機(jī)器視覺系統(tǒng)用圖像傳感器

2004年7月B版

　　通過(guò)讓機(jī)器具有某種可視的能力，制造商們獲得了一種有力的質(zhì)量控制工具。機(jī)器視覺(machine vision)系統(tǒng)可捕獲圖像并可以測(cè)量一件產(chǎn)品的尺寸、位置和顏色、零部件的位置或者其它的關(guān)鍵特性，從而在無(wú)人看管的情況下提供快速“通過(guò)/未通過(guò)”判斷。

　　所有的機(jī)器視覺系統(tǒng)都帶有一臺(tái)攝像機(jī)、一個(gè)計(jì)算機(jī)和捕捉圖像并進(jìn)行分析的軟件。所選用的系統(tǒng)部件必須能符合具體應(yīng)用的需要。因?yàn)閳D像傳感器確定了成像系統(tǒng)的速度和分辨率，故正確的圖像傳感器的選取對(duì)于視覺應(yīng)用的成功來(lái)說(shuō)具有關(guān)鍵性影響。下面將討論機(jī)器視覺中所采用的不同的圖像傳感器架構(gòu)，特別是那些與電子產(chǎn)品制造有關(guān)的系統(tǒng)。

CCD的各種架構(gòu)

　　所有的CCD傳感器都同時(shí)具備大量光敏感點(diǎn)位(像素)和讀出機(jī)構(gòu)，前者將入射的光子轉(zhuǎn)換為電荷，而后者將每個(gè)點(diǎn)位的電荷以一定的順序輸送到一個(gè)輸出放大器中，轉(zhuǎn)移到傳感器外。人們開發(fā)出多種設(shè)計(jì)，它們往往突出某些方面的性能，而相應(yīng)犧牲其它一些方面的性能，因此，有些圖像傳感器的架構(gòu)更適合于機(jī)器視覺，而其它一些則更適用于從天文到業(yè)余或者職業(yè)數(shù)碼攝影等多項(xiàng)應(yīng)用。機(jī)器視覺所采用的體系架構(gòu)包括線陣式、線間轉(zhuǎn)移、全幀和幀傳輸式等多種傳感器類型。

線陣式圖像傳感器

　　一個(gè)線陣式圖像傳感器(逐線掃描)包含一條或者多條像素直線陣列。每個(gè)陣列與至少一個(gè)讀出裝置及放大器耦合。線陣圖像傳感器適用于那些要對(duì)連續(xù)制造的產(chǎn)品(如傳送帶上的PC板，未來(lái)的印刷塑性電路板以及其它薄型、卷狀的產(chǎn)品，如雜志、印刷布和/或紙幣)進(jìn)行成像的機(jī)器視覺應(yīng)用(參見圖2)。總而言之，線陣式傳感器總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于對(duì)扁平、快速移動(dòng)的物體的成像，但在需要捕獲3D物體圖像的應(yīng)用中它們往往無(wú)法與面積型傳感器相競(jìng)爭(zhēng)。

全幀式傳感器

　　全幀式傳感器將光電敏感與讀出結(jié)合起來(lái)。由于不存在單獨(dú)的存儲(chǔ)區(qū)，故需要一個(gè)外部的快門(或者同步頻閃照明)防止入射光在任何電荷轉(zhuǎn)移發(fā)生前照亮像素(見圖3)。如果不采用快門或頻閃 ，則圖像會(huì)出現(xiàn)拖尾污跡效果。

　　在機(jī)器視覺歷史的早期(上世紀(jì)80年代中期)，人們采用的是全幀面積傳感器，因?yàn)閷?duì)于該應(yīng)用而言它們是唯一一種分辨率足夠高的產(chǎn)品。如果一項(xiàng)應(yīng)用需要1024