AOI設備檢測圖像的采集和轉化

來源：深圳準強科技有限公司 2016年03月14日 15:38

PCB圖像的采集是AOI設備進行檢測的關鍵步驟之一，采集的圖像信息將會用在以后的圖像處理模塊中。

圖像的采集設備

圖像采集設備，完成的任務是將光信號轉化成可以記錄的電信號，能完成這類光電轉換功能的有CCD（Charge Coupled Device,電荷耦合器件）類器件，CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互補金屬氧化物半導體）類設備和PSD（Position Sensitive Detector,半導體位置敏感檢出器）設備等。我們設備選擇CCD作為圖像采集設備。

CCD類器件相對于CMOS類器件，具有低噪聲和高靈敏度的特點。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、信號存儲區和輸出轉移部分組成，感光區能夠感受對象物體的光源，并轉化成電荷，

然后通過移位寄存器輸出電信號。因為CCD是面陣型的，所以需要通過水平和垂直兩個移位寄存器輸出電信號。

輸出的電信號就是CCD采集的圖像信號。

圖像系統及灰度圖

普通的圖像都是由各種的點構成的，這些點被稱為像素（pix），這些點的集合就形成了一整幅圖像。對于彩色的圖像有RGB、CMY、YUV、YcbCr幾個系統。RGB是zui常用的彩色系統，計算機系統通常使用RGB系統，是使用紅色（RED）、綠色（GREEN）和藍色（BLUE）三原色彩疊加得到各種顏色，這三種顏色被分為256級（當然還可以分成更多的級別，如512，1024等），經組合可得1600萬種顏色。而CMY為減色系統，分別為青色（Cyan）、品紅（Magenta）、黃色（Yellow）三種顏色，CMY系統一般用于印刷工業。這兩個系統的其對應關系如圖所示。

RGB、CMY關系圖

從上面的關系圖中，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是R=G=B，這些點只有亮度信息，可以成為灰度信號。我們把只含亮度信號，沒有色彩信號的圖像，成為灰度圖，就是我們平時看到黑白照片。

在AOI設備中使用黑白CCD進行圖像采集，得到的就是灰度圖。這是因為對PCB上的瑕疵只需黑白信號就能表示，而且黑白CCD的解析度也遠較彩色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都是灰度的黑白圖像。

從上述的描述可以得知，對于一個灰度點，可以有三個元素（x，ｙ，Ｄ）來表示，其中ｘ和ｙ為該點的平面坐標，Ｄ為該點的灰度值，在０到255之間．這樣，一幅數字圖像是一個二維的陣列，陣列元素值被稱為灰度值（亮度值）。對于陣列中的任意一個像素的可以用如下公式表示：

f (x y)＝Ｄ(x y)

ｘ，ｙ表示點的坐標，Ｄ表示這一點的灰度值。我們采集的圖像通常用這種方式來存儲的。

圖像的采集

圖像的計算方式是以像素（pix）來計算的，pix的換算關系為１mm=48pixes。我們設備采用的CCD攝像頭，采集到的一幀（frame）圖像的像素為4008pix×2672pix。

這樣編程時，對一幀圖像的像素可以有這樣的定義：
#define XAXIS 4008
#define XAXIS 2672

在設備中工作臺上，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幀圖像檢測完成后，即完成一次的PCB的檢測流程。

再來看一下，我們從攝像頭里，采集到的圖像信號是怎樣的格式。從攝像頭里，讀取到的圖像結構為Ｃ鋤ｅｒａＤａｔａ幸ｂｕ膿，這是一個線性存儲的圖像單元。我們在一幀圖像中座標（ｘ，ｙ）處的像素點的灰度值Ｄ，可以用公式來得到：

Ｄ＝buffer[x+y*XAXIS]

了解圖像像素的存儲結構后，我們再看一下與圖像采集相關的結構。
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
int colC;//一幀圖像的總的列數
int bufferNo;//存儲圖像的緩存編號
CameraData*buffer;//存儲圖像的結構
｝；

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

采集后得到一幀完整的PCB圖像（4008pix×2672pix）