新线扫描相机技术深入挖掘

线扫描相机是传感器的选择，高速应用在分拣，印刷，纺织，农业和相关行业。通过以每秒高达70000像素的速度提供单行图像，行扫描相机能够创建“无限”长的图像，宽度可达16000像素。与此同时，客户花费的费用只是传统方式的一小部分，传统方式需要使用大约16个标准区域阵列相机，传感器由1000列或更多的列组成，每幅图像的行数是传统方式的一半。

除了高速和高分辨率图像采集，线扫描相机还可以使用各种不同的相机架构提供高分辨率彩色图像，每一种架构在色彩保真度、坚固度、速度或其组合方面都非常出色。最新的线扫描相机结合了最新的高速CMOS传感器和新的传感器架构，提供更多的颜色和极性信息，以解决世界上最快的工业应用。

极性在表面之下
Teledyne DALSA(Waterloo, ON, Canada)一直是印刷和农业应用中高速彩色图像的三线性和四线性彩色和多光谱线扫描相机的市场领导者。Teledyne DALSA在相机的每个传感器上应用带通滤波器，只允许特定波长的光到达传感器。这样，每个传感器根据照射到摄像机传感器的红、绿、蓝或红外光的强度提供图像。

今年，该公司还将提供一种新的偏振线扫描相机，作为其Piranha4彩色线扫描相机的一部分。据Teledyne DALSA高级产品经理何星飞介绍，这种新型四线相机在其四个传感器中的三个上应用了偏振滤波器:在0度、90度和135度。第四个通道没有一个过滤器来与其他通道进行比较。

“光有三个基本属性:强度、波长和极性，”何解释道。“例如，使用传统的单色或彩色摄像机，由于玻璃是透明的，你无法看到玻璃面板上积累的应力。然而，应力导致偏振改变材料，影响材料的双折射，进而影响材料的偏振状态。应用在硅[半导体]上的透明涂层也是如此。你不能直接对涂层成像，看它是否被正确应用，但通过观察偏振信息，你可以识别涂层上的洞或缝隙。”

偏振图像还揭示了非透明材料的隐藏健康，如碳纤维，隐藏的材料应力可以导致极其昂贵的材料的分层。

He说，偏振光图像也可以增强普通线扫描农业分类应用的对比度。将白玉米粒从污染物中分离出来尤其具有挑战性，因为可能与食物混合的岩石和塑料碎片看起来非常相似。在许多情况下，农业客户将使用多光谱相机，在标准RGB通道上增加一个红外通道，以检测水含量的差异，以区分有机食品和无机污染物。他说，通过在分拣过程中增加极化，客户可以对他们的分拣机的准确性有更大的信心。

如今，黑白线扫描相机在北美的年销售额约为8亿美元，而彩色线扫描相机的年销售额为3亿美元。“在我们新的Piranha4偏振相机之前，这类相机非常大，成本高达5万美元。它们太大、太慢、太贵了。”“我们现在制造的是一种非常小的、具有成本效益的解决方案，这对我们的行业来说很关键。”

没有人比行扫描更擅长色彩
尽管最新的CMOS线扫描传感器有助于相机制造商将其最高速度相机的分辨率提高一倍，但它们也带来了与特殊响应和滤波涂层应用相关的挑战。

根据Paritosh Prayagi, Line Scan产品经理洁最新的CMOS传感器使JAI能够为其4K分辨率线扫描相机提供高达200 kHz的单色和高达66 kHz的三线性速度。这种最先进的传感器技术也被集成到4K, 66khz 3-CMOS棱镜线扫描相机，使其成为市场上最快的棱镜相机。“我们为这些新车型使用了一种独特的传感器技术，”Prayagi说。“在竞赛推广TDI方法用于高速读数的同时，我们提供了一种创新的多线传感器设计，用户可以在两个像素大小之间切换，或者使用线之间共享的浮动扩散节点将线组合起来进行垂直分类，以在最高速度和传感器分辨率下提供更高的灵敏度。当与水平仓结合时，响应性最高可提高4倍，即使在弱光条件下也能提供高质量的结果。”

传统上，JAI在其相机内部使用一个棱镜将不同颜色的成分从进入的光线分离到RGB(现在是近红外或SWIR)通道。据Prayagi说，这种方法有几个好处。在棱镜块上生长的二色涂层提供了颜色通道之间的陡峭的切断，这将光谱串扰最小化，促进更好的光谱区分，并产生更清晰的对比。由于没有吸收光线的涂层，棱镜与传统聚合物染料滤色器相比减少了光学损耗，从而使每个通道的灵敏度更高。

棱镜的方法还意味着用户不需要担心红、绿、蓝线传感器之间的物理间距，就像三线形相机一样。“棱镜技术非常适合速度可变和不可预测的应用，因为光线通过相机的传播是沿着单一的光路径，所以三个传感器都对准了目标上的相同位置，相比之下，三线相机的单线间距造成了一些视差问题，必须加以考虑，”Prayagi解释道。

除了为农业和分类应用的传统用途提供更高的吞吐量，新的棱镜相机的更高速度意味着它可以竞争打印检查应用，可能受益于更高的色彩保真度。

综上所言，JAI的新型三线形相机利用了比棱镜相机更简单的结构，为价格敏感的颜色分类应用提供了极具吸引力的性价比。“我们的棱镜技术已经在市场上站稳脚跟。有了这款新的三线形相机，我们想为现有的线扫描解决方案引入一个有吸引力的替代方案，这些解决方案适用于一系列食品和分类应用中对价格更敏感的系统。”

用时间来区分颜色
Teledyne DALSA还在2018年第一季度推出了最新的Linea四通道相机，从而彻底改变了多光谱相机的成本合理性。与其他四线多光谱相机捕捉RGB和IR光谱波段内的图像不同，新的Linea将按顺序捕捉每个波段，并允许选择LED窄带照明进行颜色滤波。

Teledyne DALSA的He解释说:“时分多光谱成像能力能够使用脉冲led定义彩色波长，而不存在光谱串扰。“这允许客户定义光谱波段，而不是Teledyne DALSA基于滤波器涂层传感器定义光谱波段。”这种方法以前是不可行的，因为CMOS传感器缺乏独立的开始和结束曝光控制的每个通道。他说:“你可以在一个模具上使用单线传感器而不是多线传感器，但它会使应用速度降低三到四倍。”

线扫描相机继续瞄准一些最具挑战性的机器视觉应用。据JAI的Dickerson称，他的公司正在探索10GigE和光纤通道网络，以实现更快的摄像头速度。随着线扫描摄像机不断突破机器视觉的极限，设计和安装这些系统需要先进的工程、光学、单一处理和其他知识才能成功，这一点也不奇怪。但别担心:机器视觉在将智能设计到产品中，让复杂的东西变得简单方面有着悠久的历史。这是唯一不会改变的。