线阵相机的基本原理

常见的2D机器视觉系统使用的线阵相机，每次扫描仅采集图像的一行图像，当物体沿输送带或旋转轴运动，线阵相机会采集新的一行图像，最后通过采集的一条条线状图像构建最终的2D图像。相比于一次性采集二维图像的面阵相机，线阵相机有更高的扫描频率和分辨率，从而采集的图像更为精确。因此线阵相机非常适合用于检测连续的材料如金属、塑料、纸和纤维等，能更准确的识别材料颜色和表面缺陷。但同时线阵相机在开发和部署层也比面阵相机更为复杂。

线阵相机CMOS芯片

线阵相机采用了与面阵相机不同的CMOS芯片。CMOS像素元的数量，决定了采集图像的分辨率。以下图为例，面阵相机CMOS有10*10的像素元，一次扫描，可采集分辨率为10*10的2D图像。而线阵相机的CMOS只有一行像素元，因此一次扫描只能采集分辨率为10*1的线形图像。

线阵相机如何采集面阵图像

被检测物与线阵相机的相对运动过程中，线阵相机通过高频扫描，采集到了检测物每一行的图像。扫描过程中，被检测物的同一行可能多次采集，但不管是采集2次、4次、还是16次，最终只输出一次。最终输出的这些线形图像，通过采集顺序重新构建成一个面阵图像。

黑白线阵相机和彩色线阵相机

黑白线阵相机通过不同的灰度值展现图像。在光线条件充足的应用中，线阵相机对图像的每行进行单次扫描就足够拍摄清晰的图像。但一些应用，难以安装光源或光照不充足，可通过对同一行图像进行多次曝光、多次扫描并叠加输出更加清晰的图像。

彩色线阵相机通过将红（R），绿（G），蓝（B）根据光谱进行分离，分别采集，再重建全色图像。

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线阵相机的优势

1、高分辨率、低成本优势

线阵相机的CMOS只有单排像素元，在不增加过多成本的前提下可将单排像素元做得更精细、更宽、更均匀，最大能达到8012*1。因此在高分辨率工业相机中，线阵相机比面阵相机成本更低。下图宽幅面应用，需要多台面阵相机并排扫描，而线阵相机只需要1台就能解决宽幅面拍摄问题。

2、线阵相机比面阵相机能更好的应用于：

• 布匹、钢带、薄膜、纸张等无限长且均速运动着的产品。

•易拉罐、滚筒、饮料瓶等圆柱形产品。

•像素精度极高的检测如轴承表面缺陷和锂电池检测。

•大幅面需要高分辨率的场景，如高清液晶显示屏的检测。

线阵相机的使用

1、线阵相机拍摄移动的物体

线阵相机只能通过相机与被检测物之间的相对运动来进行逐行扫描。相对运动方向应垂直于线阵相机扫描窗口的长边。

2、行频的概念

行频其实是一种特殊的帧率：单行像素元的CMOS相机，拍照速度很快，能达到每秒几万张，但拍出来的图近似一条线，不能直接使用，因此线阵相机拍摄的帧率就被叫作行频。

3、理想行频

相机拍照速度要与相对运动的速度匹配，这样才能拍出清晰的图像。理想行频就是与被拍摄物运动速度相匹配的行频。在像素精度（像素感光元件大小）确定的前提下，相对运动速度越快，所需的理想行频越高。当实际行频大于或小于理想行频时，拍摄出来的图像都可能会产生变形。

4、像素精度和分辨率

像素精度是指相机在工作距离范围内，被拍摄物一定的长度投射到了CMOS上多少个像素感光元件上。一个像素感光元件，与物体距离的远近，决定了其能拍摄的目标物体的长度（精度）：可以是0.1mm，也可以是几米，甚至几光年(韦伯望远镜)。如果一个产品表面缺陷检测应用设定了5个连续像素都显示缺陷才判定为产品缺陷，那么客户要求能检测到0.024mm长度的缺陷，就要选择像素精度为0.024mm /5=0.0048mm/pix的相机。如果该产品的宽度为100mm，则相机的单排像素元要达到至少100mm/0.048mm=2084个，即要选择分辨率达2084或以上的线阵相机。

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