CCD（像素）与视觉系统的基础知识

关于摄像元件 CCD

数码相机的构造与传统的胶片式相机（模拟式）基本相同。所不同的是数码相机中使用被称为 CCD 的光电转换元件代替胶片，图像则作为数字信息采入。
CCD 即相当于模拟式相机的胶片，那么它又是如何将图像转换为数字信号的呢？

摄像元件 CCD

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，由类似棋盘的格状排列的小像素 (pixel) 组成。

用相机拍摄风景时，拍摄对象发出的光通过镜头在 CCD 上成像。光到达 CCD 的某个像素时，将根据光的强度产生相应的电荷。将该电荷的大小读取为电信号，即可获得各像素上光的强度（浓度值）。

1/1.8型(约 9mm)

换言之，每个像素都是一个可以检测光强度的传感器（光电二极管）。所谓 200 万像素 CCD 就是一个由 200 万个光电二极管构成的集合体。

在检测位置及检测物体的尺寸均已确定的情况下，使用一个光电传感器就可以检测该位置是否存在该物体。但是，在生产线上的位置不确定、工件有不同尺寸，或者不只是检查工件是否存在，而是要测量工件大小、尺寸时，则使用一个光电传感器是远远不够的。
通过使用由数十万或数百万个传感器构成的 CCD，可以实现包括第一页中所述的四种检查在内的多种检查或检测。

视觉系统中像素数据的活用方法

前面谈到，CCD 的各像素可以检测光强度并使之数字化，而利用数十万到数百万个这样的数据就可以实现视觉系统。不知道大家是否可以理解？
作为本讲的最后部分，下面将简单说明一下各像素将光强度作为何种数据传给控制器、而控制器又是如何处理这样的数据的。

各像素数据（以最常见的黑白相机为例进行说明）

大部分图像传感器可以根据光强度将数据分为 256 个等级（8 位）。在最基本的黑白处理中，黑色（纯黑色）的数值为 “0”，白色（纯白色）的数值为 “255”，其它处于两者之间的颜色则根据光强度转换成其它数值。
换言之，CCD 的每一个像素都有一个位于 “0” （纯黑色）与 “255” （纯白色）之间的数值。例如，对于黑、白各占一半的灰色，其数值为“127”。

例1：瑕疵/缺陷检测

将检测区域分为多个段（数像素角），计算各段的平均浓度（0 ~ 255），然后加以比较。浓度值超过一定值的区域被视为有瑕疵/缺陷。

计算 4 像素角分割的平均值，然后与周围进行比较。
如上图所示，在红色分割内检测到损伤。