產(chǎn)品展示
線性工業(yè)掃描相機(jī)的組成及工作原理
來源：本站 │ 發(fā)表時(shí)間：2021-06-18 | 瀏覽數(shù)：4336
目前市場上共有兩種類型的采集方法可用于采集物體的圖像：面陣掃描和線掃描。最常見的2D機(jī)器視覺系統(tǒng)使用面陣掃描相機(jī)，此類相機(jī)在采集圖像時(shí)需要曝光完整的像素矩陣。相比之下，線掃描相機(jī)包含單行像素，其通過逐個(gè)像素線構(gòu)建最終的2D圖像。
構(gòu)建線掃描圖像需要相機(jī)與物體之間保持相對運(yùn)動，通常為沿著輸送帶或旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動。當(dāng)物體移動經(jīng)過相機(jī)面前時(shí)，相機(jī)將采集一個(gè)新的像素線。
視覺處理器或圖像采集卡上的軟件將存儲每個(gè)像素線，然后將像素?cái)?shù)據(jù)重新構(gòu)建為最終的2D圖像。這種獨(dú)特的圖像采集過程擅長于采集輸送帶上快速移動的離散元件的圖像，檢測柱形物體的所有側(cè)面，以及構(gòu)建超大物體的圖像。
文件掃描儀、復(fù)印機(jī)和傳真機(jī)等將文件掃描到存儲器中的商用設(shè)備采用線掃描技術(shù)，制造和物流領(lǐng)域的生產(chǎn)線和分銷線也是如此，它們依靠這種特殊技術(shù)快速采集高分辨率圖像，用于執(zhí)行復(fù)雜元件的檢測。
面陣掃描相機(jī)照亮物體，并采集所有曝光的像素以構(gòu)建圖像。相比之下，線掃描相機(jī)點(diǎn)亮并逐個(gè)線條采集像素。
由于線掃描成像儀可提供500-8,000像素/線條的分辨率，有些甚至能夠跟上67,000個(gè)線條/秒的高速線條采集速率，最新一代線掃描相機(jī)可提供以前需要一組高分辨率視覺成像儀才能解決的應(yīng)用所需的所有性能。
這些屬性使線掃描相機(jī)成為了在連續(xù)或離散“卷筒”表面檢測應(yīng)用中采集目標(biāo)物體圖像的理想選擇，比如塑料、織物、金屬或紙張。
線掃描相機(jī)還可以“展開”柱形物體，以采集它們的整個(gè)表面區(qū)域。同時(shí)，此技術(shù)還適用于一些需要高分辨率成像以實(shí)現(xiàn)精確測量和缺陷檢測的較大物體，比如平板顯示器、太陽能電池和汽車零部件。
由于線掃描系統(tǒng)只需查看目標(biāo)物體的一小部分來采集每個(gè)線條，它們無需目標(biāo)物體提供較大的無遮擋視場。出于此原因，它們非常適用于視場或安裝空間有限的裝置。
系統(tǒng)組件
線掃描視覺系統(tǒng)可以配置線掃描相機(jī)和運(yùn)行機(jī)器視覺軟件的PC或視覺控制器，或者作為嵌入式系統(tǒng)提供，其中相機(jī)和軟件包含在一個(gè)封裝中。這兩種設(shè)置的組件擁有許多共同的元素。跟所有機(jī)器視覺系統(tǒng)一樣，選擇正確的鏡頭、光源和觸發(fā)裝置對任何線掃描應(yīng)用的成功都至關(guān)重要。
編碼器
編碼器將輸送帶的線性運(yùn)動傳遞給線掃描相機(jī)，指示何時(shí)采集圖像的下一個(gè)線條。在許多應(yīng)用中，要保證運(yùn)動物體的持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)動是很困難的，特別是在裝配線速度提升或下降過程中。速度變化會影響所采集圖像的高寬比。
舉例來說，線掃描相機(jī)可能會過快地采集線條，導(dǎo)致線條重復(fù)采集和圖像拉伸。如果相機(jī)采集線條速度過慢，它則可能會跳過一些線條，導(dǎo)致圖像變得更稀薄。為了保持恒定的高寬比，并且允許速度波動，僅當(dāng)行進(jìn)的距離等于所定義的值，通常為所投影像素的長度時(shí)，編碼器才會指示相機(jī)采集線條。
編碼器通常安裝在軸上，提供信號以指示運(yùn)動。有些編碼器會產(chǎn)生兩個(gè)單獨(dú)的信號（A和B），基于這些信號可以檢測到線條方向以及與運(yùn)動相關(guān)的更細(xì)粒度信息。線掃描系統(tǒng)可與硬件（基于運(yùn)動）編碼器或軟件（基于時(shí)間并根據(jù)運(yùn)動計(jì)算）編碼器結(jié)合使用。
光源
線掃描相機(jī)采集一行像素時(shí)僅需一條光線。這意味著不同于面陣掃描相機(jī)，線掃描相機(jī)不需要將元件均勻照亮。強(qiáng)烈、無波動且高度聚焦的“線”型照明最適合線掃描應(yīng)用，由于采集速度較快（通常每個(gè)線條只需數(shù)微秒時(shí)間），這也需要較高強(qiáng)度的光線。線性光源與相機(jī)對位，以最大限度地增加通常始終開啟而非頻閃光線的強(qiáng)度。
鏡頭
鏡頭的光學(xué)質(zhì)量各不相同，并最終確定所采集圖像的分辨率。選擇高質(zhì)量的鏡頭非常重要，以確保充分利用線掃描相機(jī)的像素大小。使用正確的鏡頭將有助于系統(tǒng)采集最佳圖像，以執(zhí)行高度復(fù)雜的檢測。
觸發(fā)器
觸發(fā)裝置指示相機(jī)何時(shí)開始采集像素。線掃描系統(tǒng)可以使用直接連接至相機(jī)的硬件觸發(fā)器或者通過工廠車間工業(yè)協(xié)議或PC連接的軟件觸發(fā)器。
線掃描相機(jī)能夠:
展開柱形物體以檢測標(biāo)簽 檢測印刷、金屬和塑料缺陷及瑕疵 提供較長或卷軸上產(chǎn)品/元件的 100%檢測 提供高分辨率圖像以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量 確保采樣的一致性 支持高速元件掃描
相比面陣掃描系統(tǒng)，線掃描系統(tǒng)擁有特定的優(yōu)勢:
無固定尺寸: 有些線掃描相機(jī)可以將所采集圖像的長度調(diào)整為無限長。這使得在某些情況下可以在幀之間創(chuàng)建無間隙的連續(xù)圖像。 高分辨率: 線掃描圖像達(dá)到80兆字節(jié)或以上像素?cái)?shù)據(jù)的情況并不少見。 更短的曝光時(shí)間: 面陣掃描相機(jī)通常比線掃描相機(jī)需要更長的曝光時(shí)間。 為什么要選擇線掃描相機(jī)技術(shù)？
無論是食品和飲料、電子產(chǎn)品還是包裝和物流應(yīng)用，線掃描相機(jī)技術(shù)都可以幫助制造商采集對于面陣掃描相機(jī)而言具有挑戰(zhàn)性的快速移動、大型和柱形物體的高分辨率圖像。
展開柱形物體以進(jìn)行檢測
檢測圓形或柱形元件時(shí)，可能需要多臺面陣掃描相機(jī)才能覆蓋整個(gè)元件表面。當(dāng)柱形物體在軸上旋轉(zhuǎn)時(shí)，線掃描相機(jī)可以創(chuàng)建該物體的2D“展開”圖像。這消除了特殊夾具以及用于在不同的坐標(biāo)空間將多個(gè)圖像拼接在一起的復(fù)雜算法的需要。此功能在檢測物體、灌裝液位、標(biāo)簽和安全密封墊的尺寸和均勻性時(shí)十分有用。
向空間有限的應(yīng)用環(huán)境添加視覺
由于線掃描相機(jī)在構(gòu)建圖像時(shí)每次僅采集單個(gè)像素線條，它只需在物體快速移動時(shí)查看物體的一小部分便可。此屬性使線掃描相機(jī)非常適用于視場或空間有限（比如電子產(chǎn)品和醫(yī)藥行業(yè)）或者相機(jī)需要透過輸送帶上的滾軸查看元件底部的應(yīng)用。
以低成本采集高分辨率圖像
線掃描系統(tǒng)通常還能夠比傳統(tǒng)面陣掃描相機(jī)提供更高的分辨率。高分辨率檢測在大多數(shù)科技型行業(yè)中至關(guān)重要。相比面陣掃描相機(jī)，配備適當(dāng)成像儀的線掃描相機(jī)能夠以低得多的成本創(chuàng)建超大的圖像。出于此原因，運(yùn)動中的線掃描相機(jī)是高分辨率面陣掃描相機(jī)切實(shí)可行的替代解決方案。
檢測卷筒表面
由于線掃描系統(tǒng)構(gòu)建圖像時(shí)需要元件處于運(yùn)動狀態(tài)，它們通常非常適用于產(chǎn)品處于運(yùn)動中的應(yīng)用，比如高速包裝線和輸送帶上的產(chǎn)品檢測。這使得執(zhí)行較長表面（或者“卷筒”）的檢測以及代碼和文本的驗(yàn)證變得很容易。使用面陣掃描相機(jī)時(shí)將需要進(jìn)行額外的處理，以調(diào)整幀重疊、復(fù)雜的圖像拼接和硬件同步化等問題。有些線掃描相機(jī)型號可以在幀之間獲取一連串的連續(xù)（即無間隙）圖像，而有些線掃描相機(jī)型號在采集圖像時(shí)則需要幾個(gè)線條之間保持最小的間隙。用于執(zhí)行離散或連續(xù)檢測的線掃描相機(jī)型號可以采集尺寸隨機(jī)分布元件的圖像，圖像之間無較大的空白區(qū)。
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