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系统集成工业显微装置(一)
点击次数:3676   发布时间:2012-05-10 14:18:58
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     要谈现代工业显微镜和机器视觉装置,首先,来说图像器件“CCD”。CCD——光电隅合器件的英文缩写,很显然,这个概念来自于微电子技术领域,这是一种早期使用CdS光敏半导体材料制成的光电信号器件,它与早期的NP法和KIP法复印机所使用的感光鼓可谓同宗同源。三十年前,有谁曾想到小小的CCD会给光学带来如此惊人的变革?

      今天,CCD几乎成了数字光学时代的一个代名词,是一切数码光学产品的核心器件,基于CCD线阵与面阵和驱动电路组成的CCD器件将传统光学送入了今天的数字光学时代。然而,严格意义地讲,CCD的发明和器件化与光学人没有多大关系,这让我想起激光器、彩色摄影,以及Adobe的图像处理软件的发明与出现都与光学人没多大关系,这些影响着现代光学仪器进程的技术都不是出自光学和光仪人自身的研究与创造,这一切,似乎足以让稍显刻板之气的光学人和号称工科“万精油”的光仪人汗颜。值得一提的是,在电子技术的应用领域最终又把“CCD”这个名词搞乱了,微电子技术领域有两种加工工艺可以生产CCD器件,分别是毫安级的TTL工艺和微安级的CMOS工艺,不知是电子技术应用人员,还是安防领域,还是数码相机领域,竟把CMOS工艺生产的CCD叫成了CMOS,于是乎,便有了将TTL工艺的CCD叫CCD,CMOS工艺的CCD叫CMOS的混乱局面,“CCD有两种,CCD和CMOS”、“CMOS不是CCD”、“CMOS与CCD同时起步”——听得头疼,这是外话。

     言归正传,那么,是不是安装了CCD图像器件的显微镜就是数码显微镜?这又是一个颇为“爱昧”的问题,可以说是,“严格意义说”又不是,CCD的驱动电路有两种:模拟信号与数字信号(以输出信号方式区分),数字信号的可直接接入计算机,模拟信号的需要经图像采集卡进行A/D转换而接入计算机,换句话说,不管是模拟CCD,还是数字CCD,都可使显微镜成为数码显微镜,然而,低端的数字CCD性能很差,高端数字CCD价格十分昂贵,使用受到局限,模拟CCD则不同,由于安防类产品的广泛应用,大批量生产降低了它的造价和提升了它的性能,同时,图像采集卡(又名图像卡)提供着十分优秀的图像处理能力和支持软件二次开发的特点,模拟信号(AV),还可直接接入监视器和电视机进行显示,十分方便,数字信号的则不能,因此,以模拟CCD图像器件为核心的CCD显微镜被广泛应用。

      还有一个问题很多人理不清,数字CCD谈像素,模拟CCD谈线数(电视线)和桢数,像素是一个静止图像概念,线数则是一个动态图像概念,桢数:即为每秒钟内拍摄并传输的图像数量,超24桢/秒人眼无法分辨其间隔,就象电影(24幅/秒)与电视(30桢/秒),而CCD显微镜多为30桢/秒,可见数字CCD多用于数码相机功能,模拟CCD多用于摄像机功能,模拟CCD可以通过图像采集卡转化为“多少像素/桢”的动态数字图像概念,值得一提的是,多半工厂技术人员搞不清楚上述的差异所在,并受国外高价器件供应的“概念营销”所影响,开口便谈CCD像素,好象CCD显微的效果就是像素决定一切,这显然是片面的理解,需要销售人员巧妙引开(SPIN话题)。

     图像器件(CCD器件)有一个重要的硬件指标:“CCD靶面”英寸,所谓“CCD靶面英寸”是CCD感光列阵的大小,常见的有:1/1.8、1/2、1/3、1/4英寸,“CCD靶面”大小在一定程度上决定了其感光单元的数量,从而决着有效的像素能力,“CCD靶面”的感光单元的数量还受晶园科技的加工水平影响,目前仍以每两年半提高一倍发展,换句话说,相同的“CCD靶面”大小不一定具有相同数量的感光单元,要看它是使用多少纳米工艺,在230纳米工艺之后的90纳米工艺已被广泛使用,而45纳米工艺又已成形,CCD显微镜多半使用1/2、1/3英寸CCD器件,1/1.8英寸为专业相机“领地”,“CCD靶面”大小反应的是“光学像素”,依靠软件差补加大的“电子像素”提高不了成像质量,值得一提的是,市面上很多国产“高端”CCD工业或智能相机,多半都是通过差补加大CCD像素,质量很差。

      图像器件(CCD器件)还有一个重要的性能指标:照度,严格说,照度是一个光的亮度概念,本不属于CCD指标,在CCD这里,“照度”代替了“感度”概念,反应着“感度”水平,CCD器件可以远远优于人眼的感光能力,可以做到非常微光能力,这正是CCD显微镜的发展优势之一,CCD器材还有感光特性曲线问题,不同的颜色下的感光能力不同,可以做出各种各样超越人眼的器件,充分利用CCD器件的多样性和特殊性,可以开发出广泛的超越传统显微镜能力的新型显微镜产品,赛克所拥有的“消杂光、大景深”等专利技术,正是使用CCD器件特性改善传统光学成像质量,这是一个具有广阔前景和纵深的应用技术发展地带,我们已拿取了它的入园资格。

      需要补充说明的是:TTL工艺下的CCD与CMOS工艺下的CCD器件存在差异,前者是毫安级的耗电,后者是微安级的耗电,前者成像质量和低照能力都优于后者,很显然,前者适合于CCD显微镜,后者适合于使用电池对低耗电要求很高的数字相机、手机,有意思的是,很多一知半解的工程技术人员在“概念营销”的影响下,被搞得稀里糊涂,很多微安级器件,甚至连启码的色彩平衡能力、白平衡能力、AE能力都没有,(关于“色彩平衡”、“白平衡”、“AE”等概念,将在“CCD显微2”中表述)这也是数码相机器件没有的功能,然而作为“工业相机”用途CCD器件则属必备功能,这些属于销售人员必须理解和具备技术技巧能力的地方,从别人的“概念营销”陷阱中争取客户,这也是SPIN营销问话设计的重要地带,需要把客户从“概念迷阵”中带出,带向我们。

     如上篇所讲,传统体视显微镜概成CCD显微镜有两种方式:三目光路或电子目镜,这两种方式可应用于所有的显微镜,因此,所有传统显微镜都可以改造成CCD显微镜,换句话说,就是所有显微镜(甚至所有带有目镜的光学仪器)均可实现数字化(也就是数码化),从而实现,数码摄影、数码录像、数码测量、数字图像分析、模式识别,高端产品走向测控合一。

     这样的一个方向,显然是赛克数码曾经的“主攻方向”,我们已把它联成一片(这也是“赛克数码”的由来,数码光学仪器之意)。仔细分析赛克数码的历程与路径,不难看出,赛克数码有着清晰的战略主线:从两头和中间“三点开花”展开着。这是一个足以令所有同行惊讶的战略展开,其目标就是要吞下“整个鱼塘”,而非任何一个节点。今天,我们的“三点开花”已获得了相当程度的成功,得到了一些战略制胜点,抢占到了“桥头堡”--定制型工业显微装置+机器视觉装置+一体化。

工业显微+机器视觉装置

 

 


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