線掃描相機的原理及其優(yōu)勢

1、線掃描相機的原理及應用線掃描相機的原理及應用 內容簡介Confidential No distribution permitted1.數字相機成像原理什么是線掃描相機相機參數及常用術語介紹2.為什么要使用線陣相機 線陣相機與面陣相機的區(qū)別 線掃描系統(tǒng)的組成 如何選擇線掃描及其同步3.怎樣使用線陣相機 Teledyne DALSA線陣相機的使用 使用線陣相機需要注意的方面4.應用案例Confidential No distribution permitted1.數字相機成像原理3a) 光線透過鏡頭投射到感光元件表層；b) 光線被感光元件表層上濾鏡分解成不同的色光；c) 色光被各濾鏡相對應的感光單

2、元感知，并產生不同強度的模擬電流信號，再由感光元件的電路將這些信號收集起來；d) 模擬信號通過數模轉換器轉換成為數字信號，再由 DSP對這些信號進行處理，還原成為數字影象；e) 數字影象再被傳輸到存儲卡上保存起來Confidential No distribution permitted數字相機的成像原理CCD是電荷耦合器件的縮寫，是相機里的一個重要部件 用一個形象的比喻來說明，CCD的結構中每個像素就像一個個的小桶，光線就象雨滴撒入各個小桶，每個小桶就是一個像素。按下快門拍照的過程，就是相機在一定的曝光時間中，像素的“小桶” 收集“光滴”的過程，曝光結束后，通過光電轉換，就形成了我們所熟悉的

3、照片。面陣相機和線陣相機51. 什么是面陣相機數碼相機幀率， 分辨率2. 什么是線陣相機傳真機， 掃描儀行頻， 分辨率柱狀物體，大幅面，運動Confidential No distribution permitted面陣相機普通面陣相機及日常用的數碼相機芯片都是面陣的，長方形的，所以當我們拍照的時候，得到的是一張方形的圖片Confidential No distribution permitted線陣相機線陣相機也稱線掃描相機，線陣CCD工業(yè)相機工業(yè)相機的傳感器僅是由一行或者多行感光芯片構成的，拍照時需要通過機械運動，行成相對運動，才能得到想要的圖像。相機的分辨率 相機能夠捕捉到的細節(jié)度稱為分

4、辨率，用像素來衡量。相機的像素越多，能夠拍攝的細節(jié)就越多，照片也就可以越大而不變得模糊或產生“顆?！?。 面陣相機常見的分辨率包括：640 X 480, 1024 X 768, 1280 X 960,1600 X 1200 等等 線陣相機常見的分辨率包括：1k, 2k, 4k, 8k,12k, 16k 等等 8黑白和彩色相機91. 目前絕大部分的視覺應用都是用的黑白相機2. 黑白相機的成像原理3. 彩色相機的成像原理相機的接口相機的常用接口分為多種：1. GigE: 100MB/s ，100m2. USB: 60MB/S(u)， 5m3. IEEE1394: 80MB/s (1394b), 4.

5、5m4. CameraLink: 680MB/s, 15m各種接口的數據傳輸量不同，穩(wěn)定性不同102.為什么要使用線掃描系統(tǒng)Confidential No distribution permitted 線陣相機與面陣相機的區(qū)別面陣相機一幀圖像面陣相機的芯片組成2.為什么要使用線掃描系統(tǒng)Confidential No distribution permitted 線陣相機與面陣相機的區(qū)別線掃描相機由許多幀圖像組成2.為什么要使用線掃描系統(tǒng)Confidential No distribution permitted 線陣相機 VS 面陣相機線掃線掃描描傳傳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傳傳感器尺寸限制感器尺寸限制下一行下一行時時被以前的被以前的線轉線轉移（并移（并聯聯） ）水平分辨率高達水平分辨率高達16384像素像素數據速率數據速率為為1179兆赫兆赫需要移需要移動產動產品或相機品或相機面面陣陣相機有多行像素通常相機有多行像素通常為為4 / 3垂直大小受垂直大小受傳傳感器尺寸限制感器尺寸限制獲獲取新的取新的圖圖像像限制于限制于幀幀速率速率水平分辨率高達水平分辨率高達5344像素像素數據速率數據速率為為760兆赫兆赫產產品可以是固定的品可以是固定的2.為什么要使用線掃描系統(tǒng)Confidential No distribution permitted

7、 成本 以IPAD MINI為例。假設精度為0.01mm。 如果使用500W像素的面陣相機（2500X2000）檢測其外觀尺寸，按照一個像素代表0.01mm來計算，至少需要56臺相機。 如果使用16K像素的線陣相機，則只需要1臺相機。2.為什么要使用線掃描系統(tǒng)Confidential No distribution permitted 效率 同樣是前面的例子。 如果使用多臺面陣相機檢測，首先要考慮相機的安裝位置，其次每臺相機要配備相同的光源，最重要的是每臺相機需要標定，最后每臺相機的數據需要匯總后再處理。 如果使用線陣相機，只需要1臺相機和相應的光源，對一臺相機進行標定，對一臺相機的數據進行處

8、理。2.為什么要使用線掃描系統(tǒng)Confidential No distribution permitted 線掃描系統(tǒng)的組成 線掃描系統(tǒng)除了控制和分析的主機系統(tǒng)及固定用的機械機構外, 主要分為視覺及運動控制兩大部分。 視覺部分主要組件包括:線陣相機(Line-scan camera), 鏡頭(Lens), 光源(Lighting), 影像采集卡(Frame Grabber)。 運動控制的部份包括:馬達, 馬達驅動器,旋轉編碼器， 運動控制卡或PLC, 有時會搭配傳感器(Sensor)做觸發(fā)。如何選擇線掃描相機Confidential No distribution permitted 線陣相機

9、的選擇取決于傳感器尺寸和線速度線陣相機的選擇取決于傳感器尺寸和線速度 確定傳感器尺寸確定傳感器尺寸. . ( (瑕疵或目標物最少有瑕疵或目標物最少有3 3 或或 4 4 個像素個像素) ) 例如例如: FOV = 12”, : FOV = 12”, 最小檢測尺寸最小檢測尺寸= 0.005” = 0.005” (FOV/(FOV/檢測尺寸檢測尺寸) x () x (最少像素個數最少像素個數) ) 12/.005 x 3 = 7200 pixels (8K 12/.005 x 3 = 7200 pixels (8K 相機相機 或或 2 2個個4K4K相機相機) ) 為了確定相機的線速率，需要圖像像

10、素尺寸和產品速度。為了確定相機的線速率，需要圖像像素尺寸和產品速度。 例如例如: FOV = 12”, : FOV = 12”, 速度速度 20”/ 20”/秒秒, 8k , 8k 相機相機 圖像像素尺寸圖像像素尺寸= FOV/ = FOV/ 傳感器尺寸傳感器尺寸12/8192 = 0.001465” 12/8192 = 0.001465” 需要的最低線速度需要的最低線速度: 20/0.001465 = 13,654 : 20/0.001465 = 13,654 可以使用可以使用Piranha2 8k 18khz Piranha2 8k 18khz 相機相機 ( (或或 2 Spyder3 4

11、k 18khz 2 Spyder3 4k 18khz 相機相機) ) 2.為什么要使用線掃描系統(tǒng)線掃描相機的同步Confidential No distribution permitted 2.為什么要使用線掃描系統(tǒng) 用編碼器（線觸發(fā)輸入）同步線陣相機和運動產品。用編碼器（線觸發(fā)輸入）同步線陣相機和運動產品。 單個像素是個正方形單個像素是個正方形. .每個像素寬度需要一個編碼器脈沖。如果給的脈每個像素寬度需要一個編碼器脈沖。如果給的脈沖少了，圖像中會缺少部分產品信息。如果脈沖給多了，則產品圖像過沖少了，圖像中會缺少部分產品信息。如果脈沖給多了，則產品圖像過多看著像被多看著像被“拉伸拉伸”。 例

12、如例如: : 圖像像素尺寸圖像像素尺寸= 0.001465” = 0.001465” 速度速度20”/20”/秒秒編碼器脈沖頻率編碼器脈沖頻率= 20/0.001465 = 13,654 = 20/0.001465 = 13,654 一個輪子是安裝旋轉編碼器可以得到此頻率一個輪子是安裝旋轉編碼器可以得到此頻率 例如例如: :每轉一周編碼器給出每轉一周編碼器給出10241024個脈沖個脈沖周長周長= = 脈沖數脈沖數 * * 像素尺寸像素尺寸1024 x 0.001465 = 1.5” 1024 x 0.001465 = 1.5” （周長）（周長） 也可以用一個可編程的編碼器。也可以用一個可編程

13、的編碼器。Confidential No distribution permitted線陣相機的應用行業(yè)線掃描系統(tǒng)對大幅面、高精度、圓柱狀物體檢測等方面有很好的應用，主要應用的行業(yè)有：印刷制品、大型玻璃、糧食色選、LCD面板檢測、PCB檢測、鋼鐵檢測、煙草行業(yè)、紡織行業(yè)等，這些行業(yè)產品的共同特點是：幅面較寬，速度快，精度高，流水線上產品連續(xù)性高。3.如何選用合適的線陣相機搭建一套視覺檢測系統(tǒng)Confidential No distribution permitted1. 如何選取合適的線掃描相機2. 選取合適的圖像采集卡3. 選取合適的圖像處理器和圖像處理軟件4. 如何選取合適的鏡頭3.怎樣使

14、用線掃描系統(tǒng)Confidential No distribution permitted 使用Sherlock圖像處理軟件來對圖像進行分析和處理3.怎樣使用線掃描系統(tǒng)Confidential No distribution permitted 使用線陣相機需要注意的方面1.光源和鏡頭的選擇 F口的鏡頭 線型專用LED光源或者鹵素光源2.運動機構移動的均勻性 精密測量時需要加裝旋轉編碼器3.調試時的圖像采集 運動速度與相機采集速度的匹配正常 太快 太慢4.應用案例Confidential No distribution permitted 在過去，線掃描系統(tǒng)廣泛應用于造紙，印刷，鋼鐵以及玻璃制造

15、行業(yè) 如今，線掃描系統(tǒng)也用于高精密度的尺寸測量和瑕疵檢測項目中4.應用案例一Confidential No distribution permitted 通過滾筒機械運動，將圓形物體轉換為平面圖像進行字符識別，彩色檢測和瑕疵檢測1.刻字內容無錯2.各種彩色條紋排列是否準確3.各種彩色條紋顏色濃淡程度4.應用案例二: 瑕疵檢測Confidential No distribution permitted 通過Sherlock軟件的預處理和算法，檢測缺陷裂紋很難與背景分開腐蝕白色平滑Roughness閾值分析尺寸過濾4.應用案例三： 劃痕檢測Confidential No distribution

16、permitted 通過Sherlock軟件的預處理和算法，檢測缺陷玻璃的表面紋理使用更好的光源但缺陷還是不清晰平滑并計算粗糙度腐蝕并進行閾值分析4.應用案例四：精密測量Confidential No distribution permitted 通過機械運動，對平面物體進行精密尺寸測量和瑕疵檢測Confidential No distribution permitted4.應用案例五：標簽檢測Confidential No distribution permitted 瓶子上標簽掃描后瓶子上標簽掃描后2D2D圖圖Confidential No distribution permitted 安

17、裝圖安裝圖Confidential No distribution permitted多表面檢測瑕疵類型檢測瑕疵數量檢測高危場合檢測4.應用案例六：閥槽檢測Confidential No distribution permitted 示意圖示意圖Confidential No distribution permitted2D2D圖圖Confidential No distribution permitted 檢測界面檢測界面Confidential No distribution permitted 表面瑕疵檢測 高倍率 重復檢測4.應用案例七：醫(yī)療設備部件檢測Confidential No distribution permitted 軟件處理過程圖軟件處理過程圖1-21-2Confidential No distribution permitted 軟件處理過程圖軟件處理過程圖3-43-4Confidential No distribution permitted定位（鉚釘、墊環(huán)、支架、打印、手柄等）托盤尺寸長到 27” 寬到18 4.應用案例八：醫(yī)療盤檢測Confidential No distribution permitted 安裝示意圖安裝示意圖Confidential No distribution permitted 現場安裝圖現場安裝圖Confide