Принцип действия и устройство системы технического зрения

Необходимость работы в реальном масштабе времени, т.е. обрабатывать и анализировать получаемые изображения быстро, не вызывая задержки в действиях робота или другого технологического оборудования, - важное требование, налагающее существенные ограничения на выбор технических решений при создании системы технического зрения (СТЗ).

Типичная СТЗ, как правило, включает следующие элементы: датчик изображения - телекамеру; устройство предварительного преобразования напряжения и ввода его в цифровую вычислительную машину - устройство сопряжения с микроЭВМ; собственно микроЭВМ.(рис. 1.1)

рис. 1.1

1.2 Датчики изображения.

Оптическое изображение объекта, сфокусированное с помощью объектива на фоточувствительной поверхности оптоэлектронного преобразователя, трансформируется в электрический сигнал, который в большинстве случаев представляется в форме изменяющегося во времени напряжения и называется видеосигналом.

В качестве оптоэлектронных преобразователей в СТЗ применяются вакуумные передающие трубки типа видикона, полупроводниковые матрицы приборов с зарядовой связью (ПЗС - матрицы) и фотодиодные матрицы.

Полупроводниковая матрица представляет собой кремниевую пластину (размером примерно 8*8 мм), размещаемую в стандартном корпусе. Светочувствительную поверхность матрицы образует сетка, полученная методами интегральной технологии сложных микроэлектронных компонент, способных воспринимать проецируемое на них изображение.

Важным преимуществом датчиков изображения, выполненных на базе упомянутых оптоэлектронных преобразователей, является стандартизация их выходных сигналов. Это позволяет использовать в системе технического зрения практически любую стандартную телекамеру с подходящими параметрами, что очень важно при выходе видеодатчика из строя или замене отслужившего положенный срок фотоприемника.

1.3 Предварительное преобразование изображения.

Для того чтобы ввести изображение в оперативную память микроЭВМ, необходимо представить его в виде, удобном для вычислительной машины, т.е. в виде двоичных чисел. Преобразование видеосигнала в цифровую форму производится в устройстве сопряжения датчика изображения с микроЭВМ. В случае применения телекамер на вакуумных передающих трубках, например на видиконе, осуществляется квантование стандартного кадра как по полю изображения, так и по уровню видеосигнала.

Известно, что стандартный телевизионный кадр представляет собой растр, образованный отдельными строками, каждая из которых имеет видимую (при отображении на экране телемонитора) часть, называемую активной частью строки, и невидимую - пассивную часть, являющуюся обратным ходом луча.

Помимо преобразования видеосигнала в цифровую форму в устройстве сопряжения телекамеры с микроЭВМ выполняется также фильтрация изображения, в результате которой увеличивается отношение сигнал/шум, что упрощает дальнейшую обработку изображения.