1 關于線陣相機的傳感器 70年代大多數使用的是MOS，而從70年代末CCD開始迅速發展，一直到現在也是主流，CMOS大概是在80年代中期開始出現的，但是隨著技術的發展CCD的取像速度要低于CMOS，而且直到2010年以前CMOS的傳感器價格要高于CCD，從2010年以后幾家主要的相機制造商都已經大力開發CMOS的相機了，并且也得到了不少的實際應用。

2 線陣相機的幾個重要參數:

resolution: 像素數， 傳感器上有多少個像元。

MAX DATA RATE（應該叫相機時鐘吧）：意思是相機每秒可以采取最大的數據量。

Linerate 行頻：意思是每秒鐘相機最大可以采取多少行影像

比如像素為8192*1， data rate為160Mhz, 那么此相機的行頻就是160M/8192= 19000line/sec。

每秒鐘最大可以取像19000行，橫向為8192pixel,縱向為19000pixel, 1秒鐘取得的這幅圖像大小大概為160M。

還有就是像元的大小和鏡頭的尺寸。一般ccd的像元大小最小為5um，再小好像做不出來，而且感光度也差，cmos的像元可以比ccd小近一倍。

相機的選擇十分重要，直接關系到整體設備的成本，像素多就要采用大的鏡頭，數據量大就要采用傳輸率大的數據線，還需要圖像處理卡，數據量大對運算要求也高，對計算機的要求也高。

相機的輸出方式也有多種，8bit,10bit,12bit, 我主要了解的就是8bit 黑白256進制影像。

有single輸出，取像時1，2，3，~8192，有雙輸出，1，3，5，7/ 2,4,6,8, 也有1，3，5~4095/ 4097,4099~8191

這里的輸出方式可以大概了解下（一般使用默認值對取像不會造成影響）

相機的主要幾個設定有exposre,gain,還有內觸發/外觸發模式，不常用的當然也有很多如平均影像灰度，offset設定等等。

exposure ， 這個設定和相機的行頻有直接關聯，此設定必須低于可以采取的最大行頻。

線陣相機的應用領域，主要為連續的生產線（web),比如鋼鐵冶金，有色金屬，電子素材，紡織，造紙，LCD等等，也可以說面陣相機可以應用的領域線陣相機也都可以完成，但是就是成本問題了。

線陣工業相機的選型　

計算分辯率:幅寬除以最小檢測精度得出每行需要的像素

選定相機:幅寬除以像素數得出實際檢測精度

每秒運動速度長度除以精度得出每秒掃描行數

根據以上數值選定相機如幅寬為1600毫米、精度1毫米、運動速度22000mm/s

相機：1600/1＝1600像素

最少2000像素，選定為2k相機

1600/2048＝0.8實際精度

22000mm/0.8mm＝27.5KHz

應選定相機為2048像素28kHz相機

線陣鏡頭的選型 ? ? ?

為什么在選相機時要考慮鏡頭的選型呢？常見的線陣相機分辨率目前有1K,2K,4K,6K,7K,8K,12K幾種，象素大小有５um,7um,10um,14um幾種，這樣芯片的大小從　10.240mm　(1Kx10um)?到　86.016mm　(12Kx7um)不等。很顯然，Ｃ接口遠遠不能滿足要求，因為Ｃ接口最大只能接　22 mm　的芯片，也就是1.3inch。而很多相機的接口為Ｆ，Ｍ42X1，M72X0.75等，不同的鏡頭接口對應不同的后背焦(Flange distance)，也就決定了鏡頭的工作距離不一樣。

光學放大倍率(β,Magnification)

確定了相機分辨率和像素大小，就可以計算出芯片尺寸（Sensor size）；芯片尺寸除以視野范圍(FOV)就等于光學放大倍率。β=CCD/FOV

接口(Mount)：

主要有C、M42x1 、F、T2、Leica、M72x0.75等幾種，確定了之后，就可知道對應接口的長度。

后背焦(Flange Distance)

后背焦指相機接口平面到芯片的距離，是一個非常重要的參數，由相機廠家根據自己的光路設計確定。不同廠家的相機，哪怕是接口一樣，也可能有不同的后背焦。

有了光學放大倍率、接口、后背焦，就能計算出工作距離和節圈長度。選好這些之后，還有一個重要的環節，就是看MTF值是否足夠好？很多視覺工程師不了解MTF,而對高端鏡頭來說就必須用MTF來衡量光學品質。MTF涵蓋了對比度、分辨率、空間頻率、色差等相當豐富的信息，并且非常詳細地表達了鏡頭中心和邊緣各處的光學質量。不僅只是工作距離、視野范圍滿足要求，邊緣的對比度不夠好，也要重新考慮是否選擇更高分辨率的鏡頭。

線掃描線陣光源的選型 ? ? ?

線掃描項目中，常用的光源有LED光源、鹵素燈（光纖光源）、高頻熒光燈。

鹵素燈也叫光纖光源，特點是亮度特別高，但缺點也很明顯--壽命短，只有1000-2000小時左右，需要經常更換燈泡。發光源是鹵素燈泡，通過一個專門的光學透鏡和分光系統，最后通過光纖輸出，光源功率很大，可高達250瓦。鹵素燈還有一個名字叫冷光源，因為通過光纖傳輸之后，出光的這一頭是不熱的且色溫穩定，適合用于對環境溫度比較敏感的場合，比如二次元量測儀的照明。用于線掃描的鹵素燈，常常在出光口加上玻璃聚光鏡頭，進一步聚焦提高光源亮度。對于較長的線光源，還用幾組鹵素光源同時為一根光纖提供照明。

高頻熒光燈，發光原理和日光燈類似，只是燈管是工業級產品，特點是適合大面積照明，亮度較高，成本低，但熒光燈最大的缺點是有閃爍、衰減速度快。熒光燈一定需要高頻電源，也就是光源閃爍的頻率遠高于相機采集圖象的頻率（對線掃描相機來說就是行掃描頻率），消除圖像的閃爍。專用的高頻電源可做到60KHz。

LED光源是目前主流的機器視覺光源。特點是壽命長，穩定性好，功耗非常小。

1，直流供電，無頻閃。

2，專業的LED光源壽命非常長。（如美國AI的壽命50000小時亮度不小于50%）

3，亮度也非常高，接近鹵素燈的亮度，并且隨著LED工藝的改善不斷提高。（目前美國AI線光源亮度高達90000LUX）

4，可以靈活地設計成不同結構的線光源，如直射、帶聚光透鏡、背光、同軸以及類似于碗狀的漫反射線光源。

5，有多種顏色可選，包括紅、綠、藍、白，還有紅外、紫外。針對不同被測物體的表面特征和材質，選用不同顏色也就是不同波長的光源，獲得更佳的圖像。

光源、鏡頭的調試 ? ? ?

線掃描系統，對光源和相機來說，有效的工作區域都是一個窄條。也就是保證光源照在這個最亮的窄條與相機芯片要完全平行，否則只能拍到相交叉的一個亮點。所以機械安裝、調試是比較費工夫的。同時由于幅寬比較寬，對于線光源有兩個特別的要求，就是均勻性和直線性。因為線光源不同位置的亮暗差異，會直接影響圖象的亮度高低，這一點LED比鹵素燈更好控制。出光部分的直線性，取決于LED發光角度的一致性、聚光透鏡的直線性以及線光源外殼的直線性。

由于現場環境比較復雜，客戶總是希望花多一些時間去現場調試。但如我們前面講到的相機、光源、被測物體的相對角度測試、分析，許多因素會直接影響到檢測效果。所以我們建議先做實驗室測試，有了方案之后，再去現場調試，這樣會最有把握，也能提高調試效率。畢竟服務也是一種成本。

線掃描系統除了機械結構之外, 其主要組成部分還包括機器視覺和運動控制。要保證采集到的圖像不被拉伸或者壓縮，必須遵從一點，即“橫向和縱向的分辨率相等”。

首先設定以下變量：

1）線陣相機的每線像素數（單位：pixel）：Hc

2）目標物的寬幅（單位：m）：Lo

3）目標物運行速率（單位：m/s）：Vo

4）線陣相機線掃描速率（單位：Hz，即 線/s）：Vc

5）掃描一幀圖像目標物運行的時間（單位：s）：To

6）掃描一幀圖像線陣相機的掃描時間（單位：s）：Tc

那么，

橫向的分辨率為：Lo/ Hc，標定紙的值/單個相機像素（4096）

縱向分辨率為：( Vo* To ) / ( Vc* Tc )，速度/line值

很容易知道，To = Tc

根據“橫向和縱向的分辨率相等”的原則，得到公式如下：

Lo/ Hc = Vo / Vc

則相機的線掃描速率為：

Vc = Hc * Vo / Lo

編輯：黃飛

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