機器視覺相機如何選擇？機器視覺中線陣、面陣相機的區別有哪些

一、線陣相機

線陣CCD工業相機主要應用於工業、醫療、科研與安全領域的圖象處理。在機器視覺領域中，線陣工業相機是一類特殊的視覺機器。與面陣工業相機相比，它的感測器只有一行感光元素，因此使高掃描頻率和高解析度成為可能。線陣工業相機的典型應用領域是檢測連續的材料，例如金屬、塑料、紙和纖維等。被檢測的物體通常勻速運動 , 利用一台或多台工業相機對其逐行連續掃描 , 以達到對其整個表面均勻檢測。可以對其圖象一行一行進行處理 , 或者對由多行組成的面陣圖象進行處理。另外線陣工業相機非常適合測量場合，這要歸功於感測器的高解析度 , 它可以準確測量到微米。

1、線陣工業相機，機顧名思義是呈「線」狀的。雖然也是二維圖象，但極長，幾K的長度，而寬度卻只有幾個象素的而已。一般上只在兩種情況下使用這種相機：一、被測視野為細長的帶狀，多用於滾筒上檢測的問題。二、需要極大的視野或極高的精度。

2、需要極大的視野或極高的精度的情況下，需要用激發裝置多次激發相機，進行多次拍照，再將所拍下的多幅「條」形圖象，合併成一張巨大的圖。因此，用線陣型工業相機，必須用可以支持線陣型工業相機的採集卡。 線陣型工業相機價格貴，而且在大的視野或高的精度檢測情況下，其檢測速度也慢－－一般工業相機的圖象是 400K～1M，而合併后的圖象有幾個M這麼大，速度自然就慢了。

二、面陣相機

工業相機像素是指這個工業相機總共有多少個感光晶片，通常用萬個為單位表示，以矩陣排列，例如3百萬像素、2百萬像素、百萬像素、40萬像素。百萬像素工業相機的像素矩陣為W*H=1000*1000。

工業相機解析度，指一個像素表示實際物體的大小，um*um表示。數值越小，解析度越高。 FOV是指工業相機實際拍攝的面積,以毫米×毫米表示。

FOV是由像素多少和解析度決定的。相同的相機，解析度越大，它的FOV就越小。例如1K*1K的相機，解析度為20um,則他的FOV=1K*20 × 1k*20=20mm ×20mm，如果用30um的解析度，FOV=1K*30×1k*30=30mm×30mm。

在圖像中，表現圖像細節不是由像素多少決定的，而是由解析度決定的。解析度是由選擇的鏡頭焦距決定的，同一種相機，選用不同焦距的鏡頭，解析度就不同。如果採用20um解析度，對於1mm*0.5mm的零件，它總共佔用像素1/0.02 ×0.5/0.02＝50×25個像素，如果採用30um的解析度，表示同一個元件，則有1/0.03×0.5/0.03=33×17個像素，顯然20um的解析度表現圖像細節方面好過30um的解析度。

既然像素的多少不決定圖像的解析度（清晰度），那麼大像素工業相機有何好處呢？答案只有一個：減少拍攝次數，提高測試速度。

1個是1百萬像素，另1個是3百萬像素，清晰度相同（解析度均為20um）,第1個相機的FOV是20mm×20mm＝400平方mm，第二個相機的FOV是1200平方mm,拍攝同一個PCB，假設第1個相機要拍攝30個圖像，第2個相機則只需拍攝10個圖像就可以了。

對於面陣CCD來說，應用面較廣，如面積、形狀、尺寸、位置，甚至溫度等的測量。面陣CCD的優點是可以獲取二維圖像信息，測量圖像直觀。缺點是像元總數多，而每行的像元數一般較線陣少，幀幅率受到限制，而線陣CCD的優點是一維像元數可以做得很多，而總像元數角較面陣CCD工業相機少，而且像元尺寸比較靈活，幀幅數高，特別適用於一維動態目標的測量。以線陣CCD在線測量線徑為例，就在不少論文中有所介紹，但在涉及到圖像處理時都是基於理想的條件下，而從實際工程應用的角度來講，線陣CCD圖像處理演算法還是相當複雜的。

由於生產技術的制約，單個面陣CCD的面積很難達到一般工業測量對視場的需求。線陣CCD 的優點是分辨力高，價格低廉，如TCD1501C型線陣CCD，光敏像元數目為5 000，像元尺寸為7 μm×7 μm×7 μm(相鄰像元中心距)該線陣CCD一維成像長度35 mm，可滿足大多數測量視場的要求，但要用線陣CCD獲取二維圖像，必須配以掃描運動，而且為了能確定圖像每一像素點在被測件上的對應位置，還必須配以光柵等器件以記錄線陣CCD每一掃描行的坐標。一般看來，這兩方面的要求導致用線陣CCD獲取圖像有以下不足：圖像獲取時間長，測量效率低；由於掃描運動及相應的位置反饋環節的存在，增加了系統複雜性和成本；圖像精度可能受掃描運動精度的影響而降低，最終影響測量精度。

三、 面陣相機和鏡頭選型

已知：被檢測物體大小為A*B,要求能夠分辨小於C，工作距為D 解答：

1. 計算短邊對應的像素數 E = B/C，相機長邊和短邊的像素數都要大於E；

2. 像元尺寸 = 物體短邊尺寸B / 所選相機的短邊像素數；

3. 放大倍率 = 所選相機晶元短邊尺寸 / 相機短邊的視野範圍；

4. 可分辨的物體精度 = 像元尺寸 / 放大倍率 （判斷是否小於C）；

5. 物鏡的焦距 = 工作距離 / (1+1 / 放大倍率) 單位：mm；

6. 像面的解析度要大於 1 / (2*0.1*放大倍率) 單位：lpmm ；

以上只針對鏡頭的主要參數進行計算選擇，其他如畸變、景深環境等，可根據實際要求進行選擇。

*針對速度和曝光時間的影響，物體是否有拖影

已知：確定每次檢測的範圍為80mm*60mm，200萬像素 CCD 相機(1600*1200),相機或物體的運動速度為12m/min = 200mm/s 。

曝光時間計算：

1. 曝光時間 < 長邊視野範圍 / (長邊像素值 * 產品運動速度)

2. 曝光時間 < 80 mm / (1600∗250 mm/s)；

3. 曝光時間 < 0.00025s ；

總結：故曝光時間要小於 0.00025s ，圖像才不會產生拖影。

四、線陣相機的選型

•線陣相機的選擇取決於感測器尺寸和線速度

•確定感測器尺寸. (瑕疵或目標物最少有3 或 4 個像素)

•例如: FOV = 12」, 最小檢測尺寸= 0.005」(FOV/檢測尺寸) x (最少像素個數)12/.005 x 3 = 7200 pixels (8K 相機 或 2個4K相機)

• 為了確定相機的線速率，需要圖像像素尺寸和產品速度。

•例如: FOV = 12」, 速度 20」/秒, 8k 相機圖像像素尺寸= FOV/ 感測器尺寸12/8192 = 0.001465」需要的最低線速度: 20/0.001465 = 13,654

• 可以使用Piranha2 8k 18khz 相機 (或 2 Spyder3 4k 18khz 相機)

五、線陣相機的同步

•用編碼器（線觸發輸入）同步線陣相機和運動產品。

•單個像素是個正方形.每個像素寬度需要一個編碼器脈衝。如果給的脈衝少了，圖像中會缺少部分產品信息。如果脈衝給多了，則產品圖像過多看著像被「拉伸」。

•例如: 圖像像素尺寸= 0.001465」 速度20」/秒編碼器脈衝頻率= 20/0.001465 = 13,654

•一個輪子是安裝旋轉編碼器可以得到此頻率

•例如:每轉一周編碼器給出1024個脈衝周長= 脈衝數 * 像素尺寸1024 x 0.001465 = 1.5」 （周長）

•也可以用一個可編程的編碼器。

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