機器視覺系統(tǒng)用圖像傳感器

2004年7月B版

　　通過讓機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。機器視覺(machine vision)系統(tǒng)可捕獲圖像并可以測量一件產(chǎn)品的尺寸、位置和顏色、零部件的位置或者其它的關鍵特性，從而在無人看管的情況下提供快速“通過/未通過”判斷。

　　所有的機器視覺系統(tǒng)都帶有一臺攝像機、一個計算機和捕捉圖像并進行分析的軟件。所選用的系統(tǒng)部件必須能符合具體應用的需要。因為圖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于視覺應用的成功來說具有關鍵性影響。下面將討論機器視覺中所采用的不同的圖像傳感器架構，特別是那些與電子產(chǎn)品制造有關的系統(tǒng)。

CCD的各種架構

　　所有的CCD傳感器都同時具備大量光敏感點位(像素)和讀出機構，前者將入射的光子轉換為電荷，而后者將每個點位的電荷以一定的順序輸送到一個輸出放大器中，轉移到傳感器外。人們開發(fā)出多種設計，它們往往突出某些方面的性能，而相應犧牲其它一些方面的性能，因此，有些圖像傳感器的架構更適合于機器視覺，而其它一些則更適用于從天文到業(yè)余或者職業(yè)數(shù)碼攝影等多項應用。機器視覺所采用的體系架構包括線陣式、線間轉移、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。每個陣列與至少一個讀出裝置及放大器耦合。線陣圖像傳感器適用于那些要對連續(xù)制造的產(chǎn)品(如傳送帶上的PC板，未來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)進行成像的機器視覺應用(參見圖2)?？偠灾?，線陣式傳感器總體結構簡單，適用于對扁平、快速移動的物體的成像，但在需要捕獲3D物體圖像的應用中它們往往無法與面積型傳感器相競爭。

全幀式傳感器

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

　　在機器視覺歷史的早期(上世紀80年代中期)，人們采用的是全幀面積傳感器，因為對于該應用而言它們是唯一一種分辨率足夠高的產(chǎn)品。如果一項應用需要1024