目前常用的圖像傳感器為電荷耦合器件（Charge Couple Device，CCD），分為線陣CCD和面陣CCD兩種。前者用于尺寸和位移的測(cè)量，后者用于平面圖形和文字的傳遞等。目前面陣CCD已作為數(shù)碼相機(jī)（DC）、數(shù)碼攝像機(jī)（DV）以及各種數(shù)碼攝像頭和工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)等。貼片機(jī)中用于識(shí)別PCB基準(zhǔn)和檢測(cè)元器件的照相機(jī)，就屬于用于工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)。

（1）CCD的作用原理

是由許多光敏像元組成的。每一個(gè)像元就是一個(gè)MOS（金屬一氧化物一半導(dǎo)體）電容器，如圖1所示。在P型硅襯底上通過(guò)氧化形成一層S10₂，再在SiO₂表面蒸鍍一層金屬層（多晶硅）作為電極。P型硅中的多數(shù)載流子是帶正電荷的空穴，少數(shù)載流子是帶負(fù)電荷的電子。當(dāng)電極上施加正電壓時(shí)，其電場(chǎng)能夠透過(guò)SiO₂絕緣層對(duì)這些載流子進(jìn)行排斥或吸引。于是，帶正電荷的空穴被排斥到遠(yuǎn)離電極處，帶負(fù)電荷的電子被吸引到緊靠S10₂層的表面上來(lái)。這種現(xiàn)象便形成了對(duì)電子而言的陷阱，電子一旦進(jìn)入就不能復(fù)出，故又稱為電子勢(shì)阱。

圖1 CCD基本結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)一束光線投射到MOS電容上時(shí)，光子穿過(guò)多晶硅電極及SiO₂層，進(jìn)入P型硅襯底，光子的能量被半導(dǎo)體吸收，產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，這時(shí)出現(xiàn)的電子被吸引并儲(chǔ)存在勢(shì)阱中。射入的光線越強(qiáng)，勢(shì)阱中收集的電子就越多，從而實(shí)現(xiàn)了光和電的轉(zhuǎn)換。而勢(shì)阱中的電子處于被儲(chǔ)存狀態(tài)，即使停止光照，一定時(shí)間內(nèi)也不會(huì)損失，這就實(shí)現(xiàn)了對(duì)光照的記憶。

（2）面型傳感器的構(gòu)成

面型傳感器通常稱為圖像傳感器。如圖2所示，由光電二極管的二維陣列組成的面型傳感器。為了取出各光電二極管的電荷，配置了在圖的垂直方向進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移的垂直CCD。來(lái)自光電二極管的電荷通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管（轉(zhuǎn)移控制柵）的控制被垂直CCD讀入。轉(zhuǎn)移到垂直CCD的電荷然后向水平CCD轉(zhuǎn)移，進(jìn)行水平方向的傳送，最后信號(hào)從MOS場(chǎng)效應(yīng)管讀出。讀出各光電二極管電荷的脈沖由3部分組成，即由加到控制柵上的脈沖、加到各CCD像素上的脈沖以及加在輸出MOS場(chǎng)效應(yīng)管柵極上的聯(lián)合控制脈沖。

圖2 CCD構(gòu)成的視覺(jué)傳感器示意圖

在上面所介紹的實(shí)例中，光電二極管部分（感光部分）和CCD部分（轉(zhuǎn)移部分）是在半導(dǎo)體襯底上同一體制作出來(lái)的，這種電荷轉(zhuǎn)移方式稱為行間（Inter－line）、轉(zhuǎn)移方式。這種方式有利于得到高速度的圖像處理。但由于每個(gè)像素上不感光部分占用了較大的面積，感光效率不高。與行間方式相對(duì)應(yīng)，感光部分與轉(zhuǎn)移部分分離制作的方式稱為幀轉(zhuǎn)移方式。

（3）與圖像處理技術(shù)的結(jié)合

照相機(jī)只能將二維光強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換成一連續(xù)隨時(shí)間變化的模擬電信號(hào)（稱為圖像信號(hào)），但僅此還不是人類視覺(jué)器官能感知的視覺(jué)信號(hào)。為得到視覺(jué)信號(hào)，必須依靠計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步的信號(hào)處理。通常圖像信號(hào)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這些數(shù)字信號(hào)很容易存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，然后根據(jù)需要進(jìn)行圖像處理。

貼片機(jī)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)有專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布、亮度和顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)，圖像處理系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置和長(zhǎng)度，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、角度、個(gè)數(shù)、合格／不合格和有／無(wú)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能。

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