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了解的一些線陣相機(jī)知識(shí)

作者: 來源: 日期:2018/11/16 13:11:20 人氣:3512
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線陣相機(jī)顧名思義就是取像是成線性的。 它的傳感器是成線型的。

舉個(gè)例子: 比如面陣相機(jī)的分辨率是640*480就是說這個(gè)相機(jī)橫向有640個(gè)像元,縱向有480個(gè)像元。
而線陣相機(jī)分辨率只體現(xiàn)在橫向,比如2048像素的線陣相機(jī)就是說橫向有2048個(gè)像元,縱向大多數(shù)為1。(RGB相機(jī)和TDI相機(jī)除外)

關(guān)于線陣相機(jī)的傳感器

70年代大多數(shù)使用的是MOS,而從70年代末CCD開始迅速發(fā)展,一直到現(xiàn)在也是主流,CMOS大概是在80年代中期開始出現(xiàn)的,但是隨著技術(shù)的發(fā)展CCD的取像速度要低于CMOS,而且直到2010年以前CMOS的傳感器價(jià)格要高于CCD,從2010年以后幾家主要的相機(jī)制造商都已經(jīng)大力開發(fā)CMOS的相機(jī)了,并且也得到了不少的實(shí)際應(yīng)用。

鄙人認(rèn)為,以后的線陣相機(jī)主流將是CMOS的傳感器。(這兩種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)大家可以到網(wǎng)上找,主要是取像速度和敏感度的差異)
線陣相機(jī)的幾個(gè)重要參數(shù):

 resolution: 像素?cái)?shù), 傳感器上有多少個(gè)像元。

 MAX DATA RATE(應(yīng)該叫相機(jī)時(shí)鐘吧): 意思是相機(jī)每秒可以采取最大的數(shù)據(jù)量

 Linerate 行頻: 意思是每秒鐘相機(jī)最大可以采取多少行影像

比如像素為8192*1, data rate為160Mhz, 那么此相機(jī)的行頻就是160M/8192= 19000line/sec
每秒鐘最大可以取像19000行,橫向?yàn)?192pixel,縱向?yàn)?9000pixel, 1秒鐘取得的這幅圖像大小大概為160M
還有就是像元的大小和鏡頭的尺寸。一般ccd的像元大小最小為5um,再小好像做不出來,而且感光度也差,cmos的像元可以比ccd小近一倍。

相機(jī)的選擇十分重要,直接關(guān)系到整體設(shè)備的成本,像素多就要采用大的鏡頭,數(shù)據(jù)量大就要采用傳輸率大的數(shù)據(jù)線,還需要圖像處理卡,數(shù)據(jù)量大對(duì)運(yùn)算要求也高,對(duì)計(jì)算機(jī)的要求也高。

還是以目前的主流CCD相機(jī)為例子吧,由于相機(jī)的取像速度有限,一般每個(gè)tap最多能取得60M的數(shù)據(jù),所以目前告訴的相機(jī)都采用多tap的處理方式,一般每個(gè)tap為40M,拿160M的相機(jī)為例就是有4個(gè)tap ,每個(gè)tap的取像為40M,40M*4=160Mhz, 當(dāng)然也有single-tap(1), dual-tap(2), triple-tap(3),
octal-tap(8) 之分,目前ccd的取像速度都低于400M, 而cmos目前最高可以到1.6Ghz(以后可能會(huì)更高)
相機(jī)的輸出方式也有多種,8bit,10bit,12bit, 我主要了解的就是8bit 黑白256進(jìn)制影像。
有single輸出,取像時(shí)1,2,3,~8192,有雙輸出,1,3,5,7/ 2,4,6,8, 也有1,3,5~4095/ 4097,4099~8191

這里的輸出方式可以大概了解下(一般使用默認(rèn)值對(duì)取像不會(huì)造成影響)

線陣相機(jī)主要接口還是以GiGe和cameralink為主流,高速的相機(jī)需要用HSlink.

相機(jī)主要的幾個(gè)設(shè)定有exposre,gain, 還有內(nèi)觸發(fā)/外觸發(fā)模式,不常用的當(dāng)然也有很多如平均影像灰度,offset設(shè)定等等。
exposure , 這個(gè)設(shè)定和相機(jī)的行頻有直接關(guān)聯(lián),此設(shè)定必須低于可以采取的最大行頻。

比如剛才的19000行的相機(jī),如果想采取19000行的話,設(shè)定為1sec/19000=
53us 這里還有一些延遲在里面,設(shè)定在47us左右才可以采集最大的行頻。 (表達(dá)不清楚,煩)
此數(shù)值越低,獲取的影像越暗,反之越亮。

gain/offset, 調(diào)整取得影像的灰度,在照明亮度不夠時(shí)可以使用,但是使用后會(huì)導(dǎo)致影像的鮮明度下降,對(duì)分析影像時(shí)會(huì)造成一些影像,我不建議使用,即使使用也不要超過默認(rèn)值的20%

還有一些其他的設(shè)定可以參照相機(jī)的說明書。

線陣相機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域,主要為連續(xù)的生產(chǎn)線(web),比如鋼鐵冶金,有色金屬,電子素材,紡織,造紙,LCD等等,也可以說面陣相機(jī)可以應(yīng)用的領(lǐng)域線陣相機(jī)也都可以完成,但是就是成本問題了。
我舉一個(gè)實(shí)例說明吧, 這里先舉一個(gè)單目相機(jī)實(shí)例。

電子銅帶的表面缺陷檢測(cè)設(shè)備

電子銅帶寬度450mm, 生產(chǎn)線速度120米每分,需要檢測(cè)最小缺陷為0.2mm

那么在選型的時(shí)候就可以考慮 4096像素的線陣相機(jī),這樣使用普通F口的鏡頭,橫向分辨率大概是0.11mm,可以檢測(cè)出最小0.2mm的缺陷了,那么縱向怎么選擇呢? 120米每分=2米每秒=2000mm每秒

如果讓橫向縱向分辨率都一致的話 應(yīng)該是2000mm/ 0.11=
18180line 相機(jī)需要每秒采取18180行才可以完成對(duì)產(chǎn)品的全幅取像。 這樣 我們可以選擇 4096像素,行頻為19000的相機(jī)了。這種參數(shù)的相機(jī)可以對(duì)產(chǎn)品全幅取像。

剛才群友 上海-Alex-VC問 會(huì)不會(huì)出現(xiàn)一秒鐘掃的全是同一行的現(xiàn)象出現(xiàn)。
使用外觸發(fā)就不會(huì)。

外觸發(fā)意思是,外部給相機(jī)一個(gè)pulse,相機(jī)就掃描一行。生產(chǎn)線速度快,掃描頻率就高,反之則低。

外觸發(fā)主要有編碼器來實(shí)現(xiàn)(有點(diǎn)扯遠(yuǎn)了,到編碼器了), 編碼器主要有2種,一種為固定pulse(比如1mm就是1pulse,不變),一種為轉(zhuǎn)一圈為固定pulse, 編碼器的輸出信號(hào)也有多種,例如linediver等, 相機(jī)獲取的信號(hào)種類也有多種,如ttl, lvds,differetion,等。

還拿電子銅帶舉例吧,這里我們使用固定的pulse編碼器,每1mm發(fā)生1pulse,

那么就是說相機(jī)每1mm掃描一次取一次影像,這樣的話橫向分辨率是0.11mm, 縱向是1mm了,整體影像變形就不好了。有2種方案解決,1是選擇編碼器的時(shí)候盡量選擇和行頻一樣的編碼器,2是通過相機(jī)的設(shè)定來改變行頻。

各種相機(jī)都含有convert模式,意思是對(duì)收到的pulse進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成需要的數(shù)值,如果將橫向和縱向都變成0.11mm的話,就增加9倍就可以了,相機(jī)每收到1pulse自動(dòng)連續(xù)掃描9次,那么每一行的分辨率就是1mm/9=0.11mm,

這樣橫向和縱向的分辨率就一致了。

比如剛才的1mm發(fā)生1pulse, 相機(jī)得到1pulse掃描9行的情況:

生產(chǎn)線為1米沒秒的時(shí)候,相機(jī)掃描行數(shù)為1000mm/1*9=9000行每秒 , 生產(chǎn)線沒進(jìn)行1米,編碼器發(fā)生1000pulse, 相機(jī)取像9000行,生產(chǎn)線為2米每秒的時(shí)候,相機(jī)掃描行數(shù)為2000mm/1*9=
18000行每秒,生產(chǎn)線每進(jìn)行2米,編碼器法師2000pulse, 相機(jī)取像18000行。 只要外觸發(fā)設(shè)置好是不會(huì)出現(xiàn)連續(xù)在同一行掃描的情況。
這里又關(guān)系到了彩色相機(jī),彩色相機(jī)是3線的,三線在同一行掃描,然后組合得到這一行的彩色影像。

還有TDI相機(jī),有8行,16行,32行最高好像512行,就是在同一行取像,獲得最佳影像,這種相機(jī)貴,對(duì)照明要求低,但是需要很高的datarate。

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