AOI设备检测图像的采集和转化

　　图像的采集设备

 

　　图像采集设备，完成的任务是将光信号转化成可以记录的电信号，能完成这类光电转换功能的有CCD（Charge Coupled Device,电荷耦合器件）类器件，CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体）类设备和PSD（Position Sensitive Detector,半导体位置敏感检出器）设备等。我们设备选择CCD作为图像采集设备。

 

　　CCD类器件相对于CMOS类器件，具有低噪声和高灵敏度的特点。CCD分为面阵（Area Arrays）型CCD和线阵（Linear Arrays）型CCD，我们采用的是面阵型的。面阵型CCD图像传感器由感光区、信号存储区和输出转移部分组成，感光区能够感受对象物体的光源，并转化成电荷，

 

　　然后通过移位寄存器输出电信号。因为CCD是面阵型的，所以需要通过水平和垂直两个移位寄存器输出电信号。

 

　　输出的电信号就是CCD采集的图像信号。

 

　　图像系统及灰度图

 

　　普通的图像都是由各种的点构成的，这些点被称为像素（pix），这些点的集合就形成了一整幅图像。对于彩色的图像有RGB、CMY、YUV、YcbCr几个系统。RGB是最常用的彩色系统，计算机系统通常使用RGB系统，是使用红色（RED）、绿色（GREEN）和蓝色（BLUE）三原色彩叠加得到各种颜色，这三种颜色被分为256级（当然还可以分成更多的级别，如512，1024等），经组合可得1600万种颜色。而CMY为减色系统，分别为青色（Cyan）、品红（Magenta）、黄色（Yellow）三种颜色，CMY系统一般用于印刷工业。这两个系统的其对应关系如图所示。

 

　　RGB、CMY关系图

 

　　RGB、CMY关系图

 

　　从上面的关系图中，可以看到白色为（255，255，255），黑色为（0，0，0），这样从白色到黑色的连线上的点是R=G=B，这些点只有亮度信息，可以成为灰度信号。我们把只含亮度信号，没有色彩信号的图像，成为灰度图，就是我们平时看到黑白照片。

 

　　在AOI设备中使用黑白CCD进行图像采集，得到的就是灰度图。这是因为对PCB上的瑕疵只需黑白信号就能表示，而且黑白CCD的解析度也远较彩色CCD高，同样面积的CCD靶面上，黑白图像的解析度是彩色图像的三倍以上。这样，我们以后提到的任何图像信号都是灰度的黑白图像。

 

　　从上述的描述可以得知，对于一个灰度点，可以有三个元素（x，ｙ，Ｄ）来表示，其中ｘ和ｙ为该点的平面坐标，Ｄ为该点的灰度值，在０到255之间．这样，一幅数字图像是一个二维的阵列，阵列元素值被称为灰度值（亮度值）。对于阵列中的任意一个像素的可以用如下公式表示：

 

　　f (x  y)＝Ｄ(x  y)

 

　　ｘ，ｙ表示点的坐标，Ｄ表示这一点的灰度值。我们采集的图像通常用这种方式来存储的。

 

　　图像的采集

 

　　图像的计算方式是以像素（pix）来计算的，pix的换算关系为１mm=48pixes。我们设备采用的CCD摄像头，采集到的一帧（frame）图像的像素为4008pix×2672pix。

 

　　这样编程时，对一帧图像的像素可以有这样的定义：

 

　　#define XAXIS    4008

 

　　#define XAXIS    2672

 

　　在设备中工作台上，要完成一次所有PCB板的图像采集，共要采集６帧图像，把这６帧图像检测完成后，即完成一次的PCB的检测流程。

 

　　再来看一下，我们从摄像头里，采集到的图像信号是怎样的格式。从摄像头里，读取到的图像结构为Ｃ锄ｅｒａＤａｔａ幸ｂｕ脓，这是一个线性存储的图像单元。我们在一帧图像中座标（ｘ，ｙ）处的像素点的灰度值Ｄ，可以用公式来得到：

 

　　Ｄ＝buffer[x+y*XAXIS]

 

　　了解图像像素的存储结构后，我们再看一下与图像采集相关的结构。

 

　　struct Capture{

 

　　int i;//X方向的位移

 

　　int j;//Y方向的位移

 

　　int rowC;//一幀图像的总的行数

 

　　int colC;//一幀图像的总的列数

 

　　int bufferNo;//存储图像的缓存编号

 

　　CameraData*buffer;//存储图像的结构

 

　　｝；

 

　　在CCD移动和拍摄时，首先要检查CCD的帧存储器里是否有图像信号可以读取，用布尔值fcancapture来检查是否有扫描到的图像信号，如果有则把图像的基本信息放入Capture的结构之中。

 

　　if (fcancapture){//检查是否有图像帧

 

　　num=getAvailFrame();//取可用的像素帧数

 

　　if (mum!=0){

 

　　Capture cp;//定义Capture类结构cp，并开始给cp的结构赋值

 

　　cp.buffer=buff[num-1];

 

　　cp.bufferNo=num;

 

　　cp.i=si;

 

　　cp.j=sj;

 

　　cp.colC=columnCount;

 

　　cp.rowC=rowCount;

 

　　cap[num]=cp;

 

　　int pxdst=pxd_goSnap(1,num);//取移动状态

 

　　Sleep(170);//延时等待CCD曝光

 

　　fcanmoveall=true;//恢复移动

 

　　fcancapture=false;//停止捕捉下一幀

 

　　｝

 

　　｝

 

　　采集后得到一帧完整的PCB图像（4008pix×2672pix）

 

　　aoi设备检测图像的采集和转化小结

 

　　AOI设备的图像采集过程，可以分为硬件的马达驱动开发，和图像读取的两个部分；这一章是上一个AOI设备马达控制的后续展开内容。

 

　　图像读取就是从CCD中采集出图像的灰度信号值，并最终被存储在CameraData*buffer的缓冲区内。对于一次采集，我们在工作台上要采集６帧图像，为此系统建立一个结构Capture来控制图像信号的读取，该结构会控制帧图像在工作台上的位置，以及行列信号值。

 

　　我们将马达的驱动和信号的读取，这两部分肯机地结合起来，就完成了AOI设备的图像采集模块的设计，并实现了该模块的功能。