機(jī)械手視覺(jué)定位、視覺(jué)檢測(cè)、圖像處理庫(kù)等為核心的20多款自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品。涉及自動(dòng)貼合機(jī)、絲印機(jī)、曝光機(jī)、疊片機(jī)、貼片機(jī)、智能檢測(cè)、智能鐳射等眾多行業(yè)領(lǐng)域。雙翌視覺(jué)系統(tǒng)最高生產(chǎn)精度可達(dá)um級(jí)別,圖像處理精準(zhǔn)、速度快,將智能自動(dòng)化制造行業(yè)的生產(chǎn)水平提升到一個(gè)更高的層次,改進(jìn)了以往落后的生產(chǎn)流程,得到廣大用戶的認(rèn)可與肯定。隨著智能自動(dòng)化生產(chǎn)的普及與發(fā)展,雙翌將為廣大生產(chǎn)行業(yè)帶來(lái)更全面、更精細(xì)、更智能化的技術(shù)及服務(wù)。