我了解的一些线阵相机知识
线阵相机顾名思义就是取像是成线性的。 它的传感器是成线型的。
举个例子: 比如面阵相机的分辨率是640*480就是说这个相机横向有640个像元,纵向有480个像元。
而线阵相机分辨率只体现在横向,比如2048像素的线阵相机就是说横向有2048个像元,纵向大多数为1。(RGB相机和TDI相机除外)
关于线阵相机的传感器
70年代大多数使用的是MOS,而从70年代末CCD开始迅速发展,一直到现在也是主流,CMOS大概是在80年代中期开始出现的,但是随着技术的发展CCD的取像速度要低于CMOS,而且直到2010年以前CMOS的传感器价格要高于CCD,从2010年以后几家主要的相机制造商都已经大力开发CMOS的相机了,并且也得到了不少的实际应用。
鄙人认为,以后的线阵相机主流将是CMOS的传感器。(这两种传感器的优缺点大家可以到网上找,主要是取像速度和敏感度的差异)
线阵相机的几个重要参数:
resolution: 像素数, 传感器上有多少个像元。MAX DATA RATE(应该叫相机时钟吧): 意思是相机每秒可以采取最大的数据量Linerate 行频: 意思是每秒钟相机最大可以采取多少行影像
比如像素为8192*1, data rate为160Mhz, 那么此相机的行频就是160M/8192= 19000line/sec
每秒钟最大可以取像19000行,横向为8192pixel,纵向为19000pixel, 1秒钟取得的这幅图像大小大概为160M
还有就是像元的大小和镜头的尺寸。一般ccd的像元大小最小为5um,再小好像做不出来,而且感光度也差,cmos的像元可以比ccd小近一倍。
相机的选择十分重要,直接关系到整体设备的成本,像素多就要采用大的镜头,数据量大就要采用传输率大的数据线,还需要图像处理卡,数据量大对运算要求也高,对计算机的要求也高。
还是以目前的主流CCD相机为例子吧,由于相机的取像速度有限,一般每个tap最多能取得60M的数据,所以目前告诉的相机都采用多tap的处理方式,一般每个tap为40M,拿160M的相机为例就是有4个tap ,每个tap的取像为40M,40M*4=160Mhz, 当然也有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(以后可能会更高)
相机的输出方式也有多种,8bit,10bit,12bit, 我主要了解的就是8bit 黑白256进制影像。
有single输出,取像时1,2,3,~8192,有双输出,1,3,5,7/ 2,4,6,8, 也有1,3,5~4095/ 4097,4099~8191
这里的输出方式可以大概了解下(一般使用默认值对取像不会造成影响)
线阵相机主要接口还是以GiGe和cameralink为主流,高速的相机需要用HSlink.
相机主要的几个设定有exposre,gain, 还有内触发/外触发模式,不常用的当然也有很多如平均影像灰度,offset设定等等。
exposure , 这个设定和相机的行频有直接关联,此设定必须低于可以采取的最大行频。
比如刚才的19000行的相机,如果想采取19000行的话,设定为1sec/19000=
53us 这里还有一些延迟在里面,设定在47us左右才可以采集最大的行频。 (表达不清楚,烦)
此数值越低,获取的影像越暗,反之越亮。
gain/offset, 调整取得影像的灰度,在照明亮度不够时可以使用,但是使用后会导致影像的鲜明度下降,对分析影像时会造成一些影像,我不建议使用,即使使用也不要超过默认值的20%
还有一些其他的设定可以参照相机的说明书。
线阵相机的应用领域,主要为连续的生产线(web),比如钢铁冶金,有色金属,电子素材,纺织,造纸,LCD等等,也可以说面阵相机可以应用的领域线阵相机也都可以完成,但是就是成本问题了。
我举一个实例说明吧, 这里先举一个单目相机实例。
电子铜带的表面缺陷检测设备
电子铜带宽度450mm, 生产线速度120米每分,需要检测最小缺陷为0.2mm
那么在选型的时候就可以考虑 4096像素的线阵相机,这样使用普通F口的镜头,横向分辨率大概是0.11mm,可以检测出最小0.2mm的缺陷了,那么纵向怎么选择呢? 120米每分=2米每秒=2000mm每秒
如果让横向纵向分辨率都一致的话 应该是2000mm/ 0.11=
18180line 相机需要每秒采取18180行才可以完成对产品的全幅取像。 这样 我们可以选择 4096像素,行频为19000的相机了。这种参数的相机可以对产品全幅取像。
刚才群友 上海-Alex-VC问 会不会出现一秒钟扫的全是同一行的现象出现。
使用外触发就不会。
外触发意思是,外部给相机一个pulse,相机就扫描一行。生产线速度快,扫描频率就高,反之则低。
外触发主要有编码器来实现(有点扯远了,到编码器了), 编码器主要有2种,一种为固定pulse(比如1mm就是1pulse,不变),一种为转一圈为固定pulse, 编码器的输出信号也有多种,例如linediver等, 相机获取的信号种类也有多种,如ttl, lvds,differetion,等。
还拿电子铜带举例吧,这里我们使用固定的pulse编码器,每1mm发生1pulse,
那么就是说相机每1mm扫描一次取一次影像,这样的话横向分辨率是0.11mm, 纵向是1mm了,整体影像变形就不好了。有2种方案解决,1是选择编码器的时候尽量选择和行频一样的编码器,2是通过相机的设定来改变行频。
各种相机都含有convert模式,意思是对收到的pulse进行转换,转换成需要的数值,如果将横向和纵向都变成0.11mm的话,就增加9倍就可以了,相机每收到1pulse自动连续扫描9次,那么每一行的分辨率就是1mm/9=0.11mm,
这样横向和纵向的分辨率就一致了。
比如刚才的1mm发生1pulse, 相机得到1pulse扫描9行的情况:
生产线为1米没秒的时候,相机扫描行数为1000mm/19=9000行每秒 , 生产线没进行1米,编码器发生1000pulse, 相机取像9000行,生产线为2米每秒的时候,相机扫描行数为2000mm/19=
18000行每秒,生产线每进行2米,编码器法师2000pulse, 相机取像18000行。 只要外触发设置好是不会出现连续在同一行扫描的情况。
这里又关系到了彩色相机,彩色相机是3线的,三线在同一行扫描,然后组合得到这一行的彩色影像。
还有TDI相机,有8行,16行,32行最高好像512行,就是在同一行取像,获得最佳影像,这种相机贵,对照明要求低,但是需要很高的datarate。
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