基恩士CCD介绍与应用概述 共45页
CCD基本原理与应用
CCD基本原理与应用CCD（Charge Coupled Device）是一种电子器件，也是一种图像传感器。
它是由许多电荷传输电极、储存节点和输出寄存器组成的。
CCD原理基于光电效应，通过转换光子能量为电荷，进而将电荷转换为电信号。
CCD工作原理是通过感光元件接收光线，将光线中的不同颜色和亮度转化为电荷信号，进一步转化为电压信号。
CCD感光元件由排列在平面上的微小光敏单元（Pixel）组成，每个光敏单元可以转换接收到的光线为一定量的电荷。
当光线进入CCD感光元件时，光子会与感光元件上的硅原子相互作用，使电子从价带跃迁到导带，形成电荷。
光敏单元的形状和大小决定了CCD的空间分辨率。
在CCD感光元件的排列结构中，光敏单元被分成两个区域：感光区和储存区。
感光区接收到光线，产生的电荷被存储在相应的储存区。
当电荷存储完毕后，通过逆向偏置的输出寄存器完成信号的放大和读取。
读出的信号可以用来构建图像。
CCD的应用非常广泛。
最常见的应用之一是在数字相机和摄像机中充当图像传感器。
CCD感光元件可以捕捉到细节丰富的图像，并转换为数字信号。
这些数字信号可以通过影像处理、压缩和存储等方式进行后续的处理和使用。
CCD也在天文学中广泛应用。
天文学家使用CCD相机来观测和拍摄星体的图像。
由于CCD可以捕捉非常微弱的光信号，并具有较高的灵敏度和低噪声特性，所以CCD相机成为天文观测中不可或缺的工具。
CCD还广泛应用于光谱仪中。
光谱仪将光线分散为不同波长的光谱，CCD感光元件可以将光谱转换为电信号，并进行进一步的分析和测量。
这使得CCD成为光谱分析领域中的关键技术。
此外，CCD还被应用于医学成像、工业检测和科学研究等领域。
在医学成像中，CCD感光元件可以捕捉到医学图像，并帮助医生进行诊断。
在工业检测中，CCD可以用来检测产品的表面缺陷和异常，提高生产质量。
在科学研究中，CCD可以用来观测微观现象和进行粒子探测。
总的来说，CCD基本原理是通过光电效应将光子能量转换为电荷，进而转换为电信号。
简述ccd传感器工作原理及应用
简述ccd传感器工作原理及应用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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基恩士——影像系统
为何系统？优势照明控制扩展单元提供照明灵活性。
优势KEYENCE 提供各式各样的照明单元以满足几乎所有应用需求。
[世界首创]“可扩展的”控制器结构以经济的方式增强控制CV-5000 系列提供 CCD 扩展单元与照明控制扩展单元，可根据需要将它们添加到主控制器上。
此结构可供用户通过只选择需要的单元来控制成本，又不失适应未来变化的灵活性。
镜面反射的图像示例检测金属表面上是否存在刻字有必要反映出平整金属表面与刻字凹陷之间的差异。
由于金属表面容易反射照明，而刻字则不能，因此，最优方法是使用镜面反射来凸显表面与刻字之间的差异。
照明选择（镜面反射、漫反射、透射光）LED 照明可分为以下三种主要类型：1. 镜面反射型：光线照射到工件上，镜头接收到直接反射的光线。
2. 漫反射型：光线照射到工件上，镜头接收到均匀的环境光线。
3. 透射光型：光线照射到工件上，镜头接收到透射剪影。
[世界首创]LED 照明控制扩展单元轻松控制照明，无需额外布线每个照明控制扩展单元都有两个照明连接器。
最多可将 4 个照明扩展单元连接到一个 CV 控制器上，从而允许同时控制总共 8 个照明*。
控制器的 CCD 配置菜单拥有内置调光控件与可配置的照明模式。
这可为用户提供对照明的完全控制，而无需单独布线和基于 PLC 编程。
通过将照明设定为每次触发时选通来延长 LED 寿命。
还可以通过 CV 用户界面与外部命令控制来调整发光亮度。
* 只要照明的总功率不超过额定功率，就可以使用选配的双头连接线来连接其它照明。
例如，用户最多可以连接 16 个 10 W 的 LED 照明。
照明控制扩展单元控制器CCD 扩展单元镜面反射透射光入射光工件漫反射吸收漫透射光刻字不清楚。
由于包装反光，无法检测印刷字体。
边缘上的缺口不清楚。
由于标签极易反光，因此边缘不清楚。
采用镜面反射采用镜面反射采用镜面反射刻字很清楚。
由于均匀照亮包装表面，反光得到有效消除，显示的印刷字体具有高对比度。
CCD图像传感器原理与应用详解
信号电荷的产生（示意图）
入射光
e-
e-
e-
e- e-
e- e光生电子
金属电极 氧化物
半导体
MOS电容器
(2)信号电荷的存储
❖ 当金属电极上加正电压时， 由于电场作用，电极下P型 硅区里空穴被排斥入地成耗 尽区。对电子而言，是一势 能很低的区域，称“势阱”。 有光线入射到硅片上时，光 子作用下产生电子—空穴对， 空穴被电场作用排斥出耗尽 区，而电子被附近势阱（俘 获）。
CCD芯片 增大单位像素尺寸 缩短曝光时间 间歇开关时钟电压 溢出沟道和溢出门
缺点
对于暗的部分曝光不足 降低速度 制作复杂，且还有缺陷
由此可见，增大像素尺寸是最简单有效的做法。
（3）信号电荷的转移（耦合）
当一个CCD芯片感光完毕后，每个像素所转 换的电荷包就按照一行的方向转移出CCD感光区 域，以为下一次感光释放空间。
势阱的深浅由电极上所加电压的大小决定。电 荷在势阱内可以流动，它总是从相邻浅阱里流进 深阱中，这种电荷流动称为电荷转移。若有规律 改变电极电压，则势阱的深度就会随之变化，势 阱内电荷就可以按人为确定的方向转移，直到最 终由输出端输出。
如何实现电荷定向转移呢？下面以三相控制方式为 例说明控制电荷定向转移的过程。
CCD
光信息
电脉冲
脉冲只反映一个光敏元的受光情况
脉冲幅度的高低反映该光敏元受光照的强弱
输出脉冲的顺序可以反映一个光敏元的位置
完成图像传感
CCD基本工作原理
信号电荷的产生 信号电荷的存贮 信号电荷的转移
信号电荷的检测
CCD的基本功能是存储与转移信息电荷
特点：以电荷作为信号
(1)信号电荷的产生
光电导效应
基恩士CCD介绍与应用概述
2.相似度：
像相似度计算主要用于对于两幅图像之间内容的相似程度进行打分， 根据分数的高低来判断图像内容的相近程度。 影响因素： 位置的影响 角度的影响 打光的影响
RS Tech
3.◆个数 ◆位置 ◆角度 ◆比率 ◆相似度
RS Tech
4.基准选择及补偿
基准选择要求： A,基准需具有代表性 B,基准只针对同一物料参照 补偿的实质： CCD补偿一定是在基准物料组装OK的情况下，将 待测物料与其对应基准物料位置的偏差做补偿。
RS Tech
3、原因描述：基准特征没有设置好，容易抓错
判断方法：检查设置是否会引入误差
六、流程
1、原因描述：抓取特征点没有抓好，导致计算错误 判断方法：看图片上面的特征点有没有抓取到 2、原因描述：程序算法错误（稳定后没有）
RS Tech
END！
三、CCD 的图像数据是构成 CCD 的各像素的数据的集合。 像素数据用 256 级浓淡数据加以表示。
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RS Tech 四、图像处理流程 1、拍摄： 拍取到合焦点且对比度良好的图像 2、传送 ： 将数据原封不动的快速发送至控制器 3、预处理： 将数据加工至最适于进行计量处理的图像 主要处理：以高精度/高速的方式进行符合检测目的的处理 4、输出 ： 与的基本设置
将内存卡拔出插回原控制器，读取上两步拷入的设定和环境。 Step3：切换到停止模式→设定管理→检测设定另存/读取→读 取 Step4：切换到停止模式→设定管理→环境设定另存/读取→读 取（注意：指定方法选择“全部”
RS Tech
05
注册图像流程
RS Tech
BC注册
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图像选择
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图像设定
cv_seminar_1_kc CV系列CCD
为什么像素？
拍摄！
1 2 3 4 5 6 ・ ・ X像素数
1
2
3
4
5
6
・
KEYENCE
・
Y
像
素
数
★31万像素CCD ＝ 640（X方向） × 480（Y方向） ★200万像素CCD ＝ 1600（X方向） × 1200（Y方向） ★500万像素CCD ＝ 2432（X方向） × 2050（Y方向）
2
控制・通讯
显示
视觉系统专用的控制器与CCD配 套使用。 在控制器中已经进行了控制・通 讯、视觉输出等的预设，具有立 刻就能够使用的特点。
5
讲座1 视觉系统基础
KEYENCE CV 系列开发的概念
＝最终能够使以往问题点得到解决的单机式视觉系统
CV系列的特点
●配置有行业内最多的19种检测模式、18种预处理 滤波器等丰富的手段工具
讲座1 视觉系统基础
以200W像素CCD为例
由像素数据到视觉处理的运用方法
所有的像素均具有0～255灰度 的浓度数据
3
讲座1 视觉系统基础
具有代表性的处理 二值化
★二值化…将图像分为白和黑的「0･1」
灰度图像二值化
图像处理的4个步骤
预处理
何谓高性能视觉处理 １．拍摄 ：能够拍取到合焦点且对比度良好的图像 ２．传送 ：能够将数据原封不动的快速发送至控制器 ３．预处理 ：能够将数据加工至最适于进行计量处理的图像
计量处理：能够以高精度/高速的方式进行符合检测目的的处理 ４．输出 ：能够与所有控制装置相对应的通讯方式
4
讲座1 视觉系统基础
1.图像拍摄
现场使用示意图
2.图像处理
CCD的应用(CCD固态图像传感器)
CCD的应用（CCD固态图像传感器）电荷耦合器件用于固态图像传感器中, 作为摄像或像敏的器件。
CCD固态图像传感器由感光部分和移位寄存器组成。
感光部分是指在同一半导体衬底上布设的若干光敏单元组成的阵列元件, 光敏单元简称“像素”。
固态图像传感器利用光敏单元的光电转换功能将投射到光敏单元上的光学图像转换成电信号“图像”, 即将光强的空间分布转换为与光强成比例的、大小不等的电荷包空间分布, 然后利用移位寄存器的移位功能将电信号“图像”转送, 经输出放大器输出。
根据光敏元件排列形式的不同, CCD固态图像传感器可分为线型和面型两种。
（1）线型CCD图像传感器线型CCD图像传感器结构如图8 - 21 所示。
光敏元件作为光敏像素位于传感器中央, 两侧设置CCD移位寄存器, 在它们之间设有转移控制栅。
在每一个光敏元件上都有一个梳状公共电极, 在光积分周期里, 光敏电极电压为高电平,光电荷与光照强度和光积分时间成正比, 光电荷存储于光敏像敏单元的势阱中。
当转移脉冲到来时, 光敏单元按其所处位置的奇偶性, 分别把信号电荷向两侧移位寄存器转送。
同时, 在CCD移位寄存器上加上时钟脉冲, 将信号电荷从CCD中转移, 由输出端一行行地输出。
线型CCD图像传感器可以直接接收一维光信息, 不能直接将二维图像转变为视频信号输出, 为了得到整个二维图像的视频信号, 就必须用扫描的方法来实现。
线型CCD图像传感器主要用于测试、传真和光学文字识别技术等方面。
（2）面型CCD图像传感器按一定的方式将一维线型光敏单元及移位寄存器排列成二维阵列, 即可以构成面型CCD图像传感器。
面型CCD图像传感器有三种基本类型: 线转移、帧转移和隔列转移, 如图8 - 22 所示。
图8 - 22（a）为线转移面型CCD的结构图。
它由行扫描发生器、感光区和输出寄存器组成。
行扫描发生器将光敏元件内的信息转移到水平（行）方向上, 驱动脉冲将信号电荷一位位地按箭头方向转移, 并移入输出寄存器, 输出寄存器亦在驱动脉冲的作用下使信号电荷经输出端输出。
《基恩士传感器介绍》课件
解决方案
根据故障现象判断原因，联系供 应商或厂家进行维修或更换。
THANKS 感谢观看
应用案例二：无人驾驶汽车
要点一
总结词
要点二
详细描述
无人驾驶汽车通过基恩士传感器实现安全可靠的自动驾驶 。
无人驾驶汽车利用基恩士传感器的多种功能，如距离、速 度和方向等，实现了对周围环境的精确感知和判断。传感 器能够实时监测车辆周围的路况、障碍物和交通信号等信 息，并将数据传输给控制系统，以实现安全可靠的自动驾 驶。这不仅提高了道路安全性和通行效率，还为人们提供 了更加便捷的出行方式。
1986年开始转型，专注于传 感器和测量仪器的研发、生产
和销售。
基恩士在全球范围内拥有多个 研发中心和销售机构，是世界 领先的传感器制造商之一。
产品线与种类
基恩士的产品线涵盖了多种传感器类 型，包括光电传感器、光纤传感器、 激光传感器、超声波传感器等。
基恩士的产品种类丰富，可根据客户 的不同需求提供定制化的解决方案。
使用与维护指南
安装与调试
按照说明书正确安装和调 试基恩士传感器，确保其 正常工作。
定期检查
定期对基恩士传感器进行 检查，包括外观、连接线 和功能测试，及时发现并 解决问题。
清洁与保养
根据需要定期清洁和维护 传感器，保持其良好的工 作状态和较长的使用寿命 。
常见问题与解决方案
问题1
传感器读数不稳定。
维护困难
基恩士传感器内部结构较为复杂，维护和修理需要专业知识和技能， 对于一般用户来说可能较为困难。
适用范围有限
基恩士传感器的适用范围相对较窄，主要适用于高精度、高速的检测 和定位应用，对于其他类型的测量和控制需求可能不太适用。
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2.相似度：
像相似度计算主要用于对于两幅图像之间内容的相似程度进行打分， 根据分数的高低来判断图像内容的相近程度。
影响因素： 位置的影响 角度的影响 打光的影响
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3.◆个数 ◆位置 ◆角度 ◆比率
◆相似度
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4.基准选择及补偿
基准选择要求： A,基准需具有代表性 B,基准只针对同一物料参照
光强度（浓淡度）。
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二、大部分图像传感器可以根据光强度将数据分为 256 个等级（8 位）。 在最基本的黑白处理中，黑色（纯黑色）的数值为 “0”，白色（纯白色）的数 值为 “255”，其它处于两者之间的颜色则根据光强度转换成其它数值。换言 之，CCD 的每一个像素都有一个位于 “0” （纯黑色）与 “255” （纯白色） 之间的数值（灰度）。 例如，对于黑、白各占一半的灰色，其数值为“127”。
Step2：切换到停止模式→设定管理→环境设定另存/读取→另存为：SD2： /xg/archive/ENV →执行→退出SD卡2
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CCD的基本设置
将内存卡拔出插回原控制器，读取上两步拷入的设定和环境。 Step3：切换到停止模式→设定管理→检测设定另存/读取→读
取 Step4：切换到停止模式→设定管理→环境设定另存/读取→读
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03
CCD应用实例
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BC抓取方案设计
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TRAY抓取方案设计
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MAGNET抓取方案设计
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胶轨迹抓取方案设计
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04
CCD的基本设置
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CCD的基本设置
（1）开机后，打开XG Vision Terminal按图示步骤开启远程桌面。 （如果已经将CCD控制器的IP地址由192.168.0.10改为192.168.1.10，可直接打开
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CCD的基本设置
（4）拷贝程序：通过控制器上两个SD卡插槽互相拷贝程序，将需要拷贝程序 的控制器内存卡拆掉，插入已经有程序的控制器的SD2插槽（注意：插拔SD卡 需要将控制器断电）。
Step1：切换到停止模式→设定管理→检测设定另存/读取→另存为：SD2： /xg/archive/setting →执行
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相机
CCD组成
相机与光源
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手柄
CCD组成
控制器
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02
基本概念
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1.像素：
中文全称为图像元素。像素仅仅只是分辨率的尺寸单位，而不是画质。 从定义上来看，像素是指基本原色素及其灰度的基本编码。 像素是构成 数码影像的基本单元，通常以像素每英寸PPI（pixels per inch）为单 位来表示影像分辨率的大小。
取（注意：指定方法选择“全部”
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05
注册图像流程
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BC注册
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图像选择
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图像设定
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范围选择
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预处理设定
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检测条件设定
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详细设定
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判断条件
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显示设定
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补偿的实质： CCD补偿一定是在基准物料组装OK的情况下，将 待测物料与其对应基准物料位置的偏差做补偿。
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5.定位三因素：
A,物料位置 物料位置指物料整体位置 B,抓取位置 抓取位置指确定工作位置而所取 特征的位置 C,工作位置 工作位置指工作直接作用的物料 局部位置
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6.预处理：
九点+旋转中心校正
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九点+旋转中心校正
1、设定校正方式，即九点+旋转中心校正。
2、确定MARK点，如上图所示的十字，一般选择十字交叉点 作为MARK点参考位置。
3、运动X/Y/U轴系，完成后，CCD控制器会对其进行处理， 获取其中心位置与X/Y方向。
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06
常见问题处理
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查看CCD图片的流程
1、观察CCD图片是否清晰，清晰度是CCD抓取数据可靠的首要前提。以及看图片的位 置是否发生偏移，一旦发生偏移，说明CCD的相机位置变动，数据肯定发生变化。 2、看图片抓取绿线是否准确，数据是抓取出来的绿线的计算结果，抓取错误无法得到 正确的计算结果。 3、看抓取特征旁边有没有相似度很大的特征，这个是主要干扰来源，可能是打光、物 料脏、没有撕膜等因素造成的 4、看数据，关键数据是判断核心，一定要会看，数据的可靠性来源于前三点的保证。
三、CCD 的图像ຫໍສະໝຸດ 据是构成 CCD 的各像素的数据的集合。 像素数据用 256 级浓淡数据加以表示。
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四、图像处理流程 1、拍摄： 拍取到合焦点且对比度良好的图像 2、传送 ： 将数据原封不动的快速发送至控制器 3、预处理： 将数据加工至最适于进行计量处理的图像
主要处理：以高精度/高速的方式进行符合检测目的的处理 4、输出 ： 与所有控制装置相对应的通讯方式
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CCD基础应用
制作人：RS-TECH 审 核：张文灿
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目 录 / contents
01 CCD简介 02 基本概念 03 CCD应用实例 04 CCD基本设置 05 注册图像流程 06 常见问题处理
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01
CCD简介
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CCD 介绍
一、CCD 是英语 Charge Coupled Device（电荷耦合元件）的缩写，是一种 将图像转换为电信号的半导体元件。大小约为长宽各 1 厘米左右，由类 似棋盘的格状排列的小像素 (pixel) 组成。在使用CCD 拍照时，从目标处反射 的光线穿过透镜，在CCD 上组成图像。当CCD 上的像素接受光线时，就会产 生与光强度相对应的电荷。该电荷被转换为电子信号，以获取各个像素接受的
工控机上的Labview程序）
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CCD的通讯设置
（2）修改语言：CCD操作界面默认为英语，修改为简体中文。 Function→ Go Offline→System Setting→System Language→Simplified Chinese→Restart Now
（3）修改IP地址：Function（功能菜单）→切换到停止模式→设定 输出入→ Ethernet：改为192.168.1.10