線陣CCD圖像信號二值化處理在硬幣檢測中的應(yīng)用

丁振剛

【摘 要】采用線陣CCD圖像傳感器，將其視頻輸出信號經(jīng)過二值化處理電路處理，由單片機讀取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了硬幣滾動狀下實時非接觸測量硬幣的直徑，為硬幣的分揀提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】CCD；二值化；非接觸測量；硬幣檢測

0 引言

硬幣在回收過程中需要將不同面值混合在一起的硬幣，按照面值進行分揀，分揀的方法有多種，直徑差異大一些的硬幣可以用簡單的機械裝置加以分離，直徑差別很小的一些硬幣，無法用簡單的機械裝置分離。線陣CCD非接觸測量技術(shù)的出現(xiàn)為檢測滾動過程中硬幣的微小直徑差成為可能，為硬幣的分揀提供有效的依據(jù)。

1 CCD圖像傳感器

CCD器件于1970年在貝爾實驗室誕生，隨著半導(dǎo)體微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，CCD傳感器的集成度、分辨率、幾何精度和靈敏度不斷提高，工作頻率范圍明顯增強，高速工作CCD可以滿足高速運動物體的圖像采集，并以其光譜響應(yīng)寬、動態(tài)范圍大、靈敏度和幾何精度高、噪聲低、體積小、重量輕、低功耗、抗沖擊、耐振動、抗電磁干擾能力強、堅固耐用，壽命長、圖像畸變小、無殘像、可以長時間工作于惡劣環(huán)境、便于進行各種數(shù)字化處理和與各種計算機、微處理器連接等優(yōu)點，在圖像采集、實時監(jiān)控和非接觸測量等方面得到了廣泛應(yīng)用，成為現(xiàn)代光電子學(xué)和測試技術(shù)中最活躍、最富有成果的研究領(lǐng)域之一。

CCD是一種電荷耦合器件（Charge Coupled Device），CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel），每一個像素相當于一個微小的光電池，也稱為感光單元。

線陣CCD器件其感光單元按照一維線狀排列，在驅(qū)動電路的驅(qū)動下，感光單元按時間順序，將強弱變化的光信號轉(zhuǎn)換為電平變化的視頻信號。每行視頻信號的幅度代表了被測目標的光學(xué)圖像在一行掃描線上亮度的分布。

2 視頻信號的二值化處理

視頻信號的采集也分為兩種，一種是將視頻信號經(jīng)過AD變換，轉(zhuǎn)換為有灰度等級變化的視頻數(shù)字，供計算機處理。另一種將視頻信號經(jīng)過二值化處理電路轉(zhuǎn)化，每一點像素轉(zhuǎn)換為0和1表示的黑白亮度數(shù)據(jù)，供微處理器處理。二值化處理方法常用的有固定閾值法、浮動閾值法和微分法三種。在外界光強固定的情況下采用電壓閾值比較方法按照實際情況調(diào)整好比較閾值是一種最常用的簡便處理方法。在二值化處理電路設(shè)計中將CCD輸出的視頻信號送入電壓比較器的同相輸入端，比較器的反響輸入端加可調(diào)電位器就構(gòu)成了固定閾值二值化轉(zhuǎn)換電路，調(diào)整電位器可以調(diào)整二值化切割電平的閾值。二值化變換方法具有變換電路簡單、數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)處理簡單等特點。廣泛應(yīng)用在各個非接觸測量領(lǐng)域。

3 硬幣直徑的非接觸測量

非接觸測量是以光電、電磁等技術(shù)為基礎(chǔ)，在不接觸被測物體表面的情況下，得到物體表面參數(shù)信息的測量方法。CCD非接觸測量是將被測物體通過鏡頭投影的CCD感光元上，通過計量物體成像范圍內(nèi)感光元的數(shù)量來測量物體的幾何尺寸。

在硬幣分揀處理過程中，用一種機械裝置將不同直徑的硬幣依次送到一個向下傾斜的導(dǎo)軌上，硬幣在重力作用下沿著導(dǎo)軌側(cè)壁向下滾動，為了將不同直徑的硬幣分揀處理，需要測量出硬幣的直徑，而這種測量必須在硬幣滾動過程中非接觸測量。在導(dǎo)軌側(cè)壁開一個透光縫隙，平行光源通過透光縫隙照射到CCD感光單元陣列上，當硬幣在導(dǎo)軌滾動下滑經(jīng)過縫隙時，遮擋照射到CCD感光單元的光線，遮擋光線的硬幣通過鏡頭在CCD上成像，通過計數(shù)CCD被遮擋的感光元數(shù)量，即可計算出硬幣的直徑。分揀執(zhí)行機構(gòu)按照硬幣的直徑將不同直徑的硬幣依次分揀到各個倉中。

東芝公司CCD器件TCD132D主要參數(shù)：

CCD元數(shù)像：1024位

像元尺寸：14um*14um

光敏元總長度：14.3mm

在實際測量過程中通過調(diào)整物距和像距將最大量程剛好成像在線陣CCD全部有效感光元上。

測量分辨率=最大量程（mm）/1024

4 結(jié)束語

實踐證明CCD二值化非接觸測量在硬幣分揀過程中，能夠很好的檢測出滾動中硬幣的直徑尺寸，為下一步的硬幣分揀提供了有效依據(jù)。二值化處理方案具有電路簡單、數(shù)據(jù)量小的采集處理速度快等特點，非常適合應(yīng)用于非接觸測量的各個領(lǐng)域。

【參考文獻】

[1]東芝公司TCD132D器件手冊[S].

[2]中國兵器工業(yè)第二O五所西安康發(fā)電視技術(shù)公司.線陣CCD測量系統(tǒng)使用說明[Z].

[3]萬振凱，趙桂敏.CCD在動態(tài)物體間距測量中的應(yīng)用[J].電子與自動化，1992（6）.

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