在(zai)機器視(shi)覺中(zhong)，在(zai)檢測連續物(wu)體或者滾動物(wu)體時，線掃相機是最佳的解決方(fang)案。通(tong)常，它們能提供很高(gao)的分辨(bian)率(lv)，因為它們要求很高(gao)的速度(du)和數據率(lv)。

一、多條窄(zhai)帶拼成(cheng)一副圖像

線掃(sao)相(xiang)機(ji)只抓取(qu)(qu)一(yi)行(xing)作(zuo)為圖像發(fa)送(song)到(dao)電(dian)腦(nao)，主機(ji)電(dian)腦(nao)將所有的(de)行(xing)進(jin)行(xing)組織拼接。如果不(bu)停(ting)止(zhi)抓取(qu)(qu)，幾乎可(ke)以(yi)創建(jian)一(yi)個無(wu)限大的(de)圖像。在印刷行(xing)業(ye)、紡織、旋轉(zhuan)或者移動物體的(de)檢測應用時(shi)，線掃(sao)相(xiang)機(ji)是最(zui)佳的(de)解決方(fang)案。

詳解線掃相機

1.線掃相機的歷史

可以(yi)檢(jian)測黑白單線(xian)CCD芯片(pian)隨著傳(chuan)真(zhen)機(ji)第(di)一次進入市(shi)場。事(shi)實(shi)上，目(mu)前大部分(fen)(fen)文件掃(sao)描(miao)儀依(yi)然基于這個原理。這種情況下(xia)，條(tiao)狀傳(chuan)感器是位(wei)于物體下(xia)方的。隨著傳(chuan)感器的微(wei)型化和分(fen)(fen)辨(bian)率的提高(gao)，傳(chuan)感器已(yi)經進一步(bu)遠離(li)物體。今天，線(xian)掃(sao)相機(ji)被(bei)集成到傳(chuan)統相機(ji)上，可以(yi)搭(da)配(pei)標(biao)準的鏡頭(tou)進行(xing)操作。

2.線掃相機的光學設計

(1)相(xiang)機—物體關(guan)系(xi)

人眼或者(zhe)標準(zhun)的(de)(de)照相機在一個時刻獲取一幅圖像，對于靜止物體(ti)和運動(dong)物體(ti)是沒有(you)區別的(de)(de)。同一時刻，所有(you)的(de)(de)圖像數據都會被(bei)收集。

線掃(sao)相(xiang)機需要物(wu)體(ti)或者相(xiang)機運(yun)動，最后的(de)圖(tu)像大(da)小一方(fang)面取決(jue)于(yu)相(xiang)機的(de)分辨率，另一方(fang)面取決(jue)于(yu)主(zhu)機拼接的(de)線數。有(you)兩種搭建(jian)線掃(sao)相(xiang)機的(de)方(fang)式：

• 相機靜止，物體運動

• 相機運動，物體靜止

相機和物體同(tong)時移動(dong)，在(zai)大(da)多數場合下沒有意義(yi)。

線掃(sao)相機(ji)(ji)一(yi)(yi)(yi)次只取圖像的(de)一(yi)(yi)(yi)行，隨(sui)著(zhu)被(bei)檢測物體運動(dong)，一(yi)(yi)(yi)行接一(yi)(yi)(yi)行地采(cai)集(ji)，因此用線掃(sao)相機(ji)(ji)采(cai)集(ji)的(de)一(yi)(yi)(yi)個2D圖像的(de)每(mei)一(yi)(yi)(yi)行都是在(zai)不(bu)同時間點采(cai)集(ji)的(de)。這與面陣相機(ji)(ji)來(lai)或者人眼采(cai)集(ji)圖像在(zai)機(ji)(ji)器視覺軟件理解的(de)意義(yi)上來(lai)說，是不(bu)一(yi)(yi)(yi)樣的(de)。

(2)線掃鏡頭

從上到下(xia)文件(jian)掃(sao)描儀(yi)對(dui)比，線掃(sao)相機(ji)(ji)需要(yao)鏡(jing)頭(tou)，這與(yu)面陣相機(ji)(ji)是完全相同的(de)。但是作為線掃(sao)相機(ji)(ji)，提供很高的(de)分辨(bian)率(lv)（最高16K/線），相機(ji)(ji)需要(yao)擁有高質量鏡(jing)頭(tou)與(yu)合適的(de)MTF。

(3)線掃光源

與(yu)面陣相(xiang)機(ji)最大的(de)(de)不同就是光源的(de)(de)搭(da)建(jian)，為了獲取相(xiang)同的(de)(de)行(xing)（物體(ti)運動很快），你必須要(yao)照亮一條線，但由于速度很快（一般在us級別），因(yin)此(ci)線掃相(xiang)機(ji)經常需要(yao)很高亮度的(de)(de)光照（高達1000000lux）。

3.讀取和抓取

因為芯片(pian)只抓(zhua)取(qu)一行(xing)，相比大的(de)面陣相機，讀(du)取(qu)這些數據就(jiu)很(hen)簡單了。不管(guan)是(shi)(shi)用CCD還是(shi)(shi)CMOS技術(shu)都沒有什么區(qu)別(bie)，當分辨率高且運(yun)動(dong)速度很(hen)快時，數據頻率也是(shi)(shi)很(hen)高的(de)，你需要一個抓(zhua)幀器（通常稱為采集卡）來(lai)讀(du)取(qu)相機的(de)數據到電腦。

(1)線掃需要脈沖

使用線(xian)掃相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個決(jue)定(ding)性的(de)(de)(de)(de)(de)特點就是(shi)可以(yi)構建很大(da)（無限）的(de)(de)(de)(de)(de)圖像。在(zai)高頻下，一(yi)些非常細窄(zhai)的(de)(de)(de)(de)(de)線(xian)被(bei)拼接到一(yi)條線(xian)上，為了解(jie)決(jue)這(zhe)個問題(ti)，與運(yun)動(dong)物(wu)體經過的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)(du)保持同步來抓取這(zhe)些線(xian)很重要。大(da)多數場合下，與傳(chuan)送帶集成在(zai)一(yi)起(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)脈(mo)(mo)沖發生器（也(ye)就是(shi)我們(men)說的(de)(de)(de)(de)(de)編(bian)碼器）產(chan)生脈(mo)(mo)沖信(xin)號傳(chuan)遞到相(xiang)機(ji)。這(zhe)樣，相(xiang)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)線(xian)頻率就與物(wu)體的(de)(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)(du)一(yi)致了。

4.多行線掃相機

除了上面(mian)談到的單線的線掃相機外，也有其他線數的相機：

(1)多行線掃相機

雙(shuang)線或者更多線的(de)相機有更高的(de)同步要求，增加了物體可(ke)能的(de)最大速度，在HDR模(mo)式(shi)下(xia)提高了圖像的(de)動(dong)態范(fan)圍(wei)。

TDICCD線通過芯片顯著地拓(tuo)寬了線掃相機的動態范圍。

(2)彩色線掃相機

像(xiang)(xiang)大面陣相(xiang)機一樣(yang)，線(xian)掃(sao)相(xiang)機可(ke)以(yi)搭(da)配單(dan)色(se)（Monochrome）或(huo)者(zhe)彩色(se)（Color）的(de)(de)(de)芯片。RGB的(de)(de)(de)過濾(lv)片作(zuo)為(wei)Bayer 模板(ban)覆蓋在(zai)像(xiang)(xiang)素上，或(huo)者(zhe)分布(bu)在(zai)線(xian)上。這些線(xian)分配了特定的(de)(de)(de)顏色(se)，通常在(zai)過濾(lv)片的(de)(de)(de)下面。生(sheng)成的(de)(de)(de)原始圖像(xiang)(xiang)作(zuo)為(wei)單(dan)色(se)信息傳輸，然后(hou)在(zai)采集(ji)卡上轉換為(wei)彩色(se)圖像(xiang)(xiang)。

另一(yi)種(zhong)選(xuan)擇，2條或3條線，每條線指定了顏(yan)(yan)色(se)，被用于彩色(se)線掃(sao)相機。這種(zhong)配置的(de)問(wen)題是(shi)作為同一(yi)個像素的(de)顏(yan)(yan)色(se)不得不考慮(lv)對象相關的(de)時間差異(yi)。好處是(shi)，一(yi)種(zhong)顏(yan)(yan)色(se)的(de)分(fen)辨率(lv)是(shi)芯片的(de)全分(fen)辨率(lv)。

NEopt允許(xu)將雙線相(xiang)機配(pei)置為只有(you)兩(liang)個(ge)顏(yan)色，這種(zhong)情況(kuang)下，紅色和藍(lan)色兩(liang)種(zhong)顏(yan)色構(gou)成不如說是兩(liang)個(ge)相(xiang)機。

NeOpt NCAM2-BRLD-08K07CL光譜(pu)靈敏(min)度

5.線掃相機速率和(he)分辨(bian)率

就像大面陣(zhen)相(xiang)(xiang)機一(yi)樣(yang)，線(xian)(xian)掃(sao)相(xiang)(xiang)機的(de)速率由接口(kou)決定，通(tong)常(chang)的(de)接口(kou)如GigE 和(he)CameraLink。速率可以通(tong)過線(xian)(xian)的(de)水(shui)平分辨(bian)率（線(xian)(xian)的(de)總(zong)像素個(ge)數）和(he)每秒的(de)線(xian)(xian)數計算出來(lai)，表(biao)達為(wei)行(xing)頻(pin)kHz/行(xing)/s。

例子：NCAM2-BLS，Camera Link接口：8K，70kHz

每秒采集70,000行，如果用在(zai)100km/h的(de)傳(chuan)輸帶和一米寬的(de)物體上，可以(yi)推(tui)算(suan)出(chu)垂直方向的(de)分辨率0.125mm/s，水平方向的(de)分辨率0.514mm/s

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