關于攝像元件 CCD

數碼相機的構造與傳統的膠片式相機（模擬式）基本相同。所不同的是數碼相機中使用被稱為 CCD 的光電轉換元件代替膠片，圖像則作為數字信息采入。

CCD 即相當于模擬式相機的膠片，那么它又是如何將圖像轉換為數字信號的呢？

CCD 是英語 Charge Coupled Device（電荷耦合元件）的縮寫，是一種將圖像轉換為電信號的半導體元件。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。

用相機拍攝風景時，拍攝對象發出的光通過鏡頭在 CCD 上成像。光到達 CCD 的某個像素時，將根據光的強度產生相應的電荷。將該電荷的大小讀取為電信號，即可獲得各像素上光的強度（濃度值）。

換言之，每個像素都是一個可以檢測光強度的傳感器（光電二極管）。所謂 200 萬像素 CCD 就是一個由 200 萬個光電二極管構成的集合體。

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，則使用一個光電傳感器是遠遠不夠的。

CCD是數十萬-數百萬個傳感器的集合體；

使用CCD可以實現一個傳感器所不能實現的多種檢查/檢測目的。

視覺系統中像素數據的活用方法

前面談到，CCD 的各像素可以檢測光強度并使之數字化，而利用數十萬到數百萬個這樣的數據就可以實現視覺系統。不知道大家是否可以理解？

下面將簡單說明一下各像素將光強度作為何種數據傳給控制器、而控制器又是如何處理這樣的數據的。

(1)各像的數據（以最常見的黑白相機為例進行說明）

大部分圖像傳感器可以根據光強度將數據分為 256 個等級（8 位）。在最基本的黑白處理中，黑色（純黑色）的數值為 “0”，白色（純白色）的數值為 “255”，其它處于兩者之間的顏色則根據光強度轉換成其它數值。換言之，CCD 的每一個像素都有一個位于 “0” （純黑色）與 “255” （純白色）之間的數值。例如，對于黑、白各占一半的灰色，其數值為“127”。

(2)圖像是 256 級數據的集合體

CCD 的圖像數據是構成 CCD 的各像素的數據的集合。像素數據用 256 級濃淡數據加以表示。

眼睛中央部分較黑，周圍較淡，因此中央部分的數值是 “30”，周圍部分的數值是 “90”。

如上圖所示，圖像數據的每一個像素都可以用 0 ~ 255 中的某一個數值加以表示。所謂視覺系統是指對于每一個像素，按照下例中所示的計算公式進行計算，然后找到圖像上有特征的地方。

例1：損傷/欠缺檢查

將檢測區域分為多個分割（數像素角），計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域被視為有損傷或欠缺。

計算 4 像素角分割的平均值，然后與周圍進行比較。如上圖所示，在紅色分割內檢測到損傷。

總結

視覺系統器可以利用攝像元件 CCD 中各像素的 256 級濃度數據，檢測面積（即像素數量）、位置（即濃度變化點）及損傷（濃度變化量）等。通過高像素化（增加信息量）及高速化（更利于生產線作業），可以使視覺系統器更好地應用于各種生產活動中。

審核編輯：湯梓紅