線陣CCD圖像信號二值化處理在硬幣檢測中的應用

丁振剛

【摘 要】采用線陣CCD圖像傳感器，將其視頻輸出信號經過二值化處理電路處理，由單片機讀取數據、處理數據，實現了硬幣滾動狀下實時非接觸測量硬幣的直徑，為硬幣的分揀提供了依據。

【關鍵詞】CCD；二值化；非接觸測量；硬幣檢測

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單的機械裝置加以分離，直徑差別很小的一些硬幣，無法用簡單的機械裝置分離。線陣CCD非接觸測量技術的出現為檢測滾動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。

1 CCD圖像傳感器

CCD器件于1970年在貝爾實驗室誕生，隨著半導體微電子技術的迅速發展，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，高速工作CCD可以滿足高速運動物體的圖像采集，并以其光譜響應寬、動態范圍大、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、抗電磁干擾能力強、堅固耐用，壽命長、圖像畸變小、無殘像、可以長時間工作于惡劣環境、便于進行各種數字化處理和與各種計算機、微處理器連接等優點，在圖像采集、實時監控和非接觸測量等方面得到了廣泛應用，成為現代光電子學和測試技術中最活躍、最富有成果的研究領域之一。

CCD是一種電荷耦合器件（Charge Coupled Device），CCD上植入的微小光敏物質稱作像素（Pixel），每一個像素相當于一個微小的光電池，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，在驅動電路的驅動下，感光單元按時間順序，將強弱變化的光信號轉換為電平變化的視頻信號。每行視頻信號的幅度代表了被測目標的光學圖像在一行掃描線上亮度的分布。

2 視頻信號的二值化處理

視頻信號的采集也分為兩種，一種是將視頻信號經過AD變換，轉換為有灰度等級變化的視頻數字，供計算機處理。另一種將視頻信號經過二值化處理電路轉化，每一點像素轉換為0和1表示的黑白亮度數據，供微處理器處理。二值化處理方法常用的有固定閾值法、浮動閾值法和微分法三種。在外界光強固定的情況下采用電壓閾值比較方法按照實際情況調整好比較閾值是一種最常用的簡便處理方法。在二值化處理電路設計中將CCD輸出的視頻信號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電位器就構成了固定閾值二值化轉換電路，調整電位器可以調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單、數據量小，數據處理簡單等特點。廣泛應用在各個非接觸測量領域。

3 硬幣直徑的非接觸測量

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

在硬幣分揀處理過程中，用一種機械裝置將不同直徑的硬幣依次送到一個向下傾斜的導軌上，硬幣在重力作用下沿著導軌側壁向下滾動，為了將不同直徑的硬幣分揀處理，需要測量出硬幣的直徑，而這種測量必須在硬幣滾動過程中非接觸測量。在導軌側壁開一個透光縫隙，平行光源通過透光縫隙照射到CCD感光單元陣列上，當硬幣在導軌滾動下滑經過縫隙時，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，通過計數CCD被遮擋的感光元數量，即可計算出硬幣的直徑。分揀執行機構按照硬幣的直徑將不同直徑的硬幣依次分揀到各個倉中。

東芝公司CCD器件TCD132D主要參數：

CCD元數像：1024位

像元尺寸：14um*14um

光敏元總長度：14.3mm

在實際測量過程中通過調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。

測量分辨率=最大量程（mm）/1024

4 結束語

實踐證明CCD二值化非接觸測量在硬幣分揀過程中，能夠很好的檢測出滾動中硬幣的直徑尺寸，為下一步的硬幣分揀提供了有效依據。二值化處理方案具有電路簡單、數據量小的采集處理速度快等特點，非常適合應用于非接觸測量的各個領域。

【參考文獻】

[1]東芝公司TCD132D器件手冊[S].

[2]中國兵器工業第二O五所西安康發電視技術公司.線陣CCD測量系統使用說明[Z].

[3]萬振凱，趙桂敏.CCD在動態物體間距測量中的應用[J].電子與自動化，1992（6）.

[責任編輯：丁艷]