潘 紋

[摘要]主要介紹陶瓷墻地磚色差分類系統(tǒng)的硬件組成,并詳細(xì)說明檢測系統(tǒng)各部分的工作原理及相關(guān)一些概念。

[關(guān)鍵詞]檢測系統(tǒng)CCD攝像機(jī)圖像采集主機(jī)系統(tǒng)

中圖分類號:TM2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1110047-01

隨著現(xiàn)代陶瓷墻地磚生產(chǎn)工藝的迅速發(fā)展,要求陶瓷墻地磚產(chǎn)品的檢測必須具有速度快、精度高、在線自動(dòng)檢測等特點(diǎn),并向全場檢測方向發(fā)展。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3810.16-1999結(jié)合陶瓷墻地磚色差檢測分類系統(tǒng)課題要求,本檢測系統(tǒng)由圖像采集、圖像分析、結(jié)果輸出三部分組成。圖像采集由CCD彩色數(shù)字?jǐn)z像機(jī)(含視頻圖像采集功能)和計(jì)算機(jī)組成,圖像分析主要通過軟件編程完成待檢測陶瓷墻地磚的參數(shù)計(jì)算,結(jié)果輸出將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)結(jié)果輸出來。

一、檢測系統(tǒng)

根據(jù)被測的實(shí)際要求選取相應(yīng)的CCD攝像機(jī),由具體環(huán)境選用相應(yīng)的光源等配套設(shè)施,將攝像機(jī)對準(zhǔn)被測實(shí)物。

當(dāng)攝像頭對準(zhǔn)被測物體時(shí),被拍攝的圖像將成像在CCD的光敏面上,在每一個(gè)光敏單元(MOS電容器)的勢阱中存儲(chǔ)與圖像照度成正比的光生信號電完成了光電轉(zhuǎn)換和電荷的積累。然后轉(zhuǎn)移到CCD的移位寄存器中,在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下有順序地轉(zhuǎn)移和輸出,成為視頻信號。

在本檢測系統(tǒng)中,MVC系列彩色數(shù)字?jǐn)z像機(jī)含有視頻圖像采集功能,因此不需要額外增加視頻圖像采集卡,圖像數(shù)據(jù)也可以被實(shí)時(shí)地存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中,并在屏幕上顯示。調(diào)整光學(xué)圖像達(dá)到最佳狀態(tài),凍結(jié)圖像,模擬的圖像信息變成了數(shù)字信息,以待后期處理。

二、CCD攝像機(jī)

CCD攝像機(jī)是一種電荷耦合器件(Charge Coupled Device,簡稱CCD),是一種新型半導(dǎo)體器件。其突出特點(diǎn)是以電荷作為信號,而不同于其他大多數(shù)器件(以電流或電壓作為信號)。它是目前最常用的圖像輸入設(shè)備,具有惰性小、靈敏度高、抗強(qiáng)光照射、幾何失真小、均勻性好、體積小、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

CCD攝像器件的成像面由水平和垂直排列的像素組成,常用的光敏元件有pn結(jié)二極管和MOS電容兩種。攝像器件的功能是把光圖像轉(zhuǎn)變成電圖像,然后按一定順序逐個(gè)按像素讀出電圖像,使之轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號。CCD攝像器件分為成像區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)兩部分,全幀圖像在光敏成像區(qū)積累信號電荷,在場效應(yīng)期間,由場CCD移位寄存器把信號電荷一行一行傳送到存儲(chǔ)區(qū)中,然后每行信號電荷由行CCD移位寄存器傳送到輸出端,形成視頻信號。

本檢測分類系統(tǒng)選取的是MVC系列高分辨率數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。MVC系列彩色數(shù)字?jǐn)z像頭遵循USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的高分辨率、高清晰度一體化攝像頭。該系列產(chǎn)品具有最低百萬以上像素量,清晰度能達(dá)到750以上電視掃描線和板級處理功能,從而提供了高質(zhì)量的圖像采集。通過USB2.0接口,不需要額外的采集設(shè)備,即可獲得實(shí)時(shí)的無壓縮視頻數(shù)據(jù)和對圖像的捕捉。同時(shí)USB2.0即插即用的特性使得整套圖像系統(tǒng)的安裝、連接、維護(hù)變得尤其簡單、方便而快捷,應(yīng)用的場所也隨之從室內(nèi)擴(kuò)展到了室外、移動(dòng)環(huán)境。全面支持二次開發(fā),提供二次開發(fā)函數(shù)庫,通過SDK函數(shù)庫,可以實(shí)現(xiàn)對MVC系列產(chǎn)品的高級控制功能,同時(shí)提供范例程序,能夠快速的將MVC系列產(chǎn)品集成到用戶的OEM系統(tǒng)中。

三、圖像采集

視頻圖像采集卡將攝像機(jī)攝取的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號,使計(jì)算機(jī)得到所需要的數(shù)字圖像信號。通常圖像采集卡要占用PC機(jī)總線的一個(gè)插槽,并帶有外接的CCD攝像頭、圖像監(jiān)視器、視頻信號接口。圖像采集卡與攝像機(jī)、監(jiān)視器、PC機(jī)一起就構(gòu)成了一個(gè)典型微機(jī)圖像處理系統(tǒng)的基本硬件環(huán)境。圖像采集卡的工作過程如下:對攝像機(jī)輸出的景物的視頻信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后將數(shù)字圖像存放在圖像存儲(chǔ)單元的一個(gè)或多個(gè)通道中,通過計(jì)算機(jī)發(fā)出指令,將某一幀圖像靜止在圖像存儲(chǔ)通道中,即采集或捕獲了一幀圖像,計(jì)算機(jī)對采集的圖像進(jìn)行處理。采集卡上的D/A轉(zhuǎn)換電路自動(dòng)將圖像實(shí)時(shí)顯示在圖像監(jiān)視器上。高檔的圖像采集卡包括圖像處理專用的快速部件,如卷積濾波、FFT變換和實(shí)時(shí)直方圖處理器等快速部件。

四、主機(jī)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)是圖像處理的核心,它用于控制圖像的輸入和輸出設(shè)備,最重要的是對圖像信息進(jìn)行加工和變換,得到最終需要的結(jié)果。在圖像處理中,計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)的選擇取決于我們所需處理的圖像的數(shù)據(jù)量、精度、最終效果和目的等多種因素。在選擇主機(jī)系統(tǒng)時(shí),主要應(yīng)考慮計(jì)算機(jī)的類型、內(nèi)存和外部存儲(chǔ)器等方面。

圖像輸出設(shè)備是圖像處理中十分重要的設(shè)備,是生成最終成果的設(shè)備。圖像的好壞優(yōu)劣是通過輸出設(shè)備最終表現(xiàn)出來的。即使得到的圖像處理結(jié)果很好,沒有好的輸出設(shè)備將其表現(xiàn)出來,也會(huì)是極大的遺憾。一般采用顯示器作為圖像處理的輸出設(shè)備。在圖像處理顯示中,屏幕分辨率、顯示分辨率、顯示卡的存儲(chǔ)容量和顯示器刷新方式是最重要的性能指標(biāo)。

五、系統(tǒng)光源

使用光源是為了突出拍攝目標(biāo)的特征,使其不同部分之間有足夠的對比。光源是圖像采集的一個(gè)重要組成部分,在設(shè)計(jì)光源時(shí)首先要區(qū)分各種光源之間的不同。

物體的顏色與照明光源有著密切的關(guān)系,同一物體在不同光源的照明下會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色,這一因素給顏色測量的可重現(xiàn)性帶來了不便,也影響了顏色信息的交流。為了統(tǒng)一顏色的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和進(jìn)行色度計(jì)算,CIE對于顏色的測量和計(jì)算推薦了幾種標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源,其中包括標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C和、 、 等多種照明體,以及標(biāo)準(zhǔn)光源A、B和C。這樣,對顏色的評價(jià)可以在CIE規(guī)定的照明體或光源下進(jìn)行,具有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。CIE優(yōu)先推薦、、的相對光譜功率分布作為代表日光的標(biāo)準(zhǔn)照明體。

為了達(dá)到顏色測量的標(biāo)準(zhǔn)化,在可能的情況下,應(yīng)盡量使用標(biāo)準(zhǔn)照明體,而和一般作為在特定場合下的替代光源。

作者簡介:

潘紋(1973-),女,湖北黃岡人,副教授,碩士研究生,研究方向:機(jī)電一體化、制造業(yè)信息化。