工业线阵相机与面阵相机特点分析收藏

   工业相机按照传感器的结构特性可分为面阵相机和线阵相机，面阵、线阵相机都有各自的优点和缺点，在用途不同的情况下选择合适的传感器的结构工业相机，至关重要1、类型区分    面阵相机：实现的是像素矩阵拍摄。

相机拍摄图像中，表现图像细节不是由像素多少决定的，是由分辨率决定的分辨率是由选择的镜头焦距决定的，同一种相机，选用不同焦距的镜头，分辨率就不同 像素的多少不决定图像的分辨率（清晰度），那么大像素相机有何好处呢？答案只有一个：减少拍摄次数，提高测试速度。

   线阵相机：顾名思义是呈“线”状的虽然也是二维图像，但极长几K的长度，而宽度却只有几个象素的而已一般上只在两种情况下使用这种相机：一、被测视野为细长的带状，多用于滚筒上检测的问题二、需要极大的视野或极高的精度。

在第二种情况下（需要极大的视野或极高的精度），就需要用激发装置多次激发相机，进行多次拍照，再将所拍下的多幅“条”形图象，合并成一张巨大的图因此，用线阵型相机，必须用可以支持线阵型相机的采集卡 线阵型相机价格贵，而且在大的视野或高的精度检测情况下，其检测速度也慢－－一般相机的图象是 400K～1M，而合并后的图象有几个M这么大，速度自然就慢了。

慢功出细活嘛由于以上这两个原因，线阵相机只用在极特殊的情况下 2、应用对比：    面阵相机：应用面较广，如面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等的测量    线阵相机：主要应用于工业、医疗、科研与安全领域的图象处理。

典型应用领域是检测连续的材料，例如金属、塑料、纸和纤维等被检测的物体通常匀速运动 , 利用一台或多台相机对其逐行连续扫描 , 以达到对其整个表面均匀检测可以对其图象一行一行进行处理 , 或者对由多行组成的面阵图象进行处理。

另外线阵相机非常适合测量场合，这要归功于传感器的高分辨率，它可以准确测量到微米3、优点对比：    面阵相机：可以获取二维图像信息，测量图像直观    线阵相机：一维像元数可以做得很多，而总像元素较面阵相机少，而且像元尺寸比较灵活，帧幅数高，特别适用于一维动态目标的测量。

而且线阵分辨率高，价格低廉，可满足大多数测量现场要求4、缺点对比：    面阵相机：像元总数多，而每行的像元数一般较线阵少，帧幅率受到限制，因此其应用面较广，如面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等的测量由于生产技术的制约，单个面阵的面积很难达到一般工业测量现场的需求。

   线阵相机：要用线阵获取二维图像，必须配以扫描运动，而且为了能确定图像每一像素点在被测件上的对应位置，还必须配以光栅等器件以记录线阵每一扫描行的坐标一般看来，这两方面的要求导致用线阵获取图像有以下不足：图像获取时间长，测量效率低；由于扫描运动及相应的位置反馈环节的存在，增加了系统复杂性和成本；图像精度可能受扫描运动精度的影响而降低，最终影响测量精度。

线阵相机与面阵相机的选型    首先了解一下线扫描系统，这个系统一般可用于被测物体和相机之间有相对运动的场合，通过线扫描相机高速采集，每次采集完一条线后正好运动到下一个单位长度，继续下一条线的采集，这样一段时间下来就拼成了一张二维的图片，也就类似于面阵相机采集到的图片，不同之处是高度可以无限长。

接下来通过软件把这幅“无限长”的图片截成一定高度的图片，进行实时处理或放入缓存稍后进行处理    视觉部分，包括线扫描相机，镜头，光源，图象采集卡和视觉软件；　　    运动控制部分，包括马达, 马达驱动器, 运动控制卡或PLC，为了保证采集的图象与输送带同步，有时还会需要编码器。

　　    由于线扫描信息量大，所以需要一台高性能的工控机，配置大容量的内存和硬盘，主板要提供PCI、PCI-E或PCI-X插槽　　    一般来说，一个面阵视觉系统的配置选型是按照这样的顺序进行的：　　。

　　　　　　　　　　            　相机＋采集卡－>镜头－>光源　　    线阵项目也类似，根据系统的检测精度和速度要求，确定线阵CCD相机分辨率和行扫描速度，同时确定对应的采集卡，只是需要选线阵相机镜头接口(mount)时同时考虑镜头的选型，最后确定光源的选型。

线阵摄像机(线阵工业相机）的选型　　    计算分辩率:幅宽除以最小检测精度得出每行需要的像素    选定相机:幅宽除以像素数得出实际检测精度    每秒运动速度长度除以精度得出每秒扫描行数    根据以上数值选定相机

   如幅宽为1600毫米、精度1毫米、运动速度22000mm/s    相机：1600/1＝1600像素    最少2000像素，选定为2k相机    1600/2048＝0.8实际精度    22000mm/0.8mm＝27.5KHz

   应选定相机为2048像素28kHz相机线阵镜头的选型　　    为什么在选相机时要考虑镜头的选型呢？常见的线阵相机分辨率目前有1K,2K,4K,6K,7K,8K,12K几种，象素大小有５um,7um,10um,14um几种，这样芯片的大小从　10.240mm　(1Kx10um) 到　86.016mm　(12Kx7um)不等。

很显然，Ｃ接口远远不能满足要求，因为Ｃ接口最大只能接　22 mm　的芯片，也就是1.3inch而很多相机的接口为Ｆ，Ｍ42X1，M72X0.75等，不同的镜头接口对应不同的后背焦(Flange distance)，也就决定了镜头的工作距离不一样。

　　1、光学放大倍率(β,Magnification)　　    确定了相机分辨率和像素大小，就可以计算出芯片尺寸（Sensor size）；芯片尺寸除以视野范围(FOV)就等于光学放大倍率β=CCD/FOV　　。

2、接口(Mount)：　    主要有C、M42x1 、F、T2、Leica、M72x0.75等几种，确定了之后，就可知道对应接口的长度            3、后背焦(Flange Distance)　　。

   后背焦指相机接口平面到芯片的距离，是一个非常重要的参数，由相机厂家根据自己的光路设计确定不同厂家的相机，哪怕是接口一样，也可能有不同的后背焦    有了光学放大倍率、接口、后背焦，就能计算出工作距离和节圈长度。

选好这些之后，还有一个重要的环节，就是看MTF值是否足够好？很多视觉工程师不了解MTF,而对高端镜头来说就必须用MTF来衡量光学品质MTF涵盖了对比度、分辨率、空间频率、色差等相当丰富的信息，并且非常详细地表达了镜头中心和边缘各处的光学质量。

不仅只是工作距离、视野范围满足要求，边缘的对比度不够好，也要重新考虑是否选择更高分辨率的镜头　　　　　线扫描线阵光源的选型 　　　    线扫描项目中，常用的光源有LED光源、卤素灯（光纤光源）、高频荧光灯。

　　　    卤素灯也叫光纤光源，特点是亮度特别高，但缺点也很明显--寿命短，只有1000-2000小时左右，需要经常更换灯泡发光源是卤素灯泡，通过一个专门的光学透镜和分光系统，最后通过光纤输出，光源功率很大，可高达250瓦。

卤素灯还有一个名字叫冷光源，因为通过光纤传输之后，出光的这一头是不热的且色温稳定，适合用于对环境温度比较敏感的场合，比如二次元量测仪的照明用于线扫描的卤素灯，常常在出光口加上玻璃聚光镜头，进一步聚焦提高光源亮度。

对于较长的线光源，还用几组卤素光源同时为一根光纤提供照明　　　    高频荧光灯，发光原理和日光灯类似，只是灯管是工业级产品，特点是适合大面积照明，亮度较高，    成本低，但荧光灯最大的缺点是有闪烁、衰减速度快。

荧光灯一定需要高频电源，也就是光源闪烁的频率远高于相机采集图象的频率（对线扫描相机来说就是行扫描频率），消除图像的闪烁专用的高频电源可做到60KHz　　    LED光源是目前主流的机器视觉光源特点是寿命长，稳定性好，功耗非常小。

　　    1直流供电，无频闪    2专业的LED光源寿命非常长（如美国AI的寿命50000小时亮度不小于50%）　　    3亮度也非常高，接近卤素灯的亮度，并且随着LED工艺的改善不断提高（目前美国AI线光源亮度高达90000LUX）　　。

   3可以灵活地设计成不同结构的线光源，如直射、带聚光透镜、背光、同轴以及类似于碗状的漫反射线光源　　    4有多种颜色可选，包括红、绿、蓝、白，还有红外、紫外针对不同被测物体的表面特征和材质，选用不同颜色也就是不同波长的光源，获得更佳的图像。

　　           线扫描相机、光源与被测物体之间的角度分析                                   　　    以玻璃检测为例，需要检测的缺陷有：脏点、结石、杂质、气泡、刮伤，裂纹，破损等，其大致可以分成两类，一类在玻璃表面的，一类是玻璃内部的。

不同的缺陷，在图象中表现的出的灰度不一样，有黑的，有白的，也有灰的，并且在不同的光源照射角度或者相机接受角度，缺陷的对比度会变化，如在一个角度时，某一种缺陷的对比度最好，但其他缺陷可能比较次，甚至根本看不到。

这样也就需要大量的分析、组合，才能确定最后的光源选型和相机、光源和被测物体之间的相对角度如下图所示，相机、光源在不同角度安装，分别测试　　结果发现：　　脏点，正面光源或背光都较容易凸现；　　结石和杂质，需要正面接近法线的照明或背面穿透照明；　　

气泡，形状不固定，且要分析形成的原因以及方向，采用背面照明；　　刮伤和破损，正面低角度照明容易凸现　　裂纹，需要背面侧照　　　而且，以上缺陷并不是独立的，而是互相影响统计、分析如下　　综合以上因素，最后选用背光斜射和正面照射结合，相机接近法线方向安装。

　　　光源、镜头的调试　　　    线扫描系统，对光源和相机来说，有效的工作区域都是一个窄条也就是保证光源照在这个最亮的窄条与相机芯片要完全平行，否则只能拍到相交叉的一个亮点所以机械安装、调试是比较费工夫的。

同时由于幅宽比较宽，对于线光源有两个特别的要求，就是均匀性和直线性因为线光源不同位置的亮暗差异，会直接影响图象的亮度高低，这一点LED比卤素灯更好控制出光部分的直线性，取决于LED发光角度的一致性、聚光透镜的直线性以及线光源外壳的直线性。

     　　　    由于现场环境比较复杂，客户总是希望花多一些时间去现场调试但如我们前面讲到的相机、光源、被测物体的相对角度测试、分析，许多因素会直接影响到检测效果所以我们建议先做实验室测试，有了方案之后，再去现场调试，这样会最有把握，也能提高调试效率。

毕竟服务也是一种成本 线扫描系统除了机械结构之外, 其主要组成部分还包括机器视觉和运动控制 面阵相机和镜头选型    已知：被检测物体大小为A*B,要求能够分辨小于C，工作距为D 解答：    1. 计算短边对应的像素数 E = B/C，相机长边和短边的像素数都要大于E；

   2. 像元尺寸 = 物体短边尺寸B / 所选相机的短边像素数；    3. 放大倍率 = 所选相机芯片短边尺寸 / 相机短边的视野范围；    4. 可分辨的物体精度 = 像元尺寸 / 放大倍率 （判断是否小于C）；

   5. 物镜的焦距 = 工作距离 / (1+1 / 放大倍率) 单位：mm；    6. 像面的分辨率要大于 1 / (2*0.1*放大倍率) 单位：lpmm ；    以上只针对镜头的主要参数进行计算选择，其他如畸变、景深环境等，可根据实际要求进行选择。

*针对速度和曝光时间的影响，物体是否有拖影      已知：确定每次检测的范围为80mm*60mm，200万像素 CCD 相机(1600*1200),相机或物体的运动速度为12m/min   = 200mm/s 。

    曝光时间计算：1. 曝光时间 < 长边视野范围 / (长边像素值 * 产品运动速度)    2. 曝光时间 < 80 mm / (1600∗250 mm/s)；3. 曝光时间 < 0.00025s  ；

  总结：故曝光时间要小于 0.00025s  ，图像才不会产生拖影

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