理解行扫描应用程序

线扫描相机的好处包括完美的，高分辨率的图像，以及成像大的物体的能力。

行扫描相机有一条像素线，它能在一个物体上成像。要建立物体的二维图像，摄像机或物体都要垂直于像素线移动。与拍摄二维图像的“帧相机”(“帧”)相比，这似乎是一种复杂的物体成像方法。然而，当对象是大的，连续移动，或任务需要完美或高分辨率成像，线扫描相机往往是一个比帧相机更好的选择。

假设一个机器视觉系统要检查长卷材料，如纸或塑料的缺陷。需要16000像素的分辨率来检测这些缺陷。材料在摄像机下展开，并通过与展开机构连接的旋转编码器测量材料的速度。

你可以使用安装在材料网上的四个大画幅相机，但这有缺点。

首先，大型框架摄像机通常具有缺陷的像素，可以隐藏您尝试检测的缺陷。其次，框架摄像机的曝光时间必须是短暂的，以防止由于材料的运动而模糊。短曝光需要在整个成像区域上需要高强度照明以获得可接受的图像。第三，光学对准四个相机很难。最后，删除偏移和增益变化在像素响应中 - 检测低对比度缺陷所必需的 - 是帧摄像机的耗时。

一个16000像素的线扫描相机是一个更好的解决方案。现在有一个摄像头横跨整个材料，像素没有问题。运动编码器触发对图像的每一行的采集。为了避免运动模糊，线曝光时间很短，但现在照明可以聚焦成一条线，而不是分散在一帧上。如果需要更高的灵敏度，可以使用时延和积分(TDI)线扫描摄像机(下面讨论)。最后，在相机中对每个像素的增益和偏移量进行校正，以在像素线上给出统一的响应。

何时使用行扫描技术
线扫描技术非常适合于需要大、高分辨率、高速图像采集的应用，如纸张、纺织品、金属或玻璃检测等连续的web应用。行扫描技术是需要的任务，如检查平板显示器，太阳能电池，或印刷电路板必须有大的，无缺陷的图像。

当产品速度高时，线扫描相机比帧相机更好，因为你可以通过集中照明或使用时间延迟和集成(TDI)相机来弥补短曝光时间，以增加“收获”的光子。行扫描摄像机在摄像机中计算增益和偏移校正，而帧摄像机使用视觉系统的CPU来计算这个校正，因此速度较慢。

如何形成线扫描图像
行扫描传感器具有一行或多行像素传感器。在相机的曝光时间内，每个像素累积的光电电荷与被成像到该像素上的物体发出的光成正比。在曝光时间结束时，整排像素中的电荷被转移到一个读出寄存器中。读出寄存器移出像素电荷，并对像素电荷进行放大、校正和数字化，以产生相机输出。读出寄存器的移位是在暴露下一行像素时进行的。曝光和读出的最大速率称为“线速率”，以千赫兹(kHz)为单位指定。为了“冻结”快速移动物体的运动，需要较高的线速率。Teledyne DALSA线扫描相机的线率高达200千赫，或5微秒每一行像素成像。

线扫描采集接口
来自摄像机的像素数据被传输到视觉处理器或帧捕获器进行处理。Teledyne DALSA为摄像机提供三种类型的数据传输接口。千兆以太网(GigE)可以维持高达80mb /s的数据速率。CameraLink接口使用帧捕获器接收数据，在“全格式”可以传输高达680 MB/s。HSLink接口发送6000mb /s给抓帧器。帧捕获器或视觉处理器将传输的像素值行累加成帧-具有行扫描传感器的宽度(X维)和用户指定的高度的图像。帧被处理以执行机器视觉任务，例如，寻找缺陷或阅读文本(OCR)。连续帧在视觉处理器中重叠，以检测跨两帧的特征或缺陷。

时延和集成
时间延迟和集成(TDI)行扫描相机有2到256行像素，垂直排列。每一行中每个像素的光电子被求和到“下面”的像素行中，与乘积运动同步。移动和求和是由物体的移动速率驱动的，通常由运动编码器的脉冲发出信号。TDI相机可以有效地将曝光时间乘以像素行数，因此即使曝光时间很短，也可以提供高对比度的图像。

彩色线扫描摄像头
彩色线路扫描摄像机具有不同的滤色器的传感器像素行，以检测不同波长的光。纯滤波器是我们认为红色，绿色和蓝色（RGB），但有些应用程序使用不同的过滤器类型。彩色线扫描摄像机通常用于检查印刷产品。不同的彩色行由相机对齐。您必须使用具有低色差的镜头，最好使相机视图垂直于产品的表面。

用于行扫描相机的照明
线扫描摄像机通常使用来自LED线的“线路光”，聚焦光，沿着被观看的物体像素的线路照亮物体。线灯曝光时间需要高强度照明（快速相机线路速率）。Line Lights可以将“对接”在一起，为查看宽物体提供很长的灯光。

为应用程序选择右线扫描相机
以下是选择行扫描相机时需要考虑的重要事项:

灵敏度
“敏感性”问：“相机是足够的光子来执行机器视觉任务吗？”只有难以从组件规范回答这个问题。在实践中，我们估计所需的光强度，指定比我们的估计更光强度，然后验证我们是否具有测试所需的灵敏度。

尺寸（传感器像素）
要确定摄像机大小（在传感器像素中），您需要指定视图（FOV）和最小缺陷大小。相机应具有足够的分辨率至少有3或4像素“覆盖”最小产品缺陷尺寸。例如，如果FOV为12“并且最小缺陷尺寸为0.005”，则为：

(FOV/最小缺陷大小)x(3像素覆盖)
(12/0.005) x 3 = 7200像素

您可以使用8K（8,192像素）线扫描相机。

线速率
线速率由视场、零件速度和物体像素大小设置。例如，如果视场是12 "，产品速度是60 " /秒，你使用的是8K(8192个传感器像素)相机，那么:

（对象像素大小）= FOV /（传感器像素中的相机尺寸）=
12/8192 = 0.001465”视场中的物体像素大小
需要线路速率：60“/0.001465”= 40.956 kHz

你可以使用Teledyne DALSA Piranha4 70千赫的摄像机。

行扫描相机同步
线扫描相机的曝光必须与物体的运动同步。这通常是通过一个编码器来完成的，它为每一个特定数量的物体运动输出一个脉冲。经过一定数量的编码器脉冲后，触发行扫描摄像机拍摄行图像。

我们通常想要“正方形像素”，即视场内的像素宽度和高度相等。要获得正方形像素，必须在物体每移动一个等于物体像素大小的距离时触发摄像机。在上面的例子中，视场中的像素大小为0.001465英寸，因此，对于正方形像素，每次物体移动该距离时，摄像机都必须被触发。

线扫描相机的像素校正
行扫描相机的优点是每个像素的增益和偏移量可以通过相机中的硬件进行调整。这可以补偿像素响应的变化，如光照强度的变化和像素响应的变化。

在工作中对摄像头进行扫描
这是线扫描摄像机的两个“现实世界”应用。

多摄像头Web巡检
线路扫描技术是连续Web应用中的选择方法。作为一个例子，我们将看看塑料薄膜的生产线，宽度为10英尺，每分钟350线性脚移动。我们正在寻找小孔或污染缺陷。

塑料薄膜后面的一条灯显示孔作为亮点和污染作为暗点。对于10密耳（10/1000英寸）分辨率，使用六个千兆以太网2048-像素线扫描摄像机。

总的数据速率是每秒8600万像素。用于处理的图像有3560行。对于这样的连续web应用程序，当检测到缺陷时，web移动得太快而无法停止。相反，“滚动图”记录并描述了缺陷的位置和类型。这个屏幕截图显示了摄像机5制作的滚动地图的部分:

这显示了实时视图（左侧）。右侧卷材映射，y轴识别线性素材（在滚筒转旋转），x轴显示缺陷位置。当产品卷为精加工时，可以在产品展开时挑出缺陷。

彩色线扫描
彩色线扫描相机用于检查含有不同颜色的铆钉、铆钉环和支架的医疗托盘。这些元素不能很容易地区分和检查使用灰度(强度)图像。

2K色线扫描视图20英寸横向横跨医疗托盘;采用行扫描技术，对垂直尺寸没有限制。两个24英寸的线灯照亮整个托盘，它是沿着一个传送带移动。传送带上的编码器是同步的，以便当托盘进入视场时彩色线扫描摄像机触发。

总结
线扫描相机用于成像大型物体、高分辨率、高速或需要完美图像的视觉应用。行扫描相机是最佳选择的应用包括检查网络材料，如塑料或纸张制造，检查连续的“物体”，如道路和铁路检查，或高质量的图像需要的LCD平板或印刷检查。