Linea HS2 TDI 相机的芯片垂直像素融合（BSV）功能简介

产线速度翻倍却不会牺牲图像质量，Linea HS2 TDI相机内那个名为BSV的垂直像素合并功能，在传感器内部悄悄地完成了两行电荷的精确合并，让高速检测变得简单可靠。

在现代工业视觉检测中，如何在提升产线速度的同时保证图像质量，是工程师面临的核心挑战。

Teledyne DALSA的Linea HS2系列相机引入了一项创新功能——芯片垂直像素融合（BSV），或称片上像素合并。这项功能实现了传感器内部的垂直电荷合并，使产线速度实现翻倍成为可能。

垂直像素合并，芯片级技术突破

Linea HS2系列相机的核心创新在于引入了芯片垂直像素融合功能。这是该系列首次实现传感器内部垂直电荷合并的技术突破，为工业视觉应用打开了新的可能性。

BSV功能允许传感器在内部将2×垂直电荷进行像素融合。当启用该模式时，单次行触发会在传感器内部启动两行电荷传输，并在读出前完成电荷合并。这一过程将垂直像素尺寸从5×5微米增加至5×10微米，同时传感器使用64个级数而非128个级数。

芯片级合并与传统的数字合并形成鲜明对比。传统的数字合并是在图像数据读出后进行的软件处理，而BSV在传感器物理层面完成电荷合并，从根本上改变了图像捕获的方式。

工作原理解析，像素尺寸的变化

理解BSV如何工作，需要从像素结构的变化入手。在非合并模式下，传感器像素为标准方形，尺寸为5×5微米，具有1：1的纵横比。

每个像素在触发时刻分别捕获对应的对象区域，这种配置能够提供完整的扫描图像，既无缺失也无重叠区域，确保了图像的真实再现。

启用BSV后，情况发生根本变化。在相同放大倍率下，每个垂直尺寸加倍的像素会捕获组合后的对象区域。例如，原本由两个像素分别捕获的区域A1和A2，现在由一个像素同时捕获。

这种结构变化带来了直接的实际效益。对于相同的完整扫描，触发周期相比非合并模式增加了。这意味着在保证图像完整性的前提下，可以以两倍的速度移动检测对象。

非融合（1×binning）模式

假设放大倍率M = 1，每个像素在触发 T1、T2、T3… 时分别捕获像素区域 A1、A2、A3…

非binning模式示意图

该配置提供完整扫描图像，无缺失或重叠区域。由于像素是方形（1:1比例），捕获的图像也保持1:1的纵横比

非融合binning模式样例图像

垂直像素融合（2× binning）模式

在相同放大倍率 M = 1 下启用 BSV，每个垂直加大的像素（5×10 μm）在触发 T1、T2、T3… 时捕获组合对象区域（A1+A2）、（A3+A4）、（A5+A6）…

对于相同的完整扫描，触发周期相比非合并模式加倍。换句话说，这允许客户以2×更快的速度移动对象。达到产线速度翻一倍的效果。

如果保持行速率不变会发生什么？

如果保持与非合并模式相同的行速率和放大倍率，结果将是由于行速率与对象运动速度不匹配而导致的图像模糊。

重叠示意图

如图所示，当您在相同放大倍率下应用相同行速率时，区域A2、A3…会在不同的行之间重叠。这就是图像模糊的原因。要在相同行速率下获得正确图像，请将放大倍率提高到2×M。

模糊条件样例图

实际应用BSV功能时，需要关注几个关键参数的设置。行速率、放大倍率和合并模式之间的匹配关系决定了最终成像效果。

如果保持与非合并模式相同的行速率和放大倍率，结果将是图像模糊。这是由于行速率与物体运动速度不匹配造成的。

如图上图所示，当在相同放大倍率下应用相同行速率时，相邻区域会在不同行之间重叠，这就是图像模糊的原因。

要在相同行速率下获得正确图像，需要将放大倍率提高到原来的两倍。这一调整可以抵消因像素尺寸变化带来的影响，确保图像清晰度。

正确配置参数后，BSV模式能在行速率减半的情况下，提供与标准模式相同质量的图像。换句话说，相机可以在不牺牲图像质量的前提下，处理两倍速的产线。

对比分析，电荷合并的优势体现

BSV功能与传统的数字像素合并有明显区别。数字合并通过组合两个像素有效提高满井容量，约为单个像素容量的2倍，但同时也增加了√2的噪声底。

数字合并还有另一个限制：它需要读取两行数据，因此会将最大行速率降低一半。这直接导致垂直分辨率降低2倍，对高速应用形成制约。

相比之下，电荷域合并展现了独特优势。BSV允许在保持亮度和噪声接近单行读出的情况下，实现物体移动速度提高2倍。

与数字合并不同，传感器垂直合并不会增加满井容量，理论上也不会引入额外噪声。最大行速率仅有轻微降低，因为合并过程在响应单次触发时完成。

应用建议，不同场景的选择策略

根据信号条件的不同，BSV提供了不同的性能优势。在读出噪声限制信号下，BSV提供更好的信噪比；而在散粒噪声限制信号下，BSV与数字合并的SNR性能相同。

针对不同应用需求，建议采取以下策略：

对于需要高速物体运动的应用，推荐使用电荷域合并。这种模式能够有效提高产线速度，同时保持图像质量。

对于需要在固定速度下提高图像亮度的应用，可以考虑使用BSV并调整其他参数。根据具体需求，工程师可以灵活配置相机设置，以达到最佳效果。

Linea HS2系列相机通过卓越的Teledyne DALSA专有1D传感器技术，大幅提高了图像MTF，展现出超清晰锐利的图像质量，增强了对小缺陷和特征的检测能力。

应用BSV功能时，需要根据具体需求调整参数配置。如果目标是提高产线速度，应使用2×合并模式并保持放大倍率不变；如果需要在不改变速度的情况下提高图像亮度，可同时调整合并模式和放大倍率。

Linea HS2相机静静凝视着飞速流动的生产线，它的传感器以难以察觉的速度完成电荷合并，将每个微小缺陷都清晰定格。这项技术突破不仅意味着检测速度的飞跃，更代表着工业视觉从“看得见”到“看得清、看得快”的质变。

现代智能制造需要的正是这种在高速中保持精确的能力，而芯片级的创新正将这一需求变为日常现实。