CMOS和CCD都是可以感受光线变化、并将光学信号转换成电子信号的器件。大家都熟知它们在成像设备上的应用,例如照相机等,但其实它们在工业无损检测中也有应用,特别是基于视觉的检测设备中,例如:工业内窥镜。
早期的内窥镜设备是基于光学成像原理的,因此也称为:光学内窥镜,包括:硬性内窥镜和光纤内窥镜这样两大类,前者用一组透镜传导图像,后者用光纤传导图像,从而实现将探头伸入设备内部后、检测人员可以在外部用目镜观察到设备内部影像的检测方式。直到CMOS和CCD应用到内窥镜中,出现了工业用途的电子内窥镜。
CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor(互补金属氧化物半导体)的缩写,如今在数字影像领域,CMOS制造工艺也被应用于一种低成本的感光元件技术被发展出来,用于一些数码摄像产品中。CCD是一种基于光电效应的电荷耦合器件,20世纪70年代初发展起来的一种新型半导体器件,广泛应用于摄像机、数码相机等产品中。CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上,而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上,工作原理没有太大的区别。
CCD和CMOS应用到工业内窥镜设备中(内置于探头前端),促成了内窥检测设备从光学设备到电子视频内窥镜的转变,改变了成像的工作原理,实现了光像到数字图像的转化,为检测图像的数字化显示、数字化管理、以及检测流程的数字化带来了极大的便利。
与照相机等摄影器材不同的是,工业内窥镜探头是伸入被检对象内部的核心部件,CCD或CMOS都是内置于探头前端,而探头直径通常比较细,只有几个毫米,也就是说CCD和CMOS是面积受限的,要实现在有限面积下的清晰成像,对于工业内窥镜来说是一种挑战。
幸运的是,进入90年代后期以来,随着摄影产品集成度的提升,CCD的单位面积也越来越小,索尼将以前使用微小镜片的技术改良,提升光利用率,开发镜片形状优化技术,即索尼SUPERHAD CCD技术。基本上是以提升光利用效率来提升感亮度的设计,这也为当今的CCD基本技术奠定了基础,同时也大大推动了CCD在工业内窥镜中的使用。
目前中高端电子视频内窥镜多采用CCD,也有一些品牌采用的是CMOS。如下图所示,即为应用了SUPER HAD CCD摄像头的韦林电子内窥镜 MViQ,航空孔探、石油化工检测、汽车制造质量控制等众多领域都可以使用该设备进行缺陷检测,发挥了集成CCD的数字化成像、以及数字化管理的优势。
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