關於線線相機、鏡頭、光源的選型，歡迎來電探討線掃描系統的搭建與選型

隨著機器視覺的大規模普及與工業流水線速度、精度的提高，線掃描系統越來越被視覺工程師和最終用戶所認可。　　

首先，我對線掃描系統做一個大致的介紹。線掃描系統用於被測物體和相機之間有相對運動的場合，通過線掃描相機高速采集，每次采集完一條線後正好運動到下一個單位長度，繼續下一條線的采集，這樣一段時間下來就拼成了一張二維的圖片，也就類似於面陣相機采集到的圖片，不同之處是高度可以無限長。接下來通過軟件把這幅“無限長”的圖片截成一定高度的圖片，進行實時處理或放入緩存稍後進行處理。

視覺部分，包括線掃描相機，鏡頭，光源，圖象采集卡和視覺軟件；　　

運動控制部分，包括馬達, 馬達驅動器, 運動控制卡或PLC，為了保證采集的圖象與輸送帶同步，有時還會需要編碼器。　　

由於線掃描信息量大，所以需要一臺高性能的工控機，配置大容量的內存和硬盤，主板要提供PCI、PCI-E或PCI-X插槽。　　

一般來說，一個面陣視覺系統的配置選型是按照這樣的順序進行的。：　　

　　　　　　　　　　　相機＋采集卡－>鏡頭－>光源　　

線陣項目也類似，根據系統的檢測精度和速度要求，確定線陣CCD相機分辨率和行掃描速度，同時確定對應的采集卡，只是需要選線陣相機鏡頭接口(mount)時同時考慮鏡頭的選型，最後確定光源的選型。

線陣攝像機(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　　

為什麽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後背焦(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）；芯片尺寸除以視野範圍(FOV)就等於光學放大倍率。β=CCD/FOV　　

接口(Mount)：　　

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

後背焦(Flange Distance)　　

後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，也可能有不同的後背焦。　　

有了光學放大倍率、接口、後背焦，就能計算出工作距離和節圈長度。選好這些之後，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，並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、視野範圍滿足要求，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。　　

（下圖為一個典型的MTF表格，橫坐標為像高，也就是到圖像中心的距離除以圖像半徑的百分比；縱坐標為圖像對比度。共有三組曲線，依次為三種不同分辨率的情況下的對比度，每一組又有實線和虛線，實線為半徑方向的對比度，虛線為切線方向的對比度）　　

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，最後通過光纖輸出，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後，出光的這一頭是不熱的且色溫穩定，適合用於對環境溫度比較敏感的場合，比如二次元量測儀的照明。用於線掃描的鹵素燈，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。對於較長的線光源，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於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小時亮度不小於50%）　　

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

3，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、同軸以及類似於碗狀的漫反射線光源。　　

4，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。　　

　　線掃描相機、光源與被測物體之間的角度分析 　　　

以玻璃檢測為例，需要檢測的缺陷有：臟點、結石、雜質、氣泡、刮傷，裂紋，破損等，其大致可以分成兩類，一類在玻璃表面的，一類是玻璃內部的。不同的缺陷，在圖象中表現的出的灰度不一樣，有黑的，有白的，也有灰的，並且在不同的光源照射角度或者相機接受角度，缺陷的對比度會變化，如在一個角度時，某一種缺陷的對比度最好，但其他缺陷可能比較次，甚至根本看不到。這樣也就需要大量的分析、組合，才能確定最後的光源選型和相機、光源和被測物體之間的相對角度。如下圖所示，相機、光源在不同角度安裝，分別測試。　　

結果發現：　　

臟點，正面光源或背光都較容易凸現；　　

結石和雜質，需要正面接近法線的照明或背面穿透照明；　　

氣泡，形狀不固定，且要分析形成的原因以及方向，采用背面照明；　　

刮傷和破損，正面低角度照明容易凸現。　　

裂紋，需要背面側照　　　

而且，以上缺陷並不是獨立的，而是互相影響。統計、分析如下。　　

綜合以上因素，最後選用背光斜射和正面照射結合，相機接近法線方向安裝。　　　

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。同時由於幅寬比較寬，對於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，取決於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。 　　　

由於現場環境比較復雜，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，有了方案之後，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。

線陣相機鏡頭和光源選型