线扫描相机的原理及其优势

1、线扫描相机的原理及应用线扫描相机的原理及应用 内容简介Confidential No distribution permitted1.数字相机成像原理什么是线扫描相机相机参数及常用术语介绍2.为什么要使用线阵相机 线阵相机与面阵相机的区别 线扫描系统的组成 如何选择线扫描及其同步3.怎样使用线阵相机 Teledyne DALSA线阵相机的使用 使用线阵相机需要注意的方面4.应用案例Confidential No distribution permitted1.数字相机成像原理3a) 光线透过镜头投射到感光元件表层；b) 光线被感光元件表层上滤镜分解成不同的色光；c) 色光被各滤镜相对应的感光单

2、元感知，并产生不同强度的模拟电流信号，再由感光元件的电路将这些信号收集起来；d) 模拟信号通过数模转换器转换成为数字信号，再由 DSP对这些信号进行处理，还原成为数字影象；e) 数字影象再被传输到存储卡上保存起来Confidential No distribution permitted数字相机的成像原理CCD是电荷耦合器件的缩写，是相机里的一个重要部件 用一个形象的比喻来说明，CCD的结构中每个像素就像一个个的小桶，光线就象雨滴撒入各个小桶，每个小桶就是一个像素。按下快门拍照的过程，就是相机在一定的曝光时间中，像素的“小桶” 收集“光滴”的过程，曝光结束后，通过光电转换，就形成了我们所熟悉的

3、照片。面阵相机和线阵相机51. 什么是面阵相机数码相机帧率， 分辨率2. 什么是线阵相机传真机， 扫描仪行频， 分辨率柱状物体，大幅面，运动Confidential No distribution permitted面阵相机普通面阵相机及日常用的数码相机芯片都是面阵的，长方形的，所以当我们拍照的时候，得到的是一张方形的图片Confidential No distribution permitted线阵相机线阵相机也称线扫描相机，线阵CCD工业相机工业相机的传感器仅是由一行或者多行感光芯片构成的，拍照时需要通过机械运动，行成相对运动，才能得到想要的图像。相机的分辨率 相机能够捕捉到的细节度称为分

4、辨率，用像素来衡量。相机的像素越多，能够拍摄的细节就越多，照片也就可以越大而不变得模糊或产生“颗粒”。 面阵相机常见的分辨率包括：640 X 480, 1024 X 768, 1280 X 960,1600 X 1200 等等 线阵相机常见的分辨率包括：1k, 2k, 4k, 8k,12k, 16k 等等 8黑白和彩色相机91. 目前绝大部分的视觉应用都是用的黑白相机2. 黑白相机的成像原理3. 彩色相机的成像原理相机的接口相机的常用接口分为多种：1. GigE: 100MB/s ，100m2. USB: 60MB/S(u)， 5m3. IEEE1394: 80MB/s (1394b), 4.

5、5m4. CameraLink: 680MB/s, 15m各种接口的数据传输量不同，稳定性不同102.为什么要使用线扫描系统Confidential No distribution permitted 线阵相机与面阵相机的区别面阵相机一帧图像面阵相机的芯片组成2.为什么要使用线扫描系统Confidential No distribution permitted 线阵相机与面阵相机的区别线扫描相机由许多帧图像组成2.为什么要使用线扫描系统Confidential No distribution permitted 线阵相机 VS 面阵相机线扫线扫描描传传感器通常有感器通常有1或或2行的像素行的像

6、素垂直大小不受垂直大小不受传传感器尺寸限制感器尺寸限制下一行下一行时时被以前的被以前的线转线转移（并移（并联联） ）水平分辨率高达水平分辨率高达16384像素像素数据速率数据速率为为1179兆赫兆赫需要移需要移动产动产品或相机品或相机面面阵阵相机有多行像素通常相机有多行像素通常为为4 / 3垂直大小受垂直大小受传传感器尺寸限制感器尺寸限制获获取新的取新的图图像像限制于限制于帧帧速率速率水平分辨率高达水平分辨率高达5344像素像素数据速率数据速率为为760兆赫兆赫产产品可以是固定的品可以是固定的2.为什么要使用线扫描系统Confidential No distribution permitted

7、 成本 以IPAD MINI为例。假设精度为0.01mm。 如果使用500W像素的面阵相机（2500X2000）检测其外观尺寸，按照一个像素代表0.01mm来计算，至少需要56台相机。 如果使用16K像素的线阵相机，则只需要1台相机。2.为什么要使用线扫描系统Confidential No distribution permitted 效率 同样是前面的例子。 如果使用多台面阵相机检测，首先要考虑相机的安装位置，其次每台相机要配备相同的光源，最重要的是每台相机需要标定，最后每台相机的数据需要汇总后再处理。 如果使用线阵相机，只需要1台相机和相应的光源，对一台相机进行标定，对一台相机的数据进行处

8、理。2.为什么要使用线扫描系统Confidential No distribution permitted 线扫描系统的组成 线扫描系统除了控制和分析的主机系统及固定用的机械机构外, 主要分为视觉及运动控制两大部分。 视觉部分主要组件包括:线阵相机(Line-scan camera), 镜头(Lens), 光源(Lighting), 影像采集卡(Frame Grabber)。 运动控制的部份包括:马达, 马达驱动器,旋转编码器， 运动控制卡或PLC, 有时会搭配传感器(Sensor)做触发。如何选择线扫描相机Confidential No distribution permitted 线阵相机

9、的选择取决于传感器尺寸和线速度线阵相机的选择取决于传感器尺寸和线速度 确定传感器尺寸确定传感器尺寸. . ( (瑕疵或目标物最少有瑕疵或目标物最少有3 3 或或 4 4 个像素个像素) ) 例如例如: FOV = 12”, : FOV = 12”, 最小检测尺寸最小检测尺寸= 0.005” = 0.005” (FOV/(FOV/检测尺寸检测尺寸) x () x (最少像素个数最少像素个数) ) 12/.005 x 3 = 7200 pixels (8K 12/.005 x 3 = 7200 pixels (8K 相机相机 或或 2 2个个4K4K相机相机) ) 为了确定相机的线速率，需要图像像

10、素尺寸和产品速度。为了确定相机的线速率，需要图像像素尺寸和产品速度。 例如例如: FOV = 12”, : FOV = 12”, 速度速度 20”/ 20”/秒秒, 8k , 8k 相机相机 图像像素尺寸图像像素尺寸= FOV/ = FOV/ 传感器尺寸传感器尺寸12/8192 = 0.001465” 12/8192 = 0.001465” 需要的最低线速度需要的最低线速度: 20/0.001465 = 13,654 : 20/0.001465 = 13,654 可以使用可以使用Piranha2 8k 18khz Piranha2 8k 18khz 相机相机 ( (或或 2 Spyder3 4

11、k 18khz 2 Spyder3 4k 18khz 相机相机) ) 2.为什么要使用线扫描系统线扫描相机的同步Confidential No distribution permitted 2.为什么要使用线扫描系统 用编码器（线触发输入）同步线阵相机和运动产品。用编码器（线触发输入）同步线阵相机和运动产品。 单个像素是个正方形单个像素是个正方形. .每个像素宽度需要一个编码器脉冲。如果给的脉每个像素宽度需要一个编码器脉冲。如果给的脉冲少了，图像中会缺少部分产品信息。如果脉冲给多了，则产品图像过冲少了，图像中会缺少部分产品信息。如果脉冲给多了，则产品图像过多看着像被多看着像被“拉伸拉伸”。 例

12、如例如: : 图像像素尺寸图像像素尺寸= 0.001465” = 0.001465” 速度速度20”/20”/秒秒编码器脉冲频率编码器脉冲频率= 20/0.001465 = 13,654 = 20/0.001465 = 13,654 一个轮子是安装旋转编码器可以得到此频率一个轮子是安装旋转编码器可以得到此频率 例如例如: :每转一周编码器给出每转一周编码器给出10241024个脉冲个脉冲周长周长= = 脉冲数脉冲数 * * 像素尺寸像素尺寸1024 x 0.001465 = 1.5” 1024 x 0.001465 = 1.5” （周长）（周长） 也可以用一个可编程的编码器。也可以用一个可编程

13、的编码器。Confidential No distribution permitted线阵相机的应用行业线扫描系统对大幅面、高精度、圆柱状物体检测等方面有很好的应用，主要应用的行业有：印刷制品、大型玻璃、粮食色选、LCD面板检测、PCB检测、钢铁检测、烟草行业、纺织行业等，这些行业产品的共同特点是：幅面较宽，速度快，精度高，流水线上产品连续性高。3.如何选用合适的线阵相机搭建一套视觉检测系统Confidential No distribution permitted1. 如何选取合适的线扫描相机2. 选取合适的图像采集卡3. 选取合适的图像处理器和图像处理软件4. 如何选取合适的镜头3.怎样使

14、用线扫描系统Confidential No distribution permitted 使用Sherlock图像处理软件来对图像进行分析和处理3.怎样使用线扫描系统Confidential No distribution permitted 使用线阵相机需要注意的方面1.光源和镜头的选择 F口的镜头 线型专用LED光源或者卤素光源2.运动机构移动的均匀性 精密测量时需要加装旋转编码器3.调试时的图像采集 运动速度与相机采集速度的匹配正常 太快 太慢4.应用案例Confidential No distribution permitted 在过去，线扫描系统广泛应用于造纸，印刷，钢铁以及玻璃制造

15、行业 如今，线扫描系统也用于高精密度的尺寸测量和瑕疵检测项目中4.应用案例一Confidential No distribution permitted 通过滚筒机械运动，将圆形物体转换为平面图像进行字符识别，彩色检测和瑕疵检测1.刻字内容无错2.各种彩色条纹排列是否准确3.各种彩色条纹颜色浓淡程度4.应用案例二: 瑕疵检测Confidential No distribution permitted 通过Sherlock软件的预处理和算法，检测缺陷裂纹很难与背景分开腐蚀白色平滑Roughness阈值分析尺寸过滤4.应用案例三： 划痕检测Confidential No distribution

16、permitted 通过Sherlock软件的预处理和算法，检测缺陷玻璃的表面纹理使用更好的光源但缺陷还是不清晰平滑并计算粗糙度腐蚀并进行阈值分析4.应用案例四：精密测量Confidential No distribution permitted 通过机械运动，对平面物体进行精密尺寸测量和瑕疵检测Confidential No distribution permitted4.应用案例五：标签检测Confidential No distribution permitted 瓶子上标签扫描后瓶子上标签扫描后2D2D图图Confidential No distribution permitted 安

17、装图安装图Confidential No distribution permitted多表面检测瑕疵类型检测瑕疵数量检测高危场合检测4.应用案例六：阀槽检测Confidential No distribution permitted 示意图示意图Confidential No distribution permitted2D2D图图Confidential No distribution permitted 检测界面检测界面Confidential No distribution permitted 表面瑕疵检测 高倍率 重复检测4.应用案例七：医疗设备部件检测Confidential No distribution permitted 软件处理过程图软件处理过程图1-21-2Confidential No distribution permitted 软件处理过程图软件处理过程图3-43-4Confidential No distribution permitted定位（铆钉、垫环、支架、打印、手柄等）托盘尺寸长到 27” 宽到18 4.应用案例八：医疗盘检测Confidential No distribution permitted 安装示意图安装示意图Confidential No distribution permitted 现场安装图现场安装图Confide