CCD自動(dòng)機(jī)檢測設(shè)備的工作原理【詳解】

CCD自動(dòng)機(jī)檢測設(shè)備的工作原理CCD自動(dòng)化檢測就是利用機(jī)器代替人眼來作各種測量和判斷。CCD視覺系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)綜合了光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)軟硬件等方面的技尸涉及到計(jì)算機(jī)、圖像處理、模式識(shí)別、人工智能、信號(hào)處理、光機(jī)電一體化等多個(gè)領(lǐng)域。包括數(shù)字圖像處理技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)等。ccd檢測原理嵌入式中央控制及工業(yè)級(jí)圖像高速傳輸控制技術(shù)，基于CCD/CMOS與DSP/FPGA的圖像識(shí)別與處理技術(shù)，成功建立了光電檢測系統(tǒng)。應(yīng)用模糊控制的精選參數(shù)自整定技術(shù)，使系統(tǒng)具有對(duì)精確檢測的自適應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)分選功能。光電檢測系統(tǒng)主要通過檢測被檢物的一些特征參數(shù)（灰度分布，RGB分值等），從而將缺陷信息從物體中準(zhǔn)確地識(shí)別出來，通過后續(xù)的系統(tǒng)進(jìn)行下一步操作，主要分為以下幾部分CCD/CMOS圖像采集部分系統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)采集處理板中光信號(hào)檢測元件CCD/CMOS采用進(jìn)口的適合于高精度檢測的動(dòng)態(tài)分析單路輸出型、實(shí)際數(shù)據(jù)輸出速率為320MB/S的面陣CCD/CMOS。像素分別為4000*3000和1600*1200，幀率達(dá)到10FPS。使用CCD/CMOS作為輸入圖像傳感器，從而實(shí)現(xiàn)了圖像信息從空間域到時(shí)間域的變換。為了所需的檢測精度，需要合理的分辨率。根據(jù)被檢測產(chǎn)品的大小，初步確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)分辨率為像素為0.2mm。將CCD/CMOS接收的光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓幅值，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后由DSP/FPGA芯片進(jìn)行信號(hào)采集，即視頻信號(hào)的量化處理過程圖像采集處理過程數(shù)據(jù)處理部分：在自動(dòng)檢測中，是利用基于分割的圖像匹配算法來進(jìn)行圖像的配對(duì)為基礎(chǔ)的。圖像分割的任務(wù)是將圖像分解成互不相交的一些區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域都滿足特定區(qū)域的一致性，且是連通的，不同的區(qū)域有某種差異性。分割后根據(jù)每個(gè)區(qū)域的特征來進(jìn)行圖像匹配，基于特征的匹配方法一般分為四個(gè)步驟：特征檢測、建立特征描述、特征匹配、利用匹配的“特征對(duì)"求取圖像配準(zhǔn)模型參數(shù)。CCD基本原理電荷耦合器件（ChargeCoupledDevices），簡稱CCD,是貝爾實(shí)驗(yàn)室的W.S.Boyle和G.E.Smith于1970年發(fā)明的，由于它有光電轉(zhuǎn)換、信息存儲(chǔ)、延時(shí)和將電信號(hào)按順序傳送等功能，且集成度高、功耗低，因此隨后得到飛速發(fā)展，是圖像采集及數(shù)字化處理必不可少的關(guān)鍵器件，廣泛應(yīng)用于科學(xué)、教育、醫(yī)學(xué)、商業(yè)、工業(yè)、軍事和消費(fèi)領(lǐng)域。CCD傳感器的基本原理CCD的最基本單元：MOS電容器是構(gòu)成CCD的最基本單元是，它是金屬一氧化物一半導(dǎo)體（MOS）器件中結(jié)構(gòu)最為簡單的。MOS電容器①信號(hào)電荷的產(chǎn)生：CCD工作過程的第一步是電荷的產(chǎn)生。CCD可以將入射光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電荷輸出，依據(jù)的是半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)（也就是光生伏特效應(yīng)）。②信號(hào)電荷的存儲(chǔ)：CCD工作過程的第二步是信號(hào)電荷的收集，就是將入射光子激勵(lì)出的電荷收集起來成為信號(hào)電荷包的過程。③信號(hào)電荷的傳輸（耦合）：CCD工作過程的第三步是信號(hào)電荷包的轉(zhuǎn)移，就是將所收集起來的電荷包從一個(gè)像元轉(zhuǎn)移到下一個(gè)像元，直到全部電荷包輸出完成的過程。④信號(hào)電荷的檢測：CCD工作過程的第四步是電荷的檢測，就是將轉(zhuǎn)移到輸出級(jí)的電荷轉(zhuǎn)化為電流或者電壓的過程。輸出類型，主要有以下三種：1）電流輸出2）浮置柵放大器輸出3）浮置擴(kuò)散放大器輸出V/G-4電荷檢測半導(dǎo)體 付1CCD#^V/G-4電荷檢測半導(dǎo)體 付1CCD#^’1電荷生成3電荷轉(zhuǎn)移e- e-Vref復(fù)出I2電荷存儲(chǔ)CCD工作過程示意圖CCD的MOS結(jié)構(gòu)CCD圖像傳感器是按一定規(guī)律排列的MOS（金屬一氧化物一半導(dǎo)體）電容器組成的陣列。在P型或N型硅襯底上生長一層很薄（約120nm）的二氧化硅,再在二氧化硅薄層上依次序沉積金屬或摻雜多晶硅電極（柵極），形成規(guī)則的MOS電容器陣列，再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了CCD芯片。當(dāng)向SiO浮面的電極加正偏壓時(shí)，P型硅襯底中形成耗盡區(qū)（勢阱），耗盡區(qū)的深度隨正偏壓升高而加大。其中的少數(shù)載流子（電子）被吸收到最高正偏壓電極下的區(qū)域內(nèi)（如上圖中中1極下），形成電荷包（勢阱）。對(duì)于N型硅襯底的CCD器件，電極加正偏壓時(shí)，少數(shù)載流子為空穴。CCD傳感器的結(jié)構(gòu)類型按照像素排列方式的不同，可以將CCD分為線陣和面陣兩大類。線陣CCD又分為單溝道線陣CCD和雙溝道線陣CCD單溝道線陣CCD：轉(zhuǎn)移次數(shù)多、效率低。只適用于像素單元較少的成像器件。雙溝道線陣CCD：轉(zhuǎn)移次數(shù)減少一半，它的總轉(zhuǎn)移效率也提高為原來的兩倍。線陣CCD每次掃描一條線，為了得到整個(gè)二維圖像的視頻信號(hào)，就必須用掃描的方法實(shí)現(xiàn)。面陣CCD：按照一定的方式將一維線陣CCD的光敏單元及移位寄作器排列成二維陣列。就可以構(gòu)成二維面陣CCD。分為幀轉(zhuǎn)移面陣CCD及隔列轉(zhuǎn)移面陣CCD。幀轉(zhuǎn)移面陣CCD結(jié)構(gòu)圖75KlgDglnlaID

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