线阵相机使用方法（线阵相机作用）

顾名思义，线扫描相机以线性方式拍摄图像。其传感器是线性的。

例如：

例如，面阵相机的分辨率为640*480，这意味着相机水平方向有640个像素，垂直方向有480个像素。

线阵相机的分辨率仅体现在水平方向。例如，2048像素的线扫描相机在水平方向上有2048个像素，在垂直方向上大部分为1个。 （RGB相机和TDI相机除外）

1 关于线阵相机的传感器，20世纪70年代大部分采用MOS。 CCD在20世纪70年代末开始迅速发展，至今仍是主流。 CMOS大概在20世纪80年代中期就开始出现了，但随着技术的发展，CCD的成像速度低于CMOS，直到2010年，CMOS传感器的价格才高于CCD。 2010年以来，几大相机厂商大力研发CMOS相机，也取得了不少实际成果。应用。我相信未来线阵相机的主流将是CMOS传感器。 （网上可以查到这两种传感器的优缺点，主要是成像速度和灵敏度的差异）

2 线阵相机：的几个重要参数

分辨率： 像素数，传感器上有多少个像素。

最大数据速率（应该称为相机时钟）：表示相机每秒可以拍摄的最大数据量。

线率：表示相机每秒可以拍摄图像的最大行数

例如，如果像素为8192*1，数据速率为160Mhz，则该相机的行频率为160M/8192=19000行/秒。

每秒最多可采集19,000线，水平分辨率为8192像素，垂直分辨率为19,000像素。 1秒获取的图像大小约为160M。

还有像素的大小和镜头的大小。一般CCD的最小像素尺寸为5um。再小似乎也做不出来，而且灵敏度也较差。 CMS的像素尺寸可以比CCD小近两倍。

相机的选择非常重要，直接关系到整体设备的成本。如果像素更多，则需要更大的镜头。如果数据量较大，则需要传输速率较高的数据线。您还需要一张图像处理卡。大量的数据也需要很高的计算要求。对电脑的要求也很高。

相机输出方式也有很多种，8bit、10bit、12bit。我主要了解的是8bit黑白256十六进制图像。

采集图像时有单输出1、2、3~8192，双输出1、3、5、7/2、4、6、8、1、3、5~4095/4097、4099~8191

在这里可以对输出方式有一个大概的了解（一般使用默认值不会影响图像采集）

相机的主要设置包括曝光、增益、内触发/外触发模式。当然，还有很多不太常用的设置比如平均图像灰度、偏移设置等。

曝光，这个设置与相机的行频直接相关。该设置必须低于可以采用的最大线路频率。

线扫描相机的应用领域主要是连续生产线（卷筒纸），如钢铁冶金、有色金属、电子材料、纺织、造纸、液晶显示器等。也可以说面扫描相机可以应用在所有可以使用线扫描相机的区域。完成了，但这是一个成本问题。

线阵工业相机选型

计算分辨率：将宽度除以最小检测精度，得到每条线所需的像素数。

实际检测精度是通过所选相机的：宽度除以像素数得到的。

每秒的移动速度长度除以精度得出每秒的扫描线数

根据以上数值选择相机，例如宽度为1600mm，精度为1mm，移动速度为22000mm/s。

摄像头：1600/1=1600像素

最低2000像素，选为2k相机

1600/2048=0.8实际精度

22000mm/0.8mm27.5KHz

相机应选择2048像素28kHz相机

线阵镜头选择

为什么选择相机时要考虑镜头的选择？目前常见的线扫描相机分辨率包括1K、2K、4K、6K、7K、8K和12K，像素尺寸包括5um、7um、10um和14um。芯片尺寸范围从10.240mm (1Kx10um) 到86.016mm (12Kx7um)。显然，C接口远远不能满足要求，因为C接口只能接受最大22毫米的芯片，也就是1.3英寸。很多相机的接口有F、M42X1、M72X0.75等，不同的镜头接口对应不同的后焦距（法兰距），决定了镜头的工作距离。

光学放大倍率（，放大倍率）

一旦确定了相机分辨率和像素尺寸，就可以计算出芯片尺寸（Sensor size）；芯片尺寸除以视场(FOV) 等于光学放大倍数。 =CCD/视场

接口（安装）：

主要有C、M42x1、F、T2、徕卡、M72x0.75等，确定后就可以知道对应接口的长度。

法兰距离

后焦距是指相机接口平面到芯片的距离。它是一个非常重要的参数，由相机制造商根据自己的光路设计确定。不同厂家的相机，即使接口相同，后焦距也可能不同。

通过光学放大倍数、界面和后焦距，可以计算出工作距离和节点长度。选择完这些之后，还有一个重要的步骤，就是MTF值是否足够好？很多视觉工程师并不了解MTF，而对于高端镜头来说，必须使用MTF来衡量光学质量。 MTF涵盖了对比度、分辨率、空间频率、色差等丰富的信息，非常详细地表达了镜头中心和边缘的光学质量。不仅工作距离和视场角满足要求，但边缘对比度不够好，还需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择

在线扫描项目中，常用的光源有LED光源、卤素灯（光纤光源）、高频荧光灯等。

卤素灯也称为光纤光源。它们的特点是亮度极高，但缺点也很明显——寿命短，只有1000-2000小时左右，而且灯泡需要经常更换。光源为卤素灯泡，经过特殊的光学透镜和分光系统，最后通过光纤输出。光源功率非常高，高达250瓦。卤素灯也被称为冷光源，因为通过光纤传输后，光输出的末端不热，色温稳定。适用于对环境温度敏感的场合，如二维测量仪器的照明等。用于线扫描的卤素灯常在出光口处增加玻璃聚光透镜，以进一步聚焦并增加光源的亮度。对于较长线光源，也采用多组卤素光源同时向一根光纤提供照明。

高频荧光灯的发光原理与荧光灯相似。唯一的区别是灯管是工业级产品，适合大面积照明。它们具有高亮度和低成本。然而，荧光灯最大的缺点是闪烁和衰减快。荧光灯必须需要高频电源，即光源闪烁的频率远高于相机采集图像的频率（对于线扫描相机来说，就是行扫描频率），以消除图像闪烁。专用高频电源可达60KHz。

LED光源是目前主流的机器视觉光源。其特点是寿命长、稳定性好、功耗极低。

1、直流供电，无频闪。

2.专业LED光源，寿命极长。 （例如美国AI的寿命为5万小时，亮度不低于50%）

3、亮度也很高，接近卤素灯的亮度，并且随着LED技术的改进不断提高。 （美国AI线光源目前亮度高达90,000LUX）

4、线光源可灵活设计成直下式、聚光透镜式、背光式、同轴式、碗形漫反射线光源等不同结构。

5、有多种颜色可供选择，有红、绿、蓝、白，还有红外、紫外等。根据不同被测物体的表面特性和材质，选择不同颜色即不同波长的光源，以获得更好的图像。

光源及镜头调试

对于线扫描系统，光源和相机的有效工作区域都是一条窄带。也就是说，要确保照射在最亮窄条上的光源与相机芯片完全平行，否则你将只能捕捉到相交的亮点。因此，机械安装和调试是比较耗时的。同时，由于宽度比较宽，对线光源有两个特殊的要求，即均匀性和线性度。由于线性光源不同位置的明暗差异会直接影响图像的亮度，因此LED比卤素灯更容易控制。光输出部分的线性度取决于LED发光角度的一致性、聚光透镜的线性度和线性光源外壳的线性度。

由于现场环境的复杂性，客户总是希望花费更多的时间进行现场调试。然而，正如我们前面提到的，很多因素会直接影响检测效果，比如相机、光源、被测物体的相对角度测试和分析等。因此，我们建议先进行实验室测试，确定方案后再进行现场调试。这样会最可靠，并且提高调试效率。毕竟，服务也是有成本的。

除机械结构外，线扫描系统的主要组成部分还包括机器视觉和运动控制。要保证采集到的图像不被拉伸或压缩，必须遵循一点，那就是“水平和垂直分辨率相等”。

首先设置以下变量：

1）线阵相机每行的像素数（单位：像素）：Hc

2) 目标物体的宽度（单位：m）：Lo

3）目标运行速度（单位：m/s）：Vo

4）线阵相机的线扫描速率（单位：Hz，即线/秒）：Vc

5）扫描一帧图像目标所花费的时间（单位：s）：To

6) 线阵相机扫描一帧图像的扫描时间（单位：s）：Tc

所以，

水平分辨率为：Lo/Hc，标定纸值/单相机像素（4096）

垂直分辨率为：(Vo* To)/(Vc* Tc)，速度/线值

易知To=Tc

根据“水平和垂直分辨率相等”的原则，计算公式如下：

Lo/Hc=Vo/Vc

则相机的线扫描速率为：

Vc=Hc * Vo/Lo

审稿人：李茜