貼片頭視覺傳感器

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（DC）、數(shù)碼攝像機（DV）以及各種數(shù)碼攝像頭和工業(yè)視覺系統(tǒng)等。貼片機中用于識別PCB基準和檢測元器件的照相機，就屬于用于工業(yè)視覺系統(tǒng)。

（1）CCD的作用原理

是由許多光敏像元組成的。每一個像元就是一個MOS（金屬一氧化物一半導體）電容器，如圖1所示。在P型硅襯底上通過氧化形成一層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)載流子是帶負電荷的電子。當電極上施加正電壓時，其電場能夠透過SiO₂絕緣層對這些載流子進行排斥或吸引。于是，帶正電荷的空穴被排斥到遠離電極處，帶負電荷的電子被吸引到緊靠S10₂層的表面上來。這種現(xiàn)象便形成了對電子而言的陷阱，電子一旦進入就不能復出，故又稱為電子勢阱。

圖1 CCD基本結構示意圖

當一束光線投射到MOS電容上時，光子穿過多晶硅電極及SiO₂層，進入P型硅襯底，光子的能量被半導體吸收，產生電子一空穴對，這時出現(xiàn)的電子被吸引并儲存在勢阱中。射入的光線越強，勢阱中收集的電子就越多，從而實現(xiàn)了光和電的轉換。而勢阱中的電子處于被儲存狀態(tài)，即使停止光照，一定時間內也不會損失，這就實現(xiàn)了對光照的記憶。

（2）面型傳感器的構成

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行電荷轉移的垂直CCD。來自光電二極管的電荷通過場效應管（轉移控制柵）的控制被垂直CCD讀入。轉移到垂直CCD的電荷然后向水平CCD轉移，進行水平方向的傳送，最后信號從MOS場效應管讀出。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場效應管柵極上的聯(lián)合控制脈沖。

圖2 CCD構成的視覺傳感器示意圖

在上面所介紹的實例中，光電二極管部分（感光部分）和CCD部分（轉移部分）是在半導體襯底上同一體制作出來的，這種電荷轉移方式稱為行間（Inter－line）、轉移方式。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。與行間方式相對應，感光部分與轉移部分分離制作的方式稱為幀轉移方式。

（3）與圖像處理技術的結合

照相機只能將二維光強度分布轉換成一連續(xù)隨時間變化的模擬電信號（稱為圖像信號），但僅此還不是人類視覺器官能感知的視覺信號。為得到視覺信號，必須依靠計算機作進一步的信號處理。通常圖像信號被轉換成數(shù)字信號，這些數(shù)字信號很容易存儲在計算機的存儲器中，然后根據(jù)需要進行圖像處理。

貼片機視覺檢測系統(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，轉變成數(shù)字化信號，圖像處理系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如面積、數(shù)量、位置和長度，再根據(jù)預設的允許度和其他條件輸出結果，包括尺寸、角度、個數(shù)、合格／不合格和有／無等，實現(xiàn)自動識別功能。

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