线阵相机入门

1.为什么用线阵相机？

考虑下面一种情况，拍摄目标是一段布料，布料在长度方向不断(可以认为是无穷大)，宽度也很长，此时使用一台面阵相机无法完成拍摄任务。

FOV过大

此时有三种解决方案

• 解决方案一：减小摄像系统的放大倍率，提高摄像系统的FOV，该方案缺点显而易见，放大倍率降低了，目标的细节就无法获取，会损失很多信息，尤其是对于缺陷检测，一个像素表示的实际距离过大时会损失缺陷检测的精度。

• 解决方案二：使用面阵相机阵列
  将多台面阵相机阵列起来，覆盖整个目标的宽度方向，然后通过匹配传送速度与相机曝光，通过图像的拼接等合成目标图像，如下图所示。

  
  
  面阵相机阵列
  
  

  该方案的缺点在于：
  ①拼接图像并没有那么容易，只有当目标有合适的拼接特征点时，才能完成拼接。
  ②拼接图像时计算密集任务，在实时检测的机器视觉工程中，摄像系统拼接会影响整个系统的工作效率，吃掉大量运算资源。

• 解决方案三：使用线扫描相机
  与其使用多台面阵相机，不如每次只拍一条线，通过高频拍摄方式完成对目标图像的获取。如下图所示，左侧面阵相机有4096*4096=1600万像素，这种相机的成本是很高的。若将左侧面阵相机每行像素乘以4，模拟四台该种类相机的阵列，做成右侧所示面阵相机，则线阵相机一行有16384个像素，提高了四倍的FOV。

  
  
  面阵相机
  
  

  下面考虑拍摄速度，左侧面阵相机帧率为60fps，对应线阵相机需要每秒61440帧。

  
  
  
  上图中的klps是面阵相机常见的参数。
  
  
  于是乎，原本需要阵列四台面阵相机的拍摄任务就可以使用一台线阵相机完成，成本也更低了，如下图所示
  
  线阵相机摄像系统

多说一点
由于线阵相机的感光元件(sensor)很大，所以相机比较贵。另外镜头匹配上也很受限制，面阵相机不能使用C-Mount、CS-Mount、F-Mount。

应用

对高尔夫球进行缺陷检测

高尔夫球

将高尔夫球放置在线阵相机前面，然后旋转一周，即可获取球体表面的展开图像，如下图所示

扫描完成的图像

动图如下图

检测过程

线阵相机的镜头

先来看面阵相机的镜头

面阵相机镜头

现在将相机拓展为4倍宽，如下图

线阵相机镜头

可以看出，线阵相机摄像模型中，物距(镜头与物面距离)比较长，所以线阵相机镜头的焦距都比较长；相距(镜头与相面距离)也很长，需在镜头和相机之间添加其他机构拉长二者间距。

线阵相机光源

因为线阵相机每次只拍摄一条线，所以光源一般是成长条状，不需要太大，可以节省成本。
高功率、高亮度、高均匀性
高亮度：
面阵相机60fps，曝光时间为1/60s，每张0.0166s
线阵相机61440 lines per second，曝光时间1/61440，每张0.0000162s，差1000倍左右。
线阵相机价格是一般面阵相机的两三倍，线阵相机光源有时一台要6000元左右。下面给出某品牌线阵相机光源信息截图

线阵相机光源