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我瞭解的一些線陣相機知識

線陣相機顧名思義就是取像是成線性的。 它的感測器是成線型的。

舉個例子: 比如面陣相機的解析度是640*480就是說這個相機橫向有640個像元,縱向有480個像元。 
而線陣相機解析度只體現在橫向,比如2048畫素的線陣相機就是說橫向有2048個像元,縱向大多數為1。(RGB相機和TDI相機除外)

關於線陣相機的感測器

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的取像速度要低於CMOS,而且直到2010年以前CMOS的感測器價格要高於CCD,從2010年以後幾家主要的相機制造商都已經大力開發CMOS的相機了,並且也得到了不少的實際應用。

鄙人認為,以後的線陣相機主流將是CMOS的感測器。(這兩種感測器的優缺點大家可以到網上找,主要是取像速度和敏感度的差異) 
線陣相機的幾個重要引數:

 resolution: 畫素數, 感測器上有多少個像元。

 MAX DATA RATE(應該叫相機時鐘吧): 意思是相機每秒可以採取最大的資料量

 Linerate 行頻: 意思是每秒鐘相機最大可以採取多少行影像
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比如畫素為8192*1, data rate為160Mhz, 那麼此相機的行頻就是160M/8192= 19000line/sec 
每秒鐘最大可以取像19000行,橫向為8192pixel,縱向為19000pixel, 1秒鐘取得的這幅影象大小大概為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,直接關係到整體裝置的成本,畫素多就要採用大的鏡頭,資料量大就要採用傳輸率大的資料線,還需要影象處理卡,資料量大對運算要求也高,對計算機的要求也高。

還是以目前的主流CCD相機為例子吧,由於相機的取像速度有限,一般每個tap最多能取得60M的資料,所以目前告訴的相機都採用多tap的處理方式,一般每個tap為40M,拿160M的相機為例就是有4個tap ,每個tap的取像為40M,40M*4=160Mhz, 當然也有single-tap(1), dual-tap(2), triple-tap(3), 
octal-tap(8) 之分,目前ccd的取像速度都低於400M, 而cmos目前最高可以到1.6Ghz(以後可能會更高) 
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進位制影像。 
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

這裡的輸出方式可以大概瞭解下(一般使用預設值對取像不會造成影響)

線陣相機主要介面還是以GiGe和cameralink為主流,高速的相機需要用HSlink.

相機主要的幾個設定有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,此設定必須低於可以採取的最大行頻。

比如剛才的19000行的相機,如果想採取19000行的話,設定為1sec/19000= 
53us 這裡還有一些延遲在裡面,設定在47us左右才可以採集最大的行頻。 (表達不清楚,煩) 
此數值越低,獲取的影像越暗,反之越亮。

gain/offset, 調整取得影像的灰度,在照明亮度不夠時可以使用,但是使用後會導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預設值的20%

還有一些其他的設定可以參照相機的說明書。

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。 
我舉一個例項說明吧, 這裡先舉一個單目相機例項。

電子銅帶的表面缺陷檢測裝置

電子銅頻寬度450mm, 生產線速度120米每分,需要檢測最小缺陷為0.2mm

那麼在選型的時候就可以考慮 4096畫素的線陣相機,這樣使用普通F口的鏡頭,橫向解析度大概是0.11mm,可以檢測出最小0.2mm的缺陷了,那麼縱向怎麼選擇呢? 120米每分=2米每秒=2000mm每秒

如果讓橫向縱向解析度都一致的話 應該是2000mm/ 0.11= 
18180line 相機需要每秒採取18180行才可以完成對產品的全幅取像。 這樣 我們可以選擇 4096畫素,行頻為19000的相機了。這種引數的相機可以對產品全幅取像。

剛才群友 上海-Alex-VC問 會不會出現一秒鐘掃的全是同一行的現象出現。 
使用外觸發就不會。

外觸發意思是,外部給相機一個pulse,相機就掃描一行。生產線速度快,掃描頻率就高,反之則低。

外觸發主要有編碼器來實現(有點扯遠了,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),一種為轉一圈為固定pulse, 編碼器的輸出訊號也有多種,例如linediver等, 相機獲取的訊號種類也有多種,如ttl, lvds,differetion,等。

還拿電子銅帶舉例吧,這裡我們使用固定的pulse編碼器,每1mm發生1pulse,

那麼就是說相機每1mm掃描一次取一次影像,這樣的話橫向解析度是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儘量選擇和行頻一樣的編碼器,2是通過相機的設定來改變行頻。

各種相機都含有convert模式,意思是對收到的pulse進行轉換,轉換成需要的數值,如果將橫向和縱向都變成0.11mm的話,就增加9倍就可以了,相機每收到1pulse自動連續掃描9次,那麼每一行的解析度就是1mm/9=0.11mm,

這樣橫向和縱向的解析度就一致了。

比如剛才的1mm發生1pulse, 相機得到1pulse掃描9行的情況:

生產線為1米沒秒的時候,相機掃描行數為1000mm/1*9=9000行每秒 , 生產線沒進行1米,編碼器發生1000pulse, 相機取像9000行,生產線為2米每秒的時候,相機掃描行數為2000mm/1*9= 
18000行每秒,生產線每進行2米,編碼器法師2000pulse, 相機取像18000行。 只要外觸發設定好是不會出現連續在同一行掃描的情況。 
這裡又關係到了彩色相機,彩色相機是3線的,三線在同一行掃描,然後組合得到這一行的彩色影像。

還有TDI相機,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,這種相機貴,對照明要求低,但是需要很高的datarate。