線陣相機(jī)與面陣相機(jī)的區(qū)別與選型

工業(yè)相機(jī)是機(jī)器視覺系統(tǒng)必不可少的核心組件，根據(jù)不同的類別有不同的分類標(biāo)準(zhǔn)。按傳感器的結(jié)構(gòu)特性分類，可分為面陣相機(jī)與線陣相機(jī)兩種。其中，面陣相機(jī)是以面為單位來(lái)進(jìn)行圖像采集，可以一次性獲取完整的目標(biāo)圖像，并能及時(shí)進(jìn)行圖像采集的相機(jī)。在目標(biāo)物體的形狀、尺寸，位置等方面的應(yīng)用上發(fā)揮著至關(guān)重要的成像作用。

隨著技術(shù)的發(fā)展和需要，面陣相機(jī)按照其圖像傳感器的結(jié)構(gòu)或排列方式的不同，分為幀轉(zhuǎn)移、隔列轉(zhuǎn)移、線轉(zhuǎn)移以及全幀轉(zhuǎn)移四種類型，每種類型都有著各自的特點(diǎn)。

類型區(qū)分

面陣相機(jī)：實(shí)現(xiàn)的是像素矩陣拍攝。相機(jī)拍攝圖像中，表現(xiàn)圖像的細(xì)節(jié)由分辨率決定，而分辨率是由鏡頭焦距決定的。同一種相機(jī)選用不同焦距的鏡頭，分辨率就不同。像素的多少不決定圖像的分辨率，那么大像素相機(jī)有何好處？其實(shí)是可以減少拍攝次數(shù)，提高測(cè)試速度。

線陣相機(jī)：顧名思義是呈“線”狀的。雖然也是二維圖像，但有幾K的長(zhǎng)度，而寬度卻只有幾個(gè)象素的而已。一般上只在兩種情況下使用這種相機(jī)

（1）、被測(cè)視野為細(xì)長(zhǎng)的帶狀，多用于滾筒上檢測(cè)的問(wèn)題。

（2）、需要極大的視野或極高的精度。

在第二種情況下需要用激發(fā)裝置多次激發(fā)相機(jī)，進(jìn)行多次拍照，再將拍下的多幅“條”形圖象，合并成一張巨大的圖。因此，用線陣型相機(jī)，必須用可以支持線陣型相機(jī)的采集卡。一般相機(jī)的圖象是?400K～1M，而合并后的圖象有幾個(gè)M這么大，在這種情況下，其檢測(cè)速度自然比較慢，所以線陣相機(jī)只用在極特殊的情況下。

應(yīng)用對(duì)比

面陣相機(jī)：應(yīng)用面較廣，如面積、形狀、尺寸、位置，甚至溫度等的測(cè)量。

線陣相機(jī)：主要應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、科研與安全領(lǐng)域的圖象處理。被檢測(cè)的物體通常勻速運(yùn)動(dòng) ,?利用一臺(tái)或多臺(tái)相機(jī)對(duì)其逐行連續(xù)掃描?，對(duì)其整個(gè)表面均勻檢測(cè)?？梢詫?duì)其圖象一行一行進(jìn)行處理 , 也可以對(duì)由多行組成的面陣圖象進(jìn)行處理

優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

面陣相機(jī)：

優(yōu)點(diǎn)：可以獲取二維圖像信息，測(cè)量圖像直觀。

缺點(diǎn)：像元總數(shù)多，而每行的像元數(shù)一般較線陣少，幀幅率受到限制，因此其應(yīng)用面較廣，如面積、形狀、尺寸、位置，甚至溫度等的測(cè)量。由于生產(chǎn)技術(shù)的制約，單個(gè)面陣的面積很難達(dá)到一般工業(yè)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的需求。

線陣相機(jī)：

優(yōu)點(diǎn)：一維像元數(shù)可以做得很多，而總像元素較面陣相機(jī)少，而且像元尺寸比較靈活，幀幅數(shù)高，特別適用于一維動(dòng)態(tài)目標(biāo)的測(cè)量。

缺點(diǎn)：要用線陣獲取二維圖像，必須配以掃描運(yùn)動(dòng)，而且為了能確定圖像每一像素點(diǎn)在被測(cè)件上的對(duì)應(yīng)位置，還必須配以光柵等器件以記錄線陣每一掃描行的坐標(biāo)。線陣獲取圖像獲取時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)量效率低；另外受掃描運(yùn)動(dòng)及相應(yīng)的位置影響，系統(tǒng)復(fù)雜性和成本也有所提升增加；圖像精度還可能受掃描運(yùn)動(dòng)精度的影響而影響測(cè)量精度。

線陣相機(jī)和鏡頭的選型

計(jì)算分辯率:幅寬除以最小檢測(cè)精度得出每行需要的像素

選定相機(jī):幅寬除以像素?cái)?shù)得出實(shí)際檢測(cè)精度

每秒運(yùn)動(dòng)速度長(zhǎng)度除以精度得出每秒掃描行數(shù)

根據(jù)以上數(shù)值選定相機(jī)

如幅寬為1600毫米、精度1毫米、運(yùn)動(dòng)速度22000mm/s

相機(jī)：1600/1＝1600像素

最少2000像素，選定為2k相機(jī)

1600/2048＝0.8實(shí)際精度

22000mm/0.8mm＝27.5KHz

應(yīng)選定相機(jī)為2048像素28kHz相機(jī)

線陣鏡頭的選型

為什么在選相機(jī)時(shí)要考慮鏡頭的選型呢？常見的線陣相機(jī)分辨率目前有1K,2K,4K,6K,7K,8K,12K幾種，象素大小有５um,7um,10um,14um幾種，很顯然，Ｃ接口遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，因?yàn)椋媒涌谧畲笾荒芙?2 mm的芯片，也就是1.3inch。而很多相機(jī)的接口為Ｆ，Ｍ42X1，M72X0.75等，不同的鏡頭接口對(duì)應(yīng)不同的后背焦，也就決定了鏡頭的工作距離不一樣。

（1）、光學(xué)放大倍率

確定了相機(jī)分辨率和像素大小，就可以計(jì)算出芯片尺寸（Sensor size）；芯片尺寸除以視野范圍(FOV)就等于光學(xué)放大倍率。β=CCD/FOV

（2）、接口

主要有C、M42x1 、F、T2、Leica、M72x0.75等幾種，確定了之后，就可知道對(duì)應(yīng)接口的長(zhǎng)度。

（3）、后背焦

后背焦指相機(jī)接口平面到芯片的距離，是一個(gè)非常重要的參數(shù)，由相機(jī)廠家根據(jù)自己的光路設(shè)計(jì)確定。不同廠家的相機(jī)，哪怕是接口一樣，也可能有不同的后背焦。

面陣相機(jī)和鏡頭選型

已知：被檢測(cè)物體大小為A*B,要求能夠分辨小于C，工作距為D

（1）計(jì)算短邊對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù) E = B/C，相機(jī)長(zhǎng)邊和短邊的像素?cái)?shù)都要大于E；

（2）像元尺寸 = 物體短邊尺寸B / 所選相機(jī)的短邊像素?cái)?shù)；

（3）放大倍率 = 所選相機(jī)芯片短邊尺寸 / 相機(jī)短邊的視野范圍；

（4）可分辨的物體精度 = 像元尺寸 / 放大倍率 （判斷是否小于C）；

（5）物鏡的焦距 = 工作距離 / (1+1 / 放大倍率) 單位：mm；

（6）像面的分辨率要大于 1 / (2*0.1*放大倍率) 單位：lpmm ；

以上只針對(duì)鏡頭的主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算選擇，其他如畸變、景深環(huán)境等，可根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行選擇。

*針對(duì)速度和曝光時(shí)間的影響，物體是否有拖影

已知：確定每次檢測(cè)的范圍為80mm*60mm，200萬(wàn)像素 CCD 相機(jī)(1600*1200),相機(jī)或物體的運(yùn)動(dòng)速度為12m/min = 200mm/s 。

曝光時(shí)間計(jì)算：（1） 曝光時(shí)間 < 長(zhǎng)邊視野范圍 / (長(zhǎng)邊像素值 * 產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)速度)

（2） 曝光時(shí)間 < 80 mm / (1600?250 mm/s)；（3） 曝光時(shí)間 < 0.00025s ；

總結(jié)：故曝光時(shí)間要小于 0.00025s ，圖像才不會(huì)產(chǎn)生拖影。

來(lái)源：機(jī)械視覺沙龍

審核編輯：劉清