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分类: 网络与安全

2012-06-28 16:53:53

随着机器视觉技术的逐步成熟,越来越多的行业已经利用这一技术应用来为企业生产更好的服务,产品外观质量检测就是其中一项。

产品表面残缺检测系统是由多只线扫描,按生产线的速度同步进行图像摄取,将摄取到的图像转化为数字信号传送给图像处理系统;图像处理系统再根据所得信息与表面无残缺的产品模板进行匹配,进而根据匹配结果来识别图像的内容或控制现场的设备动作,匹配成功则通过检测,匹配不成功发出信号进行相应操作。

据在资深技术员张涛介绍,他目前在从事的就是CCD相机的开发工作,CCD相机分为线扫描CCD相机和面扫描CCD相机。他介绍说,线阵CCD相机具有灵敏度高,动态范围大,性价比高等特点。由于其结构简单,成本较低,并且可以同时储存一行电视信号,加上它可以做很多单排感光单元,在同等测量精度的前提下,线阵CCD相机的测量范围可以做的较大,并且由于线阵CCD实时传输光电变换信号和自扫描速度快、频率响应高,可以实现动态测量,并能在低照明度下工作,所以线阵CCD广泛地应用在产品尺寸测量和分类、非接触尺寸测量、条形码等许多领域。

面扫描CCD电荷包的转移情况与的器件类似,只是它的形式较多。结构简单,则摄象质量不好,反之摄象质量好的,驱动电路就会变得复杂。再加上生产技术的制约,单个面阵CCD的面积很难达到一般工业测量对视场的需求。

新近市场上研制出了一种线阵CCD 亚像元的拼接技术,该技术可提高CCD的分辨率,缓解了由于受工艺和材料影响而很难减小CCD像元尺寸的难题,在理论上可获得比更高的分辨率和精度。所以线阵CCD被广泛应用。

 

线阵相机

主要应用于工业、医疗、科研与安全领域的图象处理。 在机器视觉领域中,线阵相机是一类特殊的视觉机器。与面阵相机相比,它的传感器只有一行感光元素,因此使高扫描频率和高分辨率成为可能。线阵相机的典型应用领域是检测连续的材料,例如金属、塑料、纸和纤维等。被检测的物体通常匀速运动 , 利用一台或多台相机对其逐行连续扫描 , 以达到对其整个表面均匀检测。可以对其图象一行一行进行处理 , 或者对由多行组成的面阵图象进行处理。另外线阵相机非常适合测量场合,这要归功于传感器的高分辨率 , 它可以准确测量到微米。  


1,线阵相机,机顾名思义是呈“线”状的。虽然也是二维图象,但极长,几K的长度,而宽度却只有几个象素的而已。一般上只在两种情况下使用这种相机:一、被测视野为细长的带状,多用于滚筒上检测的问题。二、需要极大的视野或极高的精度。


2,在第二种情况下(需要极大的视野或极高的精度),就需要用激发装置多次激发相机,进行多次拍照,再将所拍下的多幅“条”形图象,合并成一张巨大的图。因此,用线阵型相机,必须用可以支持线阵型相机的采集卡。 线阵型相机价格贵,而且在大的视野或高的精度检测情况下,其检测速度也慢--一般相机的图象是 400K~1M,而合并后的图象有几个M这么大,速度自然就慢了。慢功出细活嘛
由于以上这两个原因,线阵相机只用在极特殊的情况下。

AOI面阵相机

相机像素 是指这个相机总共有多少个感光晶片,通常用万个为单位表示,以矩阵排列,例如3百万像素、2百万像素、百万像素、40万像素。百万像素相机的像素矩阵为W*H=1000*1000.

相机分辨率,指一个像素表示实际物体的大小,用um*um表示,AOI常用的分辨率有30um,25um,20um,18um,15um等。数值越小,分辨率越高。

FOV是指AOI相机实际拍摄的面积,以毫米×毫米表示。FOV是由像素多少和分辨率决定的。相同的相机,分辨率越大,它的FOV就越小。例如1K*1K的相机,分辨率为20um,则他的FOV=1K*20 × 1k*20=20mm ×20mm,如果用30um的分辨率,他的FOV=1K*30×1k*30=30mm×30mm。

在图像中,表现图像细节不是由像素多少决定的,而是由分辨率决定的。分辨率是由厂商选择的镜头焦距决定的,同一种相机,选用不同焦距的镜头,分辨率就不同。如果一家AOI采用20um分辨率,对于1mm*0.5mm的零件,它总共占用像素1/0.02 ×0.5/0.02=50×25个像素,如果采用30um的分辨率,表示同一个元件,则有1/0.03×0.5/0.03=33×17个像素,显然20um的分辨率表现图像细节方面好过30um的分辨率。

既然像素的多少不决定图像的分辨率(清晰度),那么大像素相机有何好处呢?答案只有一个:减少拍摄次数,提高AOI的测试速度。B

1个是1百万像素,另1个是3百万像素,清晰度相同(分辨率均为20um),第1个相机的FOV是20mm×20mm=400平方mm,第二个相机的FOV是1200平方mm,拍摄同一个PCB,假设第1个相机要拍摄30个图像,第2个相机则只需拍摄10个图像就可以了。 + =


显然,我们用户没必要太深入全面了解AOI的相机,但相机作为AOI的一个重要部件,我个人认为,从以下几个方面简单评价就已经足够了: s> 6G\r$
1.了解相机的分辨率,例如要测试英制0402元件,至少需要25um的分辨率。 v''Q J
2.看图像的质量,是否清晰,对比度是否好,是否能将我们关心的特征部分表现出来。 因为图像质量不仅决定于相机,还决定于镜头、采集卡和光源等U} "
3.要关注AOI的整体测试速度,而不是关注像素多少。像素多固然对速度有好处,但AOI的测试速度是由XY平台的移动、相机的拍摄性能、图像处理速度、整个系统的优化等综合因素决定,作为用户来讲,我们考虑的是最终的测试速度.


工业相机按照传感器结构分为面阵CCD相机与线阵CCD相机。

      面阵CCD的优点是可以获取二维图像信息,测量图像直观。缺点是像元总数多,而每行的像元数一般较线阵少,帧幅率受到限制,因此其应用面较广,如面积、形状、尺寸、位置,甚至温度等的测量。由于生产技术的制约,单个面阵CCD的面积很难达到一般工业测量对视场的需求。

      而线阵CCD的优点是一维像元数可以做得很多,而总像元数角较面阵CCD相机少,而且像元尺寸比较灵活,帧幅数高,特别适用于一维动态目标的测量。而且线阵CCD 分辨力高,价格低廉,可满足大多数测量视场的要求,但要用线阵CCD获取二维图像,必须配以扫描运动,而且为了能确定图像每一像素点在被测件上的对应位置,还必须配以光栅等器件以记录线阵CCD每一扫描行的坐标。一般看来,这两方面的要求导致用线阵CCD获取图像有以下不足:图像获取时间长,测量效率低;由于扫描运动及相应的位置反馈环节的存在,增加了系统复杂性和成本;图像精度可能受扫描运动精度的影响而降低,最终影响测量精度。

  即便如此,线阵CCD获取图像的方案在以下几方面仍有其特有的优势:线阵CCD加上扫描机构及位置反馈环节,其成本仍然大大低于同等面积、同等分辨率的面阵CCD;扫描行的坐标由光栅提供,高精度的光栅尺的示值精度可高于面阵CCD像元间距的制造精度,从这个意义上讲,线阵CCD获取的图像在扫描方向上的精度可高于面阵CCD图像;新近出现的线阵CCD 亚像元的拼接技术可将两个CCD芯片的像元在线阵的排列长度方向上用光学的方法使之相互错位1/2个像元,相当于将第二片CCD的所有像元依次插入第一片CCD的像元间隙中,间接“减小”线阵CCD像元尺寸,提高了CCD的分辨率,缓解了由于受工艺和材料影响而很难减小CCD像元尺寸的难题,在理论上可获得比面阵CCD更高的分辨率和精度。

  因此,线阵CCD加扫描运动获取图像的方案目前仍使用广泛,尤其是在要求视场大,图像分辨率高的情况下甚至不能用面阵CCD替代。但是,仅有高的分辨率还不能保证有高的图像识别精度,特别是线阵CCD获取的图像虽然分辨率高,但由于受扫描运动精度的影响,其图像较面阵CCD图像更具特殊性。因此,图像识别时不仅要充分利用分辨率高的优势,还必须从算法上克服扫描运动的影响,使机械传动的误差不致直接影响最终的图像识别精度。

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