机器视觉系统用图像传感器

2004年7月B版

　　通过让机器具有某种可视的能力，制造商们获得了一种有力的质量控制工具。机器视觉(machine vision)系统可捕获图像并可以测量一件产品的尺寸、位置和颜色、零部件的位置或者其它的关键特性，从而在无人看管的情况下提供快速“通过/未通过”判断。

　　所有的机器视觉系统都带有一台摄像机、一个计算机和捕捉图像并进行分析的软件。所选用的系统部件必须能符合具体应用的需要。因为图像传感器确定了成像系统的速度和分辨率，故正确的图像传感器的选取对于视觉应用的成功来说具有关键性影响。下面将讨论机器视觉中所采用的不同的图像传感器架构，特别是那些与电子产品制造有关的系统。

CCD的各种架构

　　所有的CCD传感器都同时具备大量光敏感点位(像素)和读出机构，前者将入射的光子转换为电荷，而后者将每个点位的电荷以一定的顺序输送到一个输出放大器中，转移到传感器外。人们开发出多种设计，它们往往突出某些方面的性能，而相应牺牲其它一些方面的性能，因此，有些图像传感器的架构更适合于机器视觉，而其它一些则更适用于从天文到业余或者职业数码摄影等多项应用。机器视觉所采用的体系架构包括线阵式、线间转移、全帧和帧传输式等多种传感器类型。

线阵式图像传感器

　　一个线阵式图像传感器(逐线扫描)包含一条或者多条像素直线阵列。每个阵列与至少一个读出装置及放大器耦合。线阵图像传感器适用于那些要对连续制造的产品(如传送带上的PC板，未来的印刷塑性电路板以及其它薄型、卷状的产品，如杂志、印刷布和/或纸币)进行成像的机器视觉应用(参见图2)。总而言之，线阵式传感器总体结构简单，适用于对扁平、快速移动的物体的成像，但在需要捕获3D物体图像的应用中它们往往无法与面积型传感器相竞争。

全帧式传感器

　　全帧式传感器将光电敏感与读出结合起来。由于不存在单独的存储区，故需要一个外部的快门(或者同步频闪照明)防止入射光在任何电荷转移发生前照亮像素(见图3)。如果不采用快门或频闪 ，则图像会出现拖尾污迹效果。

　　在机器视觉历史的早期(上世纪80年代中期)，人们采用的是全帧面积传感器，因为对于该应用而言它们是唯一一种分辨率足够高的产品。如果一项应用需要1024