圖像處(chu)理具有以二維平面(mian)拍攝目標物(wu)的(de)特長。因此(ci)可以廣泛應用于自動檢(jian)查(cha)，以代替(ti)目視檢(jian)測及目視檢(jian)查(cha)。

       下面對構成(cheng)圖像(xiang)處理基礎的CCD（像(xiang)素(su)）和圖像(xiang)處理的基礎知識(shi)進行講解。

關于攝像元件 CCD

       數碼相(xiang)機的(de)(de)構(gou)造(zao)與(yu)傳統的(de)(de)膠片(pian)(pian)式(shi)相(xiang)機（模擬式(shi)）基(ji)本相(xiang)同。所(suo)不同的(de)(de)是數碼相(xiang)機中使用被稱為(wei)(wei) CCD 的(de)(de)光電(dian)轉換元件代替膠片(pian)(pian)，圖(tu)像則作為(wei)(wei)數字信息采(cai)入。

       CCD 即(ji)相當于模擬式(shi)相機的膠片，那么它(ta)又是如何將圖(tu)像轉(zhuan)換(huan)為數字(zi)信號的呢？

       CCD 是英(ying)語 Charge Coupled Device（電荷耦合元件(jian)）的縮寫(xie)，是一種(zhong)將圖像轉(zhuan)換為電信號的半導體元件(jian)。大小約為長寬各(ge) 1 厘米(mi)左右，由類似棋(qi)盤的格狀排列的小像素 (pixel) 組(zu)成。

        用(yong)相機拍攝(she)風景時，拍攝(she)對象發(fa)出的(de)(de)光通過鏡頭在 CCD 上成像(xiang)(xiang)。光到達 CCD 的(de)(de)某個(ge)像(xiang)(xiang)素時，將根(gen)據光的(de)(de)強度產生相應的(de)(de)電荷(he)(he)。將該電荷(he)(he)的(de)(de)大(da)小讀取為電信號，即(ji)可獲得各像(xiang)(xiang)素上光的(de)(de)強度（濃度值）。

       換言之，每個像(xiang)素(su)都是一(yi)個可以檢(jian)測光(guang)強度的(de)傳感器(qi)（光(guang)電二極管）。所謂 200 萬(wan)像(xiang)素(su) CCD 就是一(yi)個由 200 萬(wan)個光(guang)電二極管構成的(de)集(ji)合體。

       在檢測(ce)位置(zhi)及檢測(ce)物(wu)體(ti)的(de)尺(chi)寸均已確定的(de)情況下(xia)，使用(yong)一個(ge)(ge)光(guang)電傳感(gan)器就可以檢測(ce)該(gai)位置(zhi)是否(fou)存在該(gai)物(wu)體(ti)。但是，在生產(chan)線上的(de)位置(zhi)不確定、工(gong)件(jian)有不同(tong)尺(chi)寸，或者不只(zhi)是檢查(cha)工(gong)件(jian)是否(fou)存在，而是要測(ce)量工(gong)件(jian)大小、尺(chi)寸時，則使用(yong)一個(ge)(ge)光(guang)電傳感(gan)器是遠(yuan)遠(yuan)不夠的(de)。

       通過使(shi)用由數(shu)十萬(wan)或數(shu)百(bai)萬(wan)個傳感器構(gou)成的(de) CCD，可以實現包括(kuo)第一頁中(zhong)所述(shu)的(de)四種(zhong)檢(jian)查(cha)在內的(de)多種(zhong)檢(jian)查(cha)或檢(jian)測。

視覺系統中像素數據的活用方法

       前面談到(dao)，CCD 的各像(xiang)素可以(yi)檢測光(guang)強度并使之數(shu)字(zi)化，而利用數(shu)十萬到(dao)數(shu)百萬個這(zhe)樣的數(shu)據就可以(yi)實現(xian)視(shi)覺系統(tong)。不(bu)知(zhi)道(dao)大家是否可以(yi)理(li)解？

       作為本講的最后(hou)部(bu)分，下(xia)面將簡(jian)單說明一下(xia)各像素將光(guang)強(qiang)度作為何種數(shu)(shu)據(ju)傳給控制器(qi)、而控制器(qi)又是如何處(chu)理這(zhe)樣的數(shu)(shu)據(ju)的。

各像素數據（以最常見的黑白相機為例進行說明）

亮度(du)的(de) 256 等級(ji)示(shi)意(yi)圖

   ;    大部分圖像傳感器可以根(gen)據光(guang)(guang)強度將數據分為 256 個等級（8 位）。在最基(ji)本的(de)黑(hei)白處理中，黑(hei)色(se)（純黑(hei)色(se)）的(de)數值為 “0”，白色(se)（純白色(se)）的(de)數值為 “255”，其(qi)它處于(yu)兩者(zhe)之間(jian)的(de)顏色(se)則根(gen)據光(guang)(guang)強度轉換成其(qi)它數值。

       換言之(zhi)，CCD 的每一(yi)個(ge)像素都有一(yi)個(ge)位于(yu) “0” （純黑色(se)）與(yu) “255” （純白色(se)）之(zhi)間的數(shu)值(zhi)。例如(ru)，對(dui)于(yu)黑、白各占一(yi)半的灰色(se)，其數(shu)值(zhi)為“127”。

圖像是 256 級數據的集合體

       CCD 的圖像數據是構成 CCD 的各像素的數據的集合。

       像素數據(ju)用 256 級濃淡(dan)數據(ju)加以表示。

1.原圖像

2.用 2500 個像素顯示的左圖

3.放大眼睛部分后用

256 級(ji)數據加以表示

       眼(yan)睛中央部(bu)分(fen)(fen)較(jiao)黑，周圍較(jiao)淡，因此(ci)中央部(bu)分(fen)(fen)的數(shu)值(zhi)是 “30”，周圍部(bu)分(fen)(fen)的數(shu)值(zhi)是 “90”。

       如上(shang)圖(tu)所示(shi)，圖(tu)像(xiang)數(shu)據(ju)的(de)每一(yi)個(ge)像(xiang)素(su)都(dou)可以用 0 ~ 255 中(zhong)的(de)某一(yi)個(ge)數(shu)值加以表示(shi)。所謂(wei)視(shi)覺(jue)系(xi)統是指(zhi)對(dui)于每一(yi)個(ge)像(xiang)素(su)，按(an)照(zhao)下(xia)例中(zhong)所示(shi)的(de)計算公式(shi)進行(xing)計算，然后(hou)找到圖(tu)像(xiang)上(shang)有特征(zheng)的(de)地方。

例1：損傷/欠缺檢查

       將(jiang)檢(jian)測區(qu)域分(fen)為(wei)多個(ge)分(fen)割(ge)（數像素角(jiao)），計算各分(fen)割(ge)的(de)(de)平(ping)均(jun)濃(nong)度(du)（0 ~ 255），然后加以比較(jiao)。濃(nong)度(du)值(zhi)超(chao)過一定值(zhi)的(de)(de)區(qu)域被視(shi)為(wei)有(you)損傷或欠缺。

       計算 4 像素角分割的平均值，然后與周圍(wei)進行比較。       

        如上圖所(suo)示，在紅色分割內檢測到損傷。

CCD基礎和視覺系統總結

       視(shi)覺系統器可以利用(yong)攝像(xiang)元件 CCD 中各像(xiang)素(su)的 256 級濃(nong)度數據，檢(jian)測面積（即像(xiang)素(su)數量(liang)(liang)）、位置（即濃(nong)度變化(hua)點）及損傷(shang)（濃(nong)度變化(hua)量(liang)(liang)）等。

       通過高像素化(hua)（增加信息量）及高速化(hua)（更(geng)利于(yu)生產線作業），可以使視覺(jue)系統器更(geng)好地(di)應用于(yu)各種生產活動中。

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