線陣相機(jī)

線陣相機(jī)顧名思義就是取像是成線性的。它的傳感器是成線型的。

舉個例子:比如面陣相機(jī)的分辨率是640*480就是說這個相機(jī)橫向有640個像元,縱向有480個像元。

而線陣相機(jī)分辨率只體現(xiàn)在橫向,比如2048像素的線陣相機(jī)就是說橫向有2048個像元,縱向大多數(shù)為1。(RGB相機(jī)和TDI相機(jī)除外)

關(guān)于線陣相機(jī)的傳感器

70年代大多數(shù)使用的是MOS,而從70年代末CCD開始迅速發(fā)展,一直到現(xiàn)在也是主流,CMOS大概是在80年代中期開始出現(xiàn)的,但是隨著技術(shù)的發(fā)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(jī)制造商都已經(jīng)大力開發(fā)CMOS的相機(jī)了,并且也得到了不少的實(shí)際應(yīng)用。

鄙人認(rèn)為,以后的線陣相機(jī)主流將是CMOS的傳感器。(這兩種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)大家可以到網(wǎng)上找,主要是取像速度和敏感度的差異)

線陣相機(jī)的幾個重要參數(shù)

resolution:像素數(shù),傳感器上有多少個像元。

MAX DATA RATE(應(yīng)該叫相機(jī)時鐘吧):意思是相機(jī)每秒可以采取最大的數(shù)據(jù)量

Linerate行頻:意思是每秒鐘相機(jī)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(jī)的行頻就是160M/8192= 19000line/sec

每秒鐘最大可以取像19000行,橫向?yàn)?192pixel,縱向?yàn)?9000pixel, 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(jī)的選擇十分重要,直接關(guān)系到整體設(shè)備的成本,像素多就要采用大的鏡頭,數(shù)據(jù)量大就要采用傳輸率大的數(shù)據(jù)線,還需要圖像處理卡,數(shù)據(jù)量大對運(yùn)算要求也高,對計算機(jī)的要求也高。

還是以目前的主流CCD相機(jī)為例子吧,由于相機(jī)的取像速度有限,一般每個tap最多能取得60M的數(shù)據(jù),所以目前告訴的相機(jī)都采用多tap的處理方式,一般每個tap為40M,拿160M的相機(jī)為例就是有4個tap ,每個tap的取像為40M,40M*4=160Mhz,當(dāng)然也有single-tap(1), dual-tap(2), triple-tap(3),

octal-tap(8)之分,目前ccd的取像速度都低于400M,而cmos目前最高可以到1.6Ghz(以后可能會更高)

相機(jī)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(jìn)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(rèn)值對取像不會造成影響)

線陣相機(jī)主要接口還是以GiGe和cameralink為主流,高速的相機(jī)需要用HSlink.

相機(jī)主要的幾個設(shè)定有exposre,gain,還有內(nèi)觸發(fā)/外觸發(fā)模式,不常用的當(dāng)然也有很多如平均影像灰度,offset設(shè)定等等。

exposure,這個設(shè)定和相機(jī)的行頻有直接關(guān)聯(lián),此設(shè)定必須低于可以采取的最大行頻。

比如剛才的19000行的相機(jī),如果想采取19000行的話,設(shè)定為1sec/19000=

53us這里還有一些延遲在里面,設(shè)定在47us左右才可以采集最大的行頻。(表達(dá)不清楚,煩)

此數(shù)值越低,獲取的影像越暗,反之越亮。

gain/offset,調(diào)整取得影像的灰度,在照明亮度不夠時可以使用,但是使用后會導(dǎo)致影像的鮮明度下降,對分析影像時會造成一些影像,我不建議使用,即使使用也不要超過默認(rèn)值的20%

還有一些其他的設(shè)定可以參照相機(jī)的說明書。

線陣相機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域,主要為連續(xù)的生產(chǎn)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(jī)可以應(yīng)用的領(lǐng)域線陣相機(jī)也都可以完成,但是就是成本問題了。

我舉一個實(shí)例說明吧,這里先舉一個單目相機(jī)實(shí)例。

電子銅帶的表面缺陷檢測設(shè)備

電子銅帶寬度450mm,生產(chǎn)線速度120米每分,需要檢測最小缺陷為0.2mm

那么在選型的時候就可以考慮4096像素的線陣相機(jī),這樣使用普通F口的鏡頭,橫向分辨率大概是0.11mm,可以檢測出最小0.2mm的缺陷了,那么縱向怎么選擇呢?120米每分=2米每秒=2000mm每秒

如果讓橫向縱向分辨率都一致的話應(yīng)該是2000mm/ 0.11=

18180line相機(jī)需要每秒采取18180行才可以完成對產(chǎn)品的全幅取像。這樣我們可以選擇4096像素,行頻為19000的相機(jī)了。這種參數(shù)的相機(jī)可以對產(chǎn)品全幅取像。

剛才群友上海-Alex-VC問會不會出現(xiàn)一秒鐘掃的全是同一行的現(xiàn)象出現(xiàn)。

使用外觸發(fā)就不會。

外觸發(fā)意思是,外部給相機(jī)一個pulse,相機(jī)就掃描一行。生產(chǎn)線速度快,掃描頻率就高,反之則低。

外觸發(fā)主要有編碼器來實(shí)現(xiàn)(有點(diǎn)扯遠(yuǎn)了,到編碼器了),編碼器主要有2種,一種為固定pulse(比如1mm就是1pulse,不變),一種為轉(zhuǎn)一圈為固定pulse,編碼器的輸出信號也有多種,例如linediver等,相機(jī)獲取的信號種類也有多種,如ttl, lvds,differetion,等。

還拿電子銅帶舉例吧,這里我們使用固定的pulse編碼器,每1mm發(fā)生1pulse,

那么就是說相機(jī)每1mm掃描一次取一次影像,這樣的話橫向分辨率是0.11mm,縱向是1mm了,整體影像變形就不好了。有2種方案解決,1是選擇編碼器的時候盡量選擇和行頻一樣的編碼器,2是通過相機(jī)的設(shè)定來改變行頻。

各種相機(jī)都含有convert模式,意思是對收到的pulse進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成需要的數(shù)值,如果將橫向和縱向都變成0.11mm的話,就增加9倍就可以了,相機(jī)每收到1pulse自動連續(xù)掃描9次,那么每一行的分辨率就是1mm/9=0.11mm,

這樣橫向和縱向的分辨率就一致了。

比如剛才的1mm發(fā)生1pulse,相機(jī)得到1pulse掃描9行的情況:

生產(chǎn)線為1米沒秒的時候,相機(jī)掃描行數(shù)為1000mm/1*9=9000行每秒,生產(chǎn)線沒進(jìn)行1米,編碼器發(fā)生1000pulse,相機(jī)取像9000行,生產(chǎn)線為2米每秒的時候,相機(jī)掃描行數(shù)為2000mm/1*9=

18000行每秒,生產(chǎn)線每進(jìn)行2米,編碼器法師2000pulse,相機(jī)取像18000行。只要外觸發(fā)設(shè)置好是不會出現(xiàn)連續(xù)在同一行掃描的情況。

這里又關(guān)系到了彩色相機(jī),彩色相機(jī)是3線的,三線在同一行掃描,然后組合得到這一行的彩色影像。

還有TDI相機(jī),有8行,16行,32行最高好像512行,就是在同一行取像,獲得最佳影像,這種相機(jī)貴,對照明要求低,但是需要很高的datarate。

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