线阵相机
什么是线阵摄像机
-
线阵摄像机使用的
Line-Scan Sensor(
传感器
)
通常只有一行感光单元（少数彩色线阵使用三行感光单元的
Sensor
）；
-
每次只采集一行图像；
-
每次只输出一行图像；
-
传统
Area-Scan
（面阵摄像机）每次采集若干行图像并以帧方式（
Frame
）输出。
线阵摄像机的使用场合
-
高分辨率；
-
高速运动；
-
曲面检测。
线阵摄像机的工作原理
-
线阵摄像机是由
Line-Scan CCD
传感器，驱动控制电路和
A/D
（模数转换，即模拟信号与数字信号转换）转换电路组成；
-
被摄物发出的光线通过镜头进入到
CCD
传感器上；
-
CCD
传感器将光能转换成视频脉冲信号；
-
视频信号再经
A/D
电路转换成数字信号输出；
-
每次输出的数字图像信号是一行像素。
线阵摄像机采集速度的确定
-
线阵摄像机的采集速度（
Line Rate
）的单位
是
：行
/
秒，表示线阵摄像机每秒钟可以采集的
图像行数
-
线阵最大采集速度，即最高行频的计算公式：行频
= [
线阵的像素时钟
] / [
线阵的每行像素数
]
-
例如某
40M
的线阵，其分辨率是
8192
像素，则其最
大行频是
：
40MHz / 8192 = 4.8KHz
；即该摄像
机最大每秒可以采集
4800
行，每行由
8192
个像素
组成
-
线阵最大采集速度可直接查看该型号摄像机的技
术参数手册，通常该标称值会略小于公式计算值
线阵摄像机曝光时间的确定
普通线阵最小的曝光时间取决于最高行频，
t<1/[
最高行
频
]
。
确定视场范围的方法
线阵的视场范围是一维的，即只有宽度信息；
线阵的视场宽度和所选择的镜头焦距是相关的；
线阵的视场宽度的计算公式如下：
Field of view (FOV) = [pixel cell size] x [number of pixels] x [working distance] / [focal length]
例如，某线阵摄像机
Sensor
上的像素物理尺寸（宽度）是
10um
，摄像机的分辨率是
2048
个像素，镜头距离被测
物体的距离是
160mm
，使用的镜头焦距是
55mm
，那么该情况下的视场宽度是：
FOV = 10um x 2048 pixels x 160mm / 55mm = 59.58mm
不同型号线阵摄像机所采用的
Sensor
可能是不同厂家的。
因此它们的像素物理尺寸很可能是不同的。对于分辨率同
是
2048
的两只不同型号的线阵摄像机，它们在同样的工作
距离上，使用同一只镜头的情况下，得到的实际视场很可
能是不同的，这一点请千万注意。
像素的物理尺寸可以从线阵摄像机的手册中查到。
图像高度方向上的精度确定（1）
线阵每次仅采集一行，如果要将若干行拼接成一幅图像
以得到被测物的像必须要求被摄物体（或线阵摄像机）沿图像高度方向运动。
图像高度方向上的精度确定（2）
与线阵摄像机的工作行频相关
与被测物体（或摄像机）运动的速度相关
图像高度方向的像素精度计算公式如下：
图像纵向精度（
mm/pixel
）
=
物体运动速度（
mm/s
）
/
线阵摄像机工作行频（
Hz
）
例：
DALSA PC-30-04k80
的最高工作行频是
19.5kHz
，拍摄的
传送带上的物体运动速度是
150m/min
，则使用该线阵摄像机
拍摄时在图像高度方向上的可得到最高精度是
[150000mm/60s] / 19.5kHz = 0.12 mm
；
既在图像的高度方向上，每个像素代表实际长度是
0.12mm
如何锁定纵向精度
锁定纵向精度的意义：
-
横向精度已定
(
取决于拍摄视野宽度和摄像机机的分辨率
)
，保证纵横方向表示精度近似；
-
保证采集的图像不拉伸或压缩；
-
保证处理算法的最终结果准确。
如何锁定纵向精度（2）
-
使用行触发（
Trigger
）信号来控制摄像机；
-
使用编码器（
Encoder
）来产生行触发信号；
-
锁定图像
Y
向精度的实质就是让摄像机的当前工作
行频伴随拍摄物体的速度变化而变化。
-
当物体运动速度增大时摄像机的工作行频也相应
增加，当物体运动速度降低时摄像机的行频也同
时下降，但两者的比值，即精度，始终保持恒定；
-
通过输入帧信号来控制起始位置。
如何锁定纵向精度（3）
-
编码器就是每隔固定的距离间隔（或角度）即产生相应脉冲信号的装置；
-
编码器产生的脉冲信号可用来输入到线阵摄像机；
-
每次脉冲发生时，摄像机就采集一行图像。
单线扫描技术
•优点
最基本的线扫描技术
摄像机价格相对便宜
•缺点
短时间曝光应用下响应效果有限
对光源要求普遍较高
双线扫描技术
-
DALSA
专利的双线扫描
Spyder3
摄像机
-
价格适中
-
短时间曝光应用下响应效果较好
-
对光源要求一般