丁振剛

【摘 要】采用線陣CCD圖像傳感器，將其視頻輸出信號(hào)經(jīng)過二值化處理電路處理，由單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了硬幣滾動(dòng)狀下實(shí)時(shí)非接觸測(cè)量硬幣的直徑，為硬幣的分揀提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】CCD；二值化；非接觸測(cè)量；硬幣檢測(cè)

0 引言

硬幣在回收過程中需要將不同面值混合在一起的硬幣，按照面值進(jìn)行分揀，分揀的方法有多種，直徑差異大一些的硬幣可以用簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置加以分離，直徑差別很小的一些硬幣，無法用簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置分離。線陣CCD非接觸測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)為檢測(cè)滾動(dòng)過程中硬幣的微小直徑差成為可能，為硬幣的分揀提供有效的依據(jù)。

1 CCD圖像傳感器

CCD器件于1970年在貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生，隨著半導(dǎo)體微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，CCD傳感器的集成度、分辨率、幾何精度和靈敏度不斷提高，工作頻率范圍明顯增強(qiáng)，高速工作CCD可以滿足高速運(yùn)動(dòng)物體的圖像采集，并以其光譜響應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范圍大、靈敏度和幾何精度高、噪聲低、體積小、重量輕、低功耗、抗沖擊、耐振動(dòng)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、堅(jiān)固耐用，壽命長、圖像畸變小、無殘像、可以長時(shí)間工作于惡劣環(huán)境、便于進(jìn)行各種數(shù)字化處理和與各種計(jì)算機(jī)、微處理器連接等優(yōu)點(diǎn)，在圖像采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控和非接觸測(cè)量等方面得到了廣泛應(yīng)用，成為現(xiàn)代光電子學(xué)和測(cè)試技術(shù)中最活躍、最富有成果的研究領(lǐng)域之一。

CCD是一種電荷耦合器件（Charge Coupled Device），CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel），每一個(gè)像素相當(dāng)于一個(gè)微小的光電池，也稱為感光單元。

線陣CCD器件其感光單元按照一維線狀排列，在驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)下，感光單元按時(shí)間順序，將強(qiáng)弱變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電平變化的視頻信號(hào)。每行視頻信號(hào)的幅度代表了被測(cè)目標(biāo)的光學(xué)圖像在一行掃描線上亮度的分布。

2 視頻信號(hào)的二值化處理

視頻信號(hào)的采集也分為兩種，一種是將視頻信號(hào)經(jīng)過AD變換，轉(zhuǎn)換為有灰度等級(jí)變化的視頻數(shù)字，供計(jì)算機(jī)處理。另一種將視頻信號(hào)經(jīng)過二值化處理電路轉(zhuǎn)化，每一點(diǎn)像素轉(zhuǎn)換為0和1表示的黑白亮度數(shù)據(jù)，供微處理器處理。二值化處理方法常用的有固定閾值法、浮動(dòng)閾值法和微分法三種。在外界光強(qiáng)固定的情況下采用電壓閾值比較方法按照實(shí)際情況調(diào)整好比較閾值是一種最常用的簡(jiǎn)便處理方法。在二值化處理電路設(shè)計(jì)中將CCD輸出的視頻信號(hào)送入電壓比較器的同相輸入端，比較器的反響輸入端加可調(diào)電位器就構(gòu)成了固定閾值二值化轉(zhuǎn)換電路，調(diào)整電位器可以調(diào)整二值化切割電平的閾值。二值化變換方法具有變換電路簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用在各個(gè)非接觸測(cè)量領(lǐng)域。

3 硬幣直徑的非接觸測(cè)量

非接觸測(cè)量是以光電、電磁等技術(shù)為基礎(chǔ)，在不接觸被測(cè)物體表面的情況下，得到物體表面參數(shù)信息的測(cè)量方法。CCD非接觸測(cè)量是將被測(cè)物體通過鏡頭投影的CCD感光元上，通過計(jì)量物體成像范圍內(nèi)感光元的數(shù)量來測(cè)量物體的幾何尺寸。

在硬幣分揀處理過程中，用一種機(jī)械裝置將不同直徑的硬幣依次送到一個(gè)向下傾斜的導(dǎo)軌上，硬幣在重力作用下沿著導(dǎo)軌側(cè)壁向下滾動(dòng)，為了將不同直徑的硬幣分揀處理，需要測(cè)量出硬幣的直徑，而這種測(cè)量必須在硬幣滾動(dòng)過程中非接觸測(cè)量。在導(dǎo)軌側(cè)壁開一個(gè)透光縫隙，平行光源通過透光縫隙照射到CCD感光單元陣列上，當(dāng)硬幣在導(dǎo)軌滾動(dòng)下滑經(jīng)過縫隙時(shí)，遮擋照射到CCD感光單元的光線，遮擋光線的硬幣通過鏡頭在CCD上成像，通過計(jì)數(shù)CCD被遮擋的感光元數(shù)量，即可計(jì)算出硬幣的直徑。分揀執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照硬幣的直徑將不同直徑的硬幣依次分揀到各個(gè)倉中。

東芝公司CCD器件TCD132D主要參數(shù)：

CCD元數(shù)像：1024位

像元尺寸：14um*14um

光敏元總長度：14.3mm

在實(shí)際測(cè)量過程中通過調(diào)整物距和像距將最大量程剛好成像在線陣CCD全部有效感光元上。

測(cè)量分辨率=最大量程（mm）/1024

4 結(jié)束語

實(shí)踐證明CCD二值化非接觸測(cè)量在硬幣分揀過程中，能夠很好的檢測(cè)出滾動(dòng)中硬幣的直徑尺寸，為下一步的硬幣分揀提供了有效依據(jù)。二值化處理方案具有電路簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)量小的采集處理速度快等特點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于非接觸測(cè)量的各個(gè)領(lǐng)域。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：丁艷]