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AOI設(shè)備檢測(cè)圖像的采集和轉(zhuǎn)化

閱讀：723發(fā)布時(shí)間：2016-3-14

PCB圖像的采集是AOI設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的關(guān)鍵步驟之一，采集的圖像信息將會(huì)用在以后的圖像處理模塊中。

圖像的采集設(shè)備

圖像采集設(shè)備，完成的任務(wù)是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成可以記錄的電信號(hào)，能完成這類光電轉(zhuǎn)換功能的有CCD（Charge Coupled Device,電荷耦合器件）類器件，CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）類設(shè)備和PSD（Position Sensitive Detector,半導(dǎo)體位置敏感檢出器）設(shè)備等。我們?cè)O(shè)備選擇CCD作為圖像采集設(shè)備。

CCD類器件相對(duì)于CMOS類器件，具有低噪聲和高靈敏度的特點(diǎn)。CCD分為面陣（Area Arrays）型CCD和線陣（Linear Arrays）型CCD，我們采用的是面陣型的。面陣型CCD圖像傳感器由感光區(qū)、信號(hào)存儲(chǔ)區(qū)和輸出轉(zhuǎn)移部分組成，感光區(qū)能夠感受對(duì)象物體的光源，并轉(zhuǎn)化成電荷，

然后通過(guò)移位寄存器輸出電信號(hào)。因?yàn)镃CD是面陣型的，所以需要通過(guò)水平和垂直兩個(gè)移位寄存器輸出電信號(hào)。

輸出的電信號(hào)就是CCD采集的圖像信號(hào)。

圖像系統(tǒng)及灰度圖

普通的圖像都是由各種的點(diǎn)構(gòu)成的，這些點(diǎn)被稱為像素（pix），這些點(diǎn)的集合就形成了一整幅圖像。對(duì)于彩色的圖像有RGB、CMY、YUV、YcbCr幾個(gè)系統(tǒng)。RGB是zui常用的彩色系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常使用RGB系統(tǒng)，是使用紅色（RED）、綠色（GREEN）和藍(lán)色（BLUE）三原色彩疊加得到各種顏色，這三種顏色被分為256級(jí)（當(dāng)然還可以分成更多的級(jí)別，如512，1024等），經(jīng)組合可得1600萬(wàn)種顏色。而CMY為減色系統(tǒng)，分別為青色（Cyan）、品紅（Magenta）、黃色（Yellow）三種顏色，CMY系統(tǒng)一般用于印刷工業(yè)。這兩個(gè)系統(tǒng)的其對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖所示。

RGB、CMY關(guān)系圖

從上面的關(guān)系圖中，可以看到白色為（255，255，255），黑色為（0，0，0），這樣從白色到黑色的連線上的點(diǎn)是R=G=B，這些點(diǎn)只有亮度信息，可以成為灰度信號(hào)。我們把只含亮度信號(hào)，沒(méi)有色彩信號(hào)的圖像，成為灰度圖，就是我們平時(shí)看到黑白照片。

在AOI設(shè)備中使用黑白CCD進(jìn)行圖像采集，得到的就是灰度圖。這是因?yàn)閷?duì)PCB上的瑕疵只需黑白信號(hào)就能表示，而且黑白CCD的解析度也遠(yuǎn)較彩色CCD高，同樣面積的CCD靶面上，黑白圖像的解析度是彩色圖像的三倍以上。這樣，我們以后提到的任何圖像信號(hào)都是灰度的黑白圖像。

從上述的描述可以得知，對(duì)于一個(gè)灰度點(diǎn)，可以有三個(gè)元素（x，ｙ，Ｄ）來(lái)表示，其中ｘ和ｙ為該點(diǎn)的平面坐標(biāo)，Ｄ為該點(diǎn)的灰度值，在０到255之間．這樣，一幅數(shù)字圖像是一個(gè)二維的陣列，陣列元素值被稱為灰度值（亮度值）。對(duì)于陣列中的任意一個(gè)像素的可以用如下公式表示：

f (x y)＝Ｄ(x y)

ｘ，ｙ表示點(diǎn)的坐標(biāo)，Ｄ表示這一點(diǎn)的灰度值。我們采集的圖像通常用這種方式來(lái)存儲(chǔ)的。

圖像的采集

圖像的計(jì)算方式是以像素（pix）來(lái)計(jì)算的，pix的換算關(guān)系為１mm=48pixes。我們?cè)O(shè)備采用的CCD攝像頭，采集到的一幀（frame）圖像的像素為4008pix×2672pix。

這樣編程時(shí)，對(duì)一幀圖像的像素可以有這樣的定義：
#define XAXIS 4008
#define XAXIS 2672

在設(shè)備中工作臺(tái)上，要完成一次所有PCB板的圖像采集，共要采集６幀圖像，把這６幀圖像檢測(cè)完成后，即完成一次的PCB的檢測(cè)流程。

再來(lái)看一下，我們從攝像頭里，采集到的圖像信號(hào)是怎樣的格式。從攝像頭里，讀取到的圖像結(jié)構(gòu)為Ｃ鋤ｅｒａＤａｔａ幸ｂｕ膿，這是一個(gè)線性存儲(chǔ)的圖像單元。我們?cè)谝粠瑘D像中座標(biāo)（ｘ，ｙ）處的像素點(diǎn)的灰度值Ｄ，可以用公式來(lái)得到：

Ｄ＝buffer[x+y*XAXIS]

了解圖像像素的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)后，我們?cè)倏匆幌屡c圖像采集相關(guān)的結(jié)構(gòu)。
struct Capture{
int i;//X方向的位移
int j;//Y方向的位移
int rowC;//一幀圖像的總的行數(shù)
int colC;//一幀圖像的總的列數(shù)
int bufferNo;//存儲(chǔ)圖像的緩存編號(hào)
CameraData*buffer;//存儲(chǔ)圖像的結(jié)構(gòu)
｝；

在CCD移動(dòng)和拍攝時(shí)，首先要檢查CCD的幀存儲(chǔ)器里是否有圖像信號(hào)可以讀取，用布爾值fcancapture來(lái)檢查是否有掃描到的圖像信號(hào)，如果有則把圖像的基本信息放入Capture的結(jié)構(gòu)之中。
if (fcancapture){//檢查是否有圖像幀
num=getAvailFrame();//取可用的像素幀數(shù)
if (mum!=0){
Capture cp;//定義Capture類結(jié)構(gòu)cp，并開始給cp的結(jié)構(gòu)賦值
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);//取移動(dòng)狀態(tài)
Sleep(170);//延時(shí)等待CCD曝光
fcanmoveall=true;//恢復(fù)移動(dòng)
fcancapture=false;//停止捕捉下一幀
｝
｝

采集后得到一幀完整的PCB圖像（4008pix×2672pix）

aoi設(shè)備檢測(cè)圖像的采集和轉(zhuǎn)化小結(jié)

AOI設(shè)備的圖像采集過(guò)程，可以分為硬件的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)開發(fā)，和圖像讀取的兩個(gè)部分；這一章是上一個(gè)AOI設(shè)備馬達(dá)控制的后續(xù)展開內(nèi)容。

圖像讀取就是從CCD中采集出圖像的灰度信號(hào)值，并zui終被存儲(chǔ)在CameraData*buffer的緩沖區(qū)內(nèi)。對(duì)于一次采集，我們?cè)诠ぷ髋_(tái)上要采集６幀圖像，為此系統(tǒng)建立一個(gè)結(jié)構(gòu)Capture來(lái)控制圖像信號(hào)的讀取，該結(jié)構(gòu)會(huì)控制幀圖像在工作臺(tái)上的位置，以及行列信號(hào)值。

我們將馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)和信號(hào)的讀取，這兩部分肯機(jī)地結(jié)合起來(lái)，就完成了AOI設(shè)備的圖像采集模塊的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了該模塊的功能。

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