機器人常用視覺傳感器的詳細介紹

　　機器人是一種由主體結構、控制器、指揮系統和監測傳感器組成的，能夠模擬人的某些行為、能夠自行控制、能夠重復編程、能在二維空間內完成一定工作的機電一體化的生產設備。機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當代研究十分活躍、應用日益廣泛的領域，也是一個國家工業自動化水平的重要標志。機器人技術的研究和應用已從傳統的工業領域快速擴展到其他領域，而無論是傳統的工業領域還是其他領域，對機器人性能要求的不斷提高，使機器人必須面對更極端的環境，完成更復雜的任務。

　　機器人視覺技術得到了廣泛的發展及應用。人類感知外部世界主要是通過視覺、觸覺、聽覺和嗅覺等感覺器官，其中約80%的信息是通過視覺器官獲取的。視覺感知環境信息的效率很高，他不僅指對光信息的感受，還包括對視覺信息的獲取、傳輸、處理、存儲與理解的全過程。對人類而言，視覺信息傳入人大腦后，由大腦根據已有的知識進行信息處理，進而判斷和識別。機器人視覺系統是使機器人具有視覺感知功能的系統，是通過攝相機和計算機來對外部環境進行測量、識別和判斷。但是機器視覺和人類視覺有著本質上的不同，它的特點不僅在于模擬人眼功能，更重要的是他能完成人眼所不能勝任的某些工作，主要應用于不適合人工作或者人類視覺無法達到要求，以及高速大批量工業產品制造自動生產流水線的一些場合。

　　機器人視覺可以通過視覺傳感器獲取環境的一維、二維和三維圖像，并通過視覺處理器進行分析和解釋，進而轉換為符號。人能夠辨識物體，并確定其位置及各種狀態。機器人視覺系統側重于研究以應用為背景的專用視覺系統，只提供對執行某一特定任務相關的景物描述。機器人視覺硬件主要包括圖像獲取和視覺處理兩部分，而圖像獲取由照明系統、視覺傳感器、模擬－數字轉換器和幀存儲器等組成。根據功能不同，機器人視覺可分為視覺檢驗和視覺引導兩種，廣泛應用于電子、汽車、機械等工業部門和醫學、軍事領域。

　　機器人常用的視覺傳感器有光電二極管與光電轉換器件、PSD、CCD圖像傳感器、CMOS圖像傳感器以及其他的攝像元件。介紹如下：

　　光電二極管與光電轉換器 pn型光電二級管，如果讓光子射入半導體的pn結邊界耗盡層，就會激勵起新的空穴。利用電場將空穴和電子分離到兩側，就可以的到與光子量成比例的反向電流。Pn型元件的優點是暗電流小，所以被廣泛用于照度計和分廣度計等測量裝置中。

　　PSD（Position Sensitive Detector，位置敏感探測器）是測定入射光位置的傳感器，由發光二級管、表面電阻膜、電極組成。入射光產生的光電流通過電阻膜到達元件兩端的電極，流入各個電極的電流與電阻值存在對應關系，而電阻值又與光的入射位置及到各個電極距離成比例，因此根據電流值就能檢測到光入射的位置。PSD元件中有一維和二維兩種，它們都具有高速性，但要注意入射到開口部分的散射光的影響。

　　CCD圖像傳感器 電荷耦合器件（CCD：Charge Coupled Device）圖像傳感器是由多個光電二極管傳送儲存電荷的裝置。它有多個MOS（Metal Oxide Semiconductor）結構的電極，電荷傳送的方式是通過向其中一個電極上施加與眾不同的電壓，產生所謂的勢阱，并順序變更勢阱來實現的。根據傳送電荷需要的脈沖信號的個數，施加電壓的方法有兩相方式和三相方式。

　　CCD圖像傳感器有一維形式的，是將發光二極管和電荷傳送部分一維排列制成的。此外還有二維形式的，它可以代替傳統的硒化鎘光導攝像管和氧化鉛光電攝像管二維傳感器。二維傳感器屬于水平和垂直傳送電荷傳感器，傳送方式有行間傳送、幀—行間傳送、幀傳送及全幀傳送四種方式。

　　行間傳送方式，采取一維攝像區域（接收部分）與傳送區域平行布置結構的方法。接收部分多使用二極管。每一幀曝光所儲蓄的電荷分別被垂直或水平的傳送，然后以圖像信號的形式被取出。在CCD內部電荷傳送的效率非常高，因此其具有高的靈敏度。由于整個傳送區域是被遮光的，所以在傳送中不會曝光。