线阵CCD图像信号二值化处理在硬币检测中的应用

丁振刚

【摘 要】采用线阵CCD图像传感器，将其视频输出信号经过二值化处理电路处理，由单片机读取数据、处理数据，实现了硬币滚动状下实时非接触测量硬币的直径，为硬币的分拣提供了依据。

【关键词】CCD；二值化；非接触测量；硬币检测

0 引言

硬币在回收过程中需要将不同面值混合在一起的硬币，按照面值进行分拣，分拣的方法有多种，直径差异大一些的硬币可以用简单的机械装置加以分离，直径差别很小的一些硬币，无法用简单的机械装置分离。线阵CCD非接触测量技术的出现为检测滚动过程中硬币的微小直径差成为可能，为硬币的分拣提供有效的依据。

1 CCD图像传感器

CCD器件于1970年在贝尔实验室诞生，随着半导体微电子技术的迅速发展，CCD传感器的集成度、分辨率、几何精度和灵敏度不断提高，工作频率范围明显增强，高速工作CCD可以满足高速运动物体的图像采集，并以其光谱响应宽、动态范围大、灵敏度和几何精度高、噪声低、体积小、重量轻、低功耗、抗冲击、耐振动、抗电磁干扰能力强、坚固耐用，寿命长、图像畸变小、无残像、可以长时间工作于恶劣环境、便于进行各种数字化处理和与各种计算机、微处理器连接等优点，在图像采集、实时监控和非接触测量等方面得到了广泛应用，成为现代光电子学和测试技术中最活跃、最富有成果的研究领域之一。

CCD是一种电荷耦合器件（Charge Coupled Device），CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel），每一个像素相当于一个微小的光电池，也称为感光单元。

线阵CCD器件其感光单元按照一维线状排列，在驱动电路的驱动下，感光单元按时间顺序，将强弱变化的光信号转换为电平变化的视频信号。每行视频信号的幅度代表了被测目标的光学图像在一行扫描线上亮度的分布。

2 视频信号的二值化处理

视频信号的采集也分为两种，一种是将视频信号经过AD变换，转换为有灰度等级变化的视频数字，供计算机处理。另一种将视频信号经过二值化处理电路转化，每一点像素转换为0和1表示的黑白亮度数据，供微处理器处理。二值化处理方法常用的有固定阈值法、浮动阈值法和微分法三种。在外界光强固定的情况下采用电压阈值比较方法按照实际情况调整好比较阈值是一种最常用的简便处理方法。在二值化处理电路设计中将CCD输出的视频信号送入电压比较器的同相输入端，比较器的反响输入端加可调电位器就构成了固定阈值二值化转换电路，调整电位器可以调整二值化切割电平的阈值。二值化变换方法具有变换电路简单、数据量小，数据处理简单等特点。广泛应用在各个非接触测量领域。

3 硬币直径的非接触测量

非接触测量是以光电、电磁等技术为基础，在不接触被测物体表面的情况下，得到物体表面参数信息的测量方法。CCD非接触测量是将被测物体通过镜头投影的CCD感光元上，通过计量物体成像范围内感光元的数量来测量物体的几何尺寸。

在硬币分拣处理过程中，用一种机械装置将不同直径的硬币依次送到一个向下倾斜的导轨上，硬币在重力作用下沿着导轨侧壁向下滚动，为了将不同直径的硬币分拣处理，需要测量出硬币的直径，而这种测量必须在硬币滚动过程中非接触测量。在导轨侧壁开一个透光缝隙，平行光源通过透光缝隙照射到CCD感光单元阵列上，当硬币在导轨滚动下滑经过缝隙时，遮挡照射到CCD感光单元的光线，遮挡光线的硬币通过镜头在CCD上成像，通过计数CCD被遮挡的感光元数量，即可计算出硬币的直径。分拣执行机构按照硬币的直径将不同直径的硬币依次分拣到各个仓中。

东芝公司CCD器件TCD132D主要参数：

CCD元数像：1024位

像元尺寸：14um*14um

光敏元总长度：14.3mm

在实际测量过程中通过调整物距和像距将最大量程刚好成像在线阵CCD全部有效感光元上。

测量分辨率=最大量程（mm）/1024

4 结束语

实践证明CCD二值化非接触测量在硬币分拣过程中，能夠很好的检测出滚动中硬币的直径尺寸，为下一步的硬币分拣提供了有效依据。二值化处理方案具有电路简单、数据量小的采集处理速度快等特点，非常适合应用于非接触测量的各个领域。

【参考文献】

[1]东芝公司TCD132D器件手册[S].

[2]中国兵器工业第二O五所西安康发电视技术公司.线阵CCD测量系统使用说明[Z].

[3]万振凯，赵桂敏.CCD在动态物体间距测量中的应用[J].电子与自动化，1992（6）.

[责任编辑：丁艳]