线阵相机

线阵相机

什么是线阵摄像机

1. 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）；
2. 每次只采集一行图像；
3. 每次只输出一行图像；
4. 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

1. 高分辨率；
2. 高速运动；
3. 曲面检测。

线阵摄像机的工作原理

1. 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；
2. 被摄物发出的光线通过镜头进入到CCD传感器上；
3. CCD传感器将光能转换成视频脉冲信号；
4. 视频信号再经A/D电路转换成数字信号输出；
5. 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

1. 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
2. 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]
3. 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
4. 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：

1. 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；
2. 保证采集的图像不拉伸或压缩；
3. 保证处理算法的最终结果准确。

如何锁定纵向精度（2）

1. 使用行触发（Trigger）信号来控制摄像机；
2. 使用编码器（Encoder）来产生行触发信号；
3. 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。
4. 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；
5. 通过输入帧信号来控制起始位置。

如何锁定纵向精度（3）

1. 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；
2. 编码器产生的脉冲信号可用来输入到线阵摄像机；
3. 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

1. DALSA专利的双线扫描Spyder3摄像机
2. 价格适中
3. 短时间曝光应用下响应效果较好
4. 对光源要求一般