機(jī)器視覺檢測圖像處理相關(guān)知識講解

圖像處理具有以二維平面拍攝目標(biāo)物的特長。因此可以廣泛應(yīng)用于自動檢查，以代替目視檢測及目視檢查。下面對構(gòu)成圖像處理基礎(chǔ)的CCD（像素）和圖像處理的基礎(chǔ)知識進(jìn)行講解。關(guān)于攝像元件CCD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)字信號的呢？CCD是英語ChargeCoupledDevice（電荷耦合元件）的縮寫，是一種將圖像轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體元件。大小約為長寬各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)，拍攝對象發(fā)出的光通過鏡頭在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，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)可以檢測光強(qiáng)度的傳感器（光電二極管）。所謂200萬像素CCD就是一個(gè)由200萬個(gè)光電二極管構(gòu)成的集合體。在檢測位置及檢測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。

通過使用由數(shù)十萬或數(shù)百萬個(gè)傳感器構(gòu)成的CCD，可以實(shí)現(xiàn)包括第一頁中所述的四種檢查在內(nèi)的多種檢查或檢測。視覺系統(tǒng)中像素?cái)?shù)據(jù)的活用方法前面談到，CCD的各像素可以檢測光強(qiáng)度并使之?dāng)?shù)字化，而利用數(shù)十萬到數(shù)百萬個(gè)這樣的數(shù)據(jù)就可以實(shí)現(xiàn)視覺系統(tǒng)。不知道大家是否可以理解？

作為本講的最后部分，下面將簡單說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。各像素?cái)?shù)據(jù)（以最常見的黑白相機(jī)為例進(jìn)行說明）亮度的256等級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（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，對于黑、白各占一半的灰色，其數(shù)值為“127”。圖像是256級數(shù)據(jù)的集合體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。所謂視覺系統(tǒng)是指對于每一個(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。例1：損傷/欠缺檢查將檢測區(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)檢測到損傷。CCD基礎(chǔ)和視覺系統(tǒng)總結(jié)視覺系統(tǒng)器可以利用攝像元件CCD中各像素的256級濃度數(shù)據(jù)，檢測面積（即像素?cái)?shù)量）、