CCD在工业内窥镜中的应用
1984年,美国韦林公司研制成功了工业视频内窥镜,使工业内窥镜技术跨入电子时代,颠覆了传统内窥镜基于光学成像的工作方式,CCD在工业内窥镜中的应用,使得工业内窥镜系统成为一个超小型CCD的图像采集与显示系统,从而为数字化检测开创了新的天地。
应用原理:CCD是内窥视频探头的核心,由许多感光单位组成,在内窥探查过程中,当光学镜头成像于CCD后,感光单位负责将内窥检测图像由光信号转换成视频电信号,就构成了一幅完整的检测画面,并可传输给显示器或是计算机,轻松借助计算机的处理手段也是水到渠成。
应用优势:在CCD问世之后,诞生了CMOS传感器。在相同分辨率下,CCD价格高于CMOS,但是CCD画质也明显优于CMOS,这是因为两者制造工艺的差别。CMOS的每个像素都有独自的扩大器,而CCD则是每行像素共用信号扩大器,因此在CMOS要为冗杂电路留出空间的同时,CCD则具有感光面积更大、成像更通透、明锐度更好、色彩还原更佳、曝光更准确的优势,这些优势应用于工业内窥镜检测中,将带来更高的缺陷检出率(POD)。
应用对象:基于成像优势和价格特点,CCD在工业内窥镜中的应用对象主要是一些高端视频内窥镜设备,通常进口工业内窥镜品牌用的多一些,特别是高清工业内窥镜。这类高端设备往往是航空发动机孔探等应用的常用设备,基于CCD的高分辨率画质不仅有助于及时发现缺陷,而且也有助于对缺陷进行更准确的量化分析,同理对于异物的检索和排除也会更加高效一些,能够更好地满足对检测可靠性和效率的要求。
影响因素:CCD上的众多感光单位承载了色彩、亮度与灰度等众多图像信息,人们通常习惯称其为“像素”(CCD原生像素,不是利用插值等软件算法计算得到的)。理论上,CCD像素数越丰富,内窥图像越精细;但同时也会缩小每个感光单位的体积,相应降低容纳电荷的极限值,从而削弱对光线的敏感性,容易导致“电荷溢出”,使画面出现噪点。此外,相同条件下,CCD面阵越大成像质量越好的特性,与工业内窥镜通常只有毫米级直径尺寸的视频探头规格也有冲突之处。因此,CCD在内窥检测行业的应用需要均衡:CCD大小、像素数目、感光面积等多方面的因素,才能打造出具有良好通过性、同时图像清晰而层次丰富的内窥检测设备。
应用现状:韦林工业视频内窥镜的系列产品都采用的是SUPER HAD™ CCD,这是索尼公司进一步优化镜片形状从而提升光利用率的新设计,可以在提高CCD敏感度的同时最大限度地降噪,从而表现出细腻出众的色彩还原性以及和谐的检测图像。以韦林工业视频内窥镜 Everest Mentor Visual iQ 为例,可以看到CCD面阵主要有1/6英寸和1/10英寸,CCD原生像素数有44万和120万,具体与探头直径的对应关系如下表所示:
CCD在工业内窥镜镜中的应用已经有几十年的历史了,是一种稳定、成熟、可靠、效果出色的成像器件,助力打造更清晰的内窥镜设备,助力使用者获得更可靠的内窥检测结果。
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