線陣相機

　　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。 在機器視覺領(lǐng)域中，線陣相機是一類特殊的視覺機器。與面陣相機相比，它的傳感器只有一行感光元素，因此使高掃描頻率和高分辨率成為可能。線陣相機的典型應(yīng)用領(lǐng)域是檢測連續(xù)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 , 利用一臺或多臺相機對其逐行連續(xù)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。另外線陣相機非常適合測量場合，這要歸功于傳感器的高分辨率 , 它可以準(zhǔn)確測量到微米。

　　1，線陣相機，機顧名思義是呈“線”狀的。雖然也是二維圖象，但很長，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(xì)長的帶狀，多用于滾筒上檢測的問題。二、需要很大的視野或很高的精度。

　　2，在第二種情況下(需要很大的視野或很高的精度)，就需要用激發(fā)裝置多次激發(fā)相機，進行多次拍照，再將所拍下的多幅“條”形圖象，合并成一張巨大的圖。因此，用線陣型相機，需要用可以支持線陣型相機的采集卡。 線陣型相機價格貴，而且在大的視野或高的精度檢測情況下，其檢測速度也慢--一般相機的圖象是 400K～1M，而合并后的圖象有幾個M這么大，速度自然就慢了。慢功出細(xì)活嘛。由于以上這兩個原因，線陣相機只用在特殊的情況下。

　　面陣相機

　　相機像素是指這個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。百萬像素相機的像素矩陣為W*H=1000*1000。

　　相機分辨率，指一個像素表示實際物體的大小，用um*um表示。數(shù)值越小，分辨率越高。FOV是指相機實際拍攝的面積,以毫米×毫米表示。FOV是由像素多少和分辨率決定的。相同的相機，分辨率越大，它的FOV就越小。例如1K*1K的相機，分辨率為20um,則他的FOV=1K*20×1k*20=20mm×20mm，如果用30um的分辨率，他的FOV=1K*30×1k*30=30mm×30mm。

　　在圖像中，表現(xiàn)圖像細(xì)節(jié)不是由像素多少決定的，是由分辨率決定的。分辨率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，分辨率就不同。若采用20um分辨率，對于1mm*0.5mm的零件，它總共占用像素1/0.02×0.5/0.02=50×25個像素，如果采用30um的分辨率，表示同一個元件，則有1/0.03×0.5/0.03=33×17個像素，顯然20um的分辨率表現(xiàn)圖像細(xì)節(jié)方面好過30um的分辨率。

　　既然像素的多少不決定圖像的分辨率(清晰度)，那么大像素相機有何好處呢？答案只有一個：減少拍攝次數(shù)，提高測試速度。若1個是1百萬像素，另1個是3百萬像素，清晰度相同(分辨率均為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(shè)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。

　　對于面陣CCD來說，應(yīng)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(yōu)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(shù)多，而每行的像元數(shù)一般較線陣少，幀幅率受到限制，而線陣CCD的優(yōu)點是一維像元數(shù)可以做得很多，而總像元數(shù)角較面陣CCD相機少，而且像元尺寸比較靈活，幀幅數(shù)高，特別適用于一維動態(tài)目標(biāo)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于理想的條件下，而從實際工程應(yīng)用的角度來講，線陣CCD圖像處理算法還是相當(dāng)復(fù)雜的。

　　由于生產(chǎn)技術(shù)的制約，單個面陣CCD的面積很難達到一般工業(yè)測量對視場的需求。線陣CCD的優(yōu)點是分辨力高，價格低廉，如TCD1501C型線陣CCD，光敏像元數(shù)目為5000，像元尺寸為7μm×7μm×7 μm(相鄰像元中心距)，該線陣CCD一維成像長度35mm，可滿足大多數(shù)測量視場的要求，但要用線陣CCD獲取二維圖像，需要配以掃描運動，而且為了能確定圖像每一像素點在被測件上的對應(yīng)位置，還需要配以光柵等器件以記錄線陣CCD每一掃描行的坐標(biāo)。一般看來，這兩方面的要求導(dǎo)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；由于掃描運動及相應(yīng)的位置反饋環(huán)節(jié)的存在，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和成本；圖像精度可能受掃描運動精度的影響而降低，終影響測量精度。

　　即使如此，線陣CCD獲取圖像的方案在以下幾方面仍有其優(yōu)勢：線陣CCD加上掃描機構(gòu)及位置反饋環(huán)節(jié)，其成本仍然大大低于同等面積、同等分辨率的面陣CCD；掃描行的坐標(biāo)由光柵提供，高精度的光柵尺的示值精度可高于面陣CCD像元間距的制造精度，從這個意義上講，線陣CCD獲取的圖像在掃描方向上的精度可高于面陣CCD圖像；新近出現(xiàn)的線陣CCD亞像元的拼接技術(shù)可將兩個CCD芯片的像元在線陣的排列長度方向上用光學(xué)的方法使之相互錯 位1/2個像元，相當(dāng)于將第二片CCD的所有像元依次插入一片CCD的像元間隙中，間接“減小”線陣CCD像元尺寸，提高了CCD的分辨率，緩解了由于受工藝和材料影響而很難減小CCD像元尺寸的難題，在理論上可獲得比面陣CCD更高的分辨率和精度。

　　因此，線陣CCD加掃描運動獲取圖像的方案目前仍使用廣泛，尤其是在要求視場大，圖像分辨率高的情況下甚至不能用面陣CCD替代。但是，僅有高的分辨率還不能保證有高的圖像識別精度，特別是線陣CCD獲取的圖像雖然分辨率高，但由于受掃描運動精度的影響，其圖像較面陣CCD圖像更具特殊性。因此，圖像識別時不僅要充分利用分辨率高的優(yōu)勢，還必須從算法上克服掃描運動的影響，使機械傳動的誤差不致直接影響終的圖像識別精度。