线扫描成像的好处

线扫描相机很受欢迎，因为一个2k线扫描相机经济有效地提供了与200万像素区域扫描相机相同的分辨率，没有图像涂抹或帧重叠的冗余处理。为了工作，线扫描相机通常使用单行传感器像素(有效的一维)来构建二维图像。第二个维度来自被成像物体的运动。二维图像通过连续的单线扫描逐行获得，同时物体移动(垂直)通过图像传感器中的像素线。

线扫描成像也因以下共同的好处而闻名:

• 动态范围可以比其他图像捕获方法高得多
• 高像素填充因子(通常为100%)以最大化灵敏度
• 快速移动物体的无涂片图像，无需昂贵的频闪或繁琐的快门

根据Line Scan的产品经理Mike Grodzki的说法Teledyne DALSA，处理效率是线扫描成像的一个鲜为人知的好处。

“直线扫描消除了构建无缝图像所需的帧重叠，”Grodzki解释道。“帧重叠代表了冗余数据，占用了宝贵的处理带宽，特别是在高速、高分辨率应用程序中。”

产品经理Klaus Riemer博士解释说，检测几种缺陷通常需要各种光几何和光类型，如暗场、亮场和背光，只有线扫描相机才能很好地检测高速运动的物体。Chromasens GmbH是一家．

Riemer说:“通过Chromasens线扫描相机提供的多图像闪光灯功能，相机可以触发多达四种不同的灯光，从而产生多达四种不同的图像，所有这些图像都是在一次拍摄中捕获的，从而提高了吞吐量和工作效率。”

因为四张图片都是用同一台相机拍摄的，所以这些图片彼此完美对齐。有了这个特性，可以获得更多的信息，以便在高动态范围(HDR)成像具有优势的情况下使用。Riemer指出，这与适当的图像分析相结合，可以更可靠地检测缺陷。

这种视觉系统可以检测各种类型的缺陷，包括裂缝、划痕、污渍、碎屑和外来颗粒。该设置适用于检测应用，如晶圆，AOI/PCB, LCD面板，玻璃，防伪印刷，BGA，半导体，和各种类似的应用。

Riemer解释说:“虽然任何与相机输出接口的电气和定时规格兼容的闪光控制器都可以与具有多图像闪光功能的Chromasens相机同步，但为了获得最高的质量和可靠性，建议使用Chromasens Corona II照明系统和Chromasens XLC4控制器。”

线扫描成像的最新进展

线扫描技术的创新包括线扫描相机捕捉和合并多个图像的能力，以在弱光下实现高分辨率。最近的进展还可以结合多个可见和不可见光谱波段来增强视觉能力。此外，软件的增强和其他变化使线扫描相机更容易使用。

Teledyne最新的GigE线扫描相机之一——Linea SWIR——允许用户检测短波红外(SWIR)光谱中的光，从可见光波长以上和近红外(1000-1700 nm)，在某些实现中达到2500 nm。

“我们对SWIR产生了新的兴趣，因为它可以在检查水果和其他食物时识别表面以下的细节。它还可以用来确定水分含量，这是衡量食品质量的一个重要因素，”Grodzki说。

Riemer指出了两个重要的线扫描成像进展。首先，可以通过配备多种操作模式的新型多线扫描相机来实现多个用例。例如，对于要求较高的基于灰度图像的检测任务，多线摄像机可以在时间、延迟和集成(TDI)模式下运行，例如平均4条单线，将信噪比提高了两倍。

或者，这样的相机可以提供四通道输出，如RGB+单声道，而单声道可用于增强成像表面的整体动态范围。其主要优势在于，allPIXA evo 8k等16线相机可以在不同模式下操作，因此单个设备可以处理多种应用。

根据Riemer的说法，第二个重要的进步涉及具有更高速度的InGaAs传感器，用于对运动物体进行SWIR检测，例如在近红外范围内检测异物。

高速接口的发展也将继续推动线扫描成像的能力，并可能为新的应用打开大门。例如，Emergent Vision Technologies提供10GigE和25GigE线扫描相机，后者提供8192有效像素的图像分辨率和200 KHz的行率。除了计划推出新的10GigE和25GigE型号外，该公司还将在2022年推出一系列100GigE线扫描相机。

公司总裁兼首席技术官John Ilett表示:“我们的GigE Vision线扫描相机可以在8k的速度下实现高速、低噪声的图像捕获，使其适用于具有挑战性的应用，包括打印、标签和胶片检查紧急视觉技术．他接着说，“由于芯片短缺和劳动力问题，企业找到正确的解决方案来自动化流程并保持产品出厂，比以往任何时候都更加关键。”

为了实现这一目标，Emergent Vision Technologies公司目前有几台高速线扫描相机库存。

技术进步带来新的机器视觉应用

除了水果和食品检测，这已经是线扫描检测的主要内容，Grodzki看到更多的锂电池电极检测。电极必须非常详细地检查，以发现污染物和缺陷。这可以通过与被检查物体保持一定距离的线扫描摄像机来完成。在实现这种远程方法时，需要光源、光学器件和相机之间的精确对齐，以及调整相机和照明参数。

线扫描技术的另一个较新的应用是加速DNA分析。在这种情况下，TDI线扫描技术是有用的，因为脆弱的DNA样本不能忍受额外的光照和由此产生的热量。使用这种方法，同步顺序，短曝光从多行TDI传感器合并到一个单一的图像。

因为TDI基本上增加了有效曝光时间，光强可以降低，但TDI技术确实需要在成像和物体速度之间进行仔细的同步。基因测序行业正在转向TDI技术，因为它增加了吞吐量，同时提供所需的分辨率和灵敏度。

SWIR已被证明在越来越多的应用中是有用的，这些应用使用传统可见光是有问题的，如太阳能电池板、食品和硅片。例如，SWIR可以穿透硅来观察缺陷。

Riemer解释说:“我们的目标始终是100%的质量检查，SWIR使这成为可能。”SWIR技术在在线扫描应用中用于检测水分水平，发现种子中的杂质，或监测药物中的杂质。人眼看起来相同的材料可以以不同的方式在SWIR光谱中可见，因为所有材料吸收光的方式都不同。在这个宽波长范围内，许多物质可以根据其典型的吸收特性进行识别和容易区分。”

灯光，摄像机，开始

光照的选择直接影响机器视觉系统获取图像的质量。但在直线扫描成像应用中，它可能更加关键。在过去的十年中，线扫描照明技术已经从传统光源如卤素灯或荧光灯发展到LED。

传统光源的光谱变化，寿命有限，达到稳定状态需要很长时间，而LED的光谱行为是稳定的，当温度和电流保持恒定时，LED光源几乎可以立即工作。通过在均匀的高亮度下投射一束聚光LED光，这些系统可以减少阴影和不必要的反射。

此外，当系统保持最佳光照水平时，线扫描摄像机可以在其全动态范围内运行。因此，可以消除对昂贵、耗时的图像预处理的需求，而系统提供更优越、更稳定和可重复的结果。

led稳定性的最新改进现在可以延长寿命和恒定的光谱行为质量。有不同的选择来增加寿命，包括适当的热管理和控制操作模式。

线扫描的未来发展

大多数线扫描应用，包括卷筒纸和印刷品、包装、电子产品和平板的检查，都需要高强度的照明。据Riemer介绍，Chromasens Corona II暗场照明可提供高达350万勒克斯的照度，比市面上大多数线扫描都要高，因此即使是最小的表面缺陷也能被看到。为了创造如此高的强度，Chromasens开发了一种技术，使用椭圆反射器代替镜头来聚焦led，克服了彩色线扫描相机的色差限制。

Riemer说:“由于衍射的不同，扫描位置的颜色成分会发生变化。”“通过采用专利椭圆反射镜，而不是透镜，科罗娜II避免了这些颜色错误。椭圆反射镜的另一个优点是与使用杆透镜相比效率显著提高。四种不同类型的对焦将覆盖机器视觉应用所需的整个工作距离范围。”

根据Grodzki的说法，接触式图像传感器(CIS)技术已经存在了一段时间，但这一领域的发展可能会进一步推进线扫描技术。CISs高度集成，非常紧凑，在空间稀缺时非常有用。CIS的工作距离可能低至10或12毫米，在某些情况下可达27毫米。CIS的一些约束条件包括表面必须是平坦的，并且放大倍率必须是一对一的，这意味着任何小于像素的特征都可能无法被解析。

CIS和MICMO产品公司的业务发展经理Lou Fetch解释说:“CIS或普通线扫描相机不能取代所有的区域扫描应用。三菱电机美国．“但在大视场或移动网络的应用中，直线扫描非常适合。”

CIS线扫描的一些优点包括:

• 紧凑的设计需要更少的空间和机器空间
• 1:1的图像消除了视野两端的失真
• 整体更好的调制传递函数(MTF):更锐利的过渡和图像边缘强度使机器视觉工具实现更好的结果(OCR，边缘检测，模式匹配等)
• 与区域扫描相机使用的拜耳模式相比，三线性传感器确保最小的信号强度损失

Fetch指出，CIS线扫描技术的紧凑设计和图像质量的改进为数字印刷和锂离子电池生产中的新检测系统应用打开了大门。除了CIS线扫描技术的一些重大进展(包括增加景深、工作距离和扫描宽度选项)之外，Fetch还期望进一步改进景深、分辨率和接口选项。