陶瓷墻地磚色差分類系統的硬件組成

潘 紋

[摘要]主要介紹陶瓷墻地磚色差分類系統的硬件組成,并詳細說明檢測系統各部分的工作原理及相關一些概念。

[關鍵詞]檢測系統CCD攝像機圖像采集主機系統

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

隨著現代陶瓷墻地磚生產工藝的迅速發展,要求陶瓷墻地磚產品的檢測必須具有速度快、精度高、在線自動檢測等特點,并向全場檢測方向發展。根據國家標準GB/T3810.16-1999結合陶瓷墻地磚色差檢測分類系統課題要求,本檢測系統由圖像采集、圖像分析、結果輸出三部分組成。圖像采集由CCD彩色數字攝像機(含視頻圖像采集功能)和計算機組成,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計算,結果輸出將計算得到的數據結果輸出來。

一、檢測系統

根據被測的實際要求選取相應的CCD攝像機,由具體環境選用相應的光源等配套設施,將攝像機對準被測實物。

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

在本檢測系統中,MVC系列彩色數字攝像機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,圖像數據也可以被實時地存儲到計算機內存中,并在屏幕上顯示。調整光學圖像達到最佳狀態,凍結圖像,模擬的圖像信息變成了數字信息,以待后期處理。

二、CCD攝像機

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

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結二極管和MOS電容兩種。攝像器件的功能是把光圖像轉變成電圖像,然后按一定順序逐個按像素讀出電圖像,使之轉變為視頻信號。CCD攝像器件分為成像區和存儲區兩部分,全幀圖像在光敏成像區積累信號電荷,在場效應期間,由場CCD移位寄存器把信號電荷一行一行傳送到存儲區中,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。

本檢測分類系統選取的是MVC系列高分辨率數字攝像機。MVC系列彩色數字攝像頭遵循USB2.0標準的高分辨率、高清晰度一體化攝像頭。該系列產品具有最低百萬以上像素量,清晰度能達到750以上電視掃描線和板級處理功能,從而提供了高質量的圖像采集。通過USB2.0接口,不需要額外的采集設備,即可獲得實時的無壓縮視頻數據和對圖像的捕捉。同時USB2.0即插即用的特性使得整套圖像系統的安裝、連接、維護變得尤其簡單、方便而快捷,應用的場所也隨之從室內擴展到了室外、移動環境。全面支持二次開發,提供二次開發函數庫,通過SDK函數庫,可以實現對MVC系列產品的高級控制功能,同時提供范例程序,能夠快速的將MVC系列產品集成到用戶的OEM系統中。

三、圖像采集

視頻圖像采集卡將攝像機攝取的模擬信號轉換成數字圖像信號,使計算機得到所需要的數字圖像信號。通常圖像采集卡要占用PC機總線的一個插槽,并帶有外接的CCD攝像頭、圖像監視器、視頻信號接口。圖像采集卡與攝像機、監視器、PC機一起就構成了一個典型微機圖像處理系統的基本硬件環境。圖像采集卡的工作過程如下:對攝像機輸出的景物的視頻信號進行實時采集,經A/D轉換后將數字圖像存放在圖像存儲單元的一個或多個通道中,通過計算機發出指令,將某一幀圖像靜止在圖像存儲通道中,即采集或捕獲了一幀圖像,計算機對采集的圖像進行處理。采集卡上的D/A轉換電路自動將圖像實時顯示在圖像監視器上。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變換和實時直方圖處理器等快速部件。

四、主機系統

計算機主機系統是圖像處理的核心,它用于控制圖像的輸入和輸出設備,最重要的是對圖像信息進行加工和變換,得到最終需要的結果。在圖像處理中,計算機主機系統的選擇取決于我們所需處理的圖像的數據量、精度、最終效果和目的等多種因素。在選擇主機系統時,主要應考慮計算機的類型、內存和外部存儲器等方面。

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

五、系統光源

使用光源是為了突出拍攝目標的特征,使其不同部分之間有足夠的對比。光源是圖像采集的一個重要組成部分,在設計光源時首先要區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系,同一物體在不同光源的照明下會呈現不同的顏色,這一因素給顏色測量的可重現性帶來了不便,也影響了顏色信息的交流。為了統一顏色的評價標準和進行色度計算,CIE對于顏色的測量和計算推薦了幾種標準照明體和標準光源,其中包括標準照明體A、B、C和、 、 等多種照明體,以及標準光源A、B和C。這樣,對顏色的評價可以在CIE規定的照明體或光源下進行,具有了統一的標準。CIE優先推薦、、的相對光譜功率分布作為代表日光的標準照明體。

為了達到顏色測量的標準化,在可能的情況下,應盡量使用標準照明體,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:機電一體化、制造業信息化。