陶瓷墙地砖色差分类系统的硬件组成

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[摘要]主要介绍陶瓷墙地砖色差分类系统的硬件组成,并详细说明检测系统各部分的工作原理及相关一些概念。

[关键词]检测系统CCD摄像机图像采集主机系统

中图分类号:TM2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110047-01

随着现代陶瓷墙地砖生产工艺的迅速发展,要求陶瓷墙地砖产品的检测必须具有速度快、精度高、在线自动检测等特点,并向全场检测方向发展。根据国家标准GB/T3810.16-1999结合陶瓷墙地砖色差检测分类系统课题要求,本检测系统由图像采集、图像分析、结果输出三部分组成。图像采集由CCD彩色数字摄像机(含视频图像采集功能)和计算机组成,图像分析主要通过软件编程完成待检测陶瓷墙地砖的参数计算,结果输出将计算得到的数据结果输出来。

一、检测系统

根据被测的实际要求选取相应的CCD摄像机,由具体环境选用相应的光源等配套设施,将摄像机对准被测实物。

当摄像头对准被测物体时,被拍摄的图像将成像在CCD的光敏面上,在每一个光敏单元(MOS电容器)的势阱中存储与图像照度成正比的光生信号电完成了光电转换和电荷的积累。然后转移到CCD的移位寄存器中,在驱动脉冲的作用下有顺序地转移和输出,成为视频信号。

在本检测系统中,MVC系列彩色数字摄像机含有视频图像采集功能,因此不需要额外增加视频图像采集卡,图像数据也可以被实时地存储到计算机内存中,并在屏幕上显示。调整光学图像达到最佳状态,冻结图像,模拟的图像信息变成了数字信息,以待后期处理。

二、CCD摄像机

CCD摄像机是一种电荷耦合器件(Charge Coupled Device,简称CCD),是一种新型半导体器件。其突出特点是以电荷作为信号,而不同于其他大多数器件(以电流或电压作为信号)。它是目前最常用的图像输入设备,具有惰性小、灵敏度高、抗强光照射、几何失真小、均匀性好、体积小、寿命长等优点。

CCD摄像器件的成像面由水平和垂直排列的像素组成,常用的光敏元件有pn结二极管和MOS电容两种。摄像器件的功能是把光图像转变成电图像,然后按一定顺序逐个按像素读出电图像,使之转变为视频信号。CCD摄像器件分为成像区和存储区两部分,全帧图像在光敏成像区积累信号电荷,在场效应期间,由场CCD移位寄存器把信号电荷一行一行传送到存储区中,然后每行信号电荷由行CCD移位寄存器传送到输出端,形成视频信号。

本检测分类系统选取的是MVC系列高分辨率数字摄像机。MVC系列彩色数字摄像头遵循USB2.0标准的高分辨率、高清晰度一体化摄像头。该系列产品具有最低百万以上像素量,清晰度能达到750以上电视扫描线和板级处理功能,从而提供了高质量的图像采集。通过USB2.0接口,不需要额外的采集设备,即可获得实时的无压缩视频数据和对图像的捕捉。同时USB2.0即插即用的特性使得整套图像系统的安装、连接、维护变得尤其简单、方便而快捷,应用的场所也随之从室内扩展到了室外、移动环境。全面支持二次开发,提供二次开发函数库,通过SDK函数库,可以实现对MVC系列产品的高级控制功能,同时提供范例程序,能够快速的将MVC系列产品集成到用户的OEM系统中。

三、图像采集

视频图像采集卡将摄像机摄取的模拟信号转换成数字图像信号,使计算机得到所需要的数字图像信号。通常图像采集卡要占用PC机总线的一个插槽,并带有外接的CCD摄像头、图像监视器、视频信号接口。图像采集卡与摄像机、监视器、PC机一起就构成了一个典型微机图像处理系统的基本硬件环境。图像采集卡的工作过程如下:对摄像机输出的景物的视频信号进行实时采集,经A/D转换后将数字图像存放在图像存储单元的一个或多个通道中,通过计算机发出指令,将某一帧图像静止在图像存储通道中,即采集或捕获了一帧图像,计算机对采集的图像进行处理。采集卡上的D/A转换电路自动将图像实时显示在图像监视器上。高档的图像采集卡包括图像处理专用的快速部件,如卷积滤波、FFT变换和实时直方图处理器等快速部件。

四、主机系统

计算机主机系统是图像处理的核心,它用于控制图像的输入和输出设备,最重要的是对图像信息进行加工和变换,得到最终需要的结果。在图像处理中,计算机主机系统的选择取决于我们所需处理的图像的数据量、精度、最终效果和目的等多种因素。在选择主机系统时,主要应考虑计算机的类型、内存和外部存储器等方面。

图像输出设备是图像处理中十分重要的设备,是生成最终成果的设备。图像的好坏优劣是通过输出设备最终表现出来的。即使得到的图像处理结果很好,没有好的输出设备将其表现出来,也会是极大的遗憾。一般采用显示器作为图像处理的输出设备。在图像处理显示中,屏幕分辨率、显示分辨率、显示卡的存储容量和显示器刷新方式是最重要的性能指标。

五、系统光源

使用光源是为了突出拍摄目标的特征,使其不同部分之间有足够的对比。光源是图像采集的一个重要组成部分,在设计光源时首先要区分各种光源之间的不同。

物体的颜色与照明光源有着密切的关系,同一物体在不同光源的照明下会呈现不同的颜色,这一因素给颜色测量的可重现性带来了不便,也影响了颜色信息的交流。为了统一颜色的评价标准和进行色度计算,CIE对于颜色的测量和计算推荐了几种标准照明体和标准光源,其中包括标准照明体A、B、C和、 、 等多种照明体,以及标准光源A、B和C。这样,对颜色的评价可以在CIE规定的照明体或光源下进行,具有了统一的标准。CIE优先推荐、、的相对光谱功率分布作为代表日光的标准照明体。

为了达到颜色测量的标准化,在可能的情况下,应尽量使用标准照明体,而和一般作为在特定场合下的替代光源。

作者简介:

潘纹(1973-),女,湖北黄冈人,副教授,硕士研究生,研究方向:机电一体化、制造业信息化。