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1、线扫描相机的原理及应用,内容简介,Confidential No distribution permitted,1.数字相机成像原理什么是线扫描相机相机参数及常用术语介绍2.为什么要使用线阵相机 线阵相机与面阵相机的区别 线扫描系统的组成 如何选择线扫描及其同步3.怎样使用线阵相机 Teledyne DALSA线阵相机的使用 使用线阵相机需要注意的方面4.应用案例,Confidential No distribution permitted,1.数字相机成像原理,3,a)光线透过镜头投射到感光元件表层；b)光线被感光元件表层上滤镜分解成不同的色光；c)色光被各滤镜相对应的感光单元感知，并产生不
2、同强度的模拟电流信号，再由感光元件的电路将这些信号收集起来；d)模拟信号通过数模转换器转换成为数字信号，再由DSP对这些信号进行处理，还原成为数字影象；e)数字影象再被传输到存储卡上保存起来,Confidential No distribution permitted,数字相机的成像原理,CCD是电荷耦合器件的缩写，是相机里的一个重要部件 用一个形象的比喻来说明，CCD的结构中每个像素就像一个个的小桶，光线就象雨滴撒入各个小桶，每个小桶就是一个像素。按下快门拍照的过程，就是相机在一定的曝光时间中，像素的“小桶”收集“光滴”的过程，曝光结束后，通过光电转换，就形成了我们所熟悉的照片。,面阵相机和
3、线阵相机,5,1.什么是面阵相机数码相机帧率，分辨率2.什么是线阵相机传真机，扫描仪行频，分辨率柱状物体，大幅面，运动,Confidential No distribution permitted,面阵相机,普通面阵相机及日常用的数码相机芯片都是面阵的，长方形的，所以当我们拍照的时候，得到的是一张方形的图片,Confidential No distribution permitted,线阵相机,线阵相机也称线扫描相机，线阵CCD工业相机的传感器仅是由一行或者多行感光芯片构成的，拍照时需要通过机械运动，行成相对运动，才能得到想要的图像。,相机的分辨率,相机能够捕捉到的细节度称为分辨率，用像素来衡
4、量。相机的像素越多，能够拍摄的细节就越多，照片也就可以越大而不变得模糊或产生“颗粒”。面阵相机常见的分辨率包括：640 X 480,1024 X 768,1280 X 960,1600 X 1200 等等线阵相机常见的分辨率包括：1k,2k,4k,8k,12k,16k 等等,8,黑白和彩色相机,9,目前绝大部分的视觉应用都是用的黑白相机2.黑白相机的成像原理3.彩色相机的成像原理,相机的接口,相机的常用接口分为多种：GigE:100MB/s，100mUSB:60MB/S(u)，5mIEEE1394:80MB/s(1394b),4.5mCameraLink:680MB/s,15m各种接口的数据传
5、输量不同，稳定性不同,10,2.为什么要使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,线阵相机与面阵相机的区别,面阵相机,一帧图像,面阵相机的芯片组成,2.为什么要使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,线阵相机与面阵相机的区别,线扫描相机,由许多帧图像组成,2.为什么要使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,线阵相机 VS 面阵相机,线扫描传感器通常有1或2行的像素垂直大小不受传感器尺寸限制下一行时被以前的线转移（并联）水平分辨率高达16
6、384像素数据速率为1179兆赫需要移动产品或相机,面阵相机有多行像素通常为4/3垂直大小受传感器尺寸限制获取新的图像限制于帧速率水平分辨率高达5344像素数据速率为760兆赫产品可以是固定的,2.为什么要使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,成本 以IPAD MINI为例。假设精度为0.01mm。如果使用500W像素的面阵相机（2500X2000）检测其外观尺寸，按照一个像素代表0.01mm来计算，至少需要56台相机。如果使用16K像素的线阵相机，则只需要1台相机。,2.为什么要使用线扫描系统,Confidential No distr
7、ibution permitted,效率 同样是前面的例子。如果使用多台面阵相机检测，首先要考虑相机的安装位置，其次每台相机要配备相同的光源，最重要的是每台相机需要标定，最后每台相机的数据需要汇总后再处理。如果使用线阵相机，只需要1台相机和相应的光源，对一台相机进行标定，对一台相机的数据进行处理。,2.为什么要使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,线扫描系统的组成 线扫描系统除了控制和分析的主机系统及固定用的机械机构外,主要分为视觉及运动控制两大部分。视觉部分主要组件包括:线阵相机(Line-scan camera),镜头(Lens),光
8、源(Lighting),影像采集卡(Frame Grabber)。运动控制的部份包括:马达,马达驱动器,旋转编码器，运动控制卡或PLC,有时会搭配传感器(Sensor)做触发。,如何选择线扫描相机,Confidential No distribution permitted,线阵相机的选择取决于传感器尺寸和线速度确定传感器尺寸.(瑕疵或目标物最少有3 或 4 个像素)例如:FOV=12”,最小检测尺寸=0.005”(FOV/检测尺寸)x(最少像素个数)12/.005 x 3=7200 pixels(8K 相机 或 2个4K相机)为了确定相机的线速率，需要图像像素尺寸和产品速度。例如:FOV=1
9、2”,速度 20”/秒,8k 相机 图像像素尺寸=FOV/传感器尺寸12/8192=0.001465”需要的最低线速度:20/0.001465=13,654 可以使用Piranha2 8k 18khz 相机(或 2 Spyder3 4k 18khz 相机),2.为什么要使用线扫描系统,线扫描相机的同步,Confidential No distribution permitted,2.为什么要使用线扫描系统,用编码器（线触发输入）同步线阵相机和运动产品。单个像素是个正方形.每个像素宽度需要一个编码器脉冲。如果给的脉冲少了，图像中会缺少部分产品信息。如果脉冲给多了，则产品图像过多看着像被“拉伸”。
10、例如:图像像素尺寸=0.001465”速度20”/秒编码器脉冲频率=20/0.001465=13,654 一个轮子是安装旋转编码器可以得到此频率例如:每转一周编码器给出1024个脉冲周长=脉冲数*像素尺寸1024 x 0.001465=1.5”（周长）也可以用一个可编程的编码器。,Confidential No distribution permitted,线阵相机的应用行业,线扫描系统对大幅面、高精度、圆柱状物体检测等方面有很好的应用，主要应用的行业有：印刷制品、大型玻璃、粮食色选、LCD面板检测、PCB检测、钢铁检测、烟草行业、纺织行业等，这些行业产品的共同特点是：幅面较宽，速度快，精度高
11、，流水线上产品连续性高。,3.如何选用合适的线阵相机搭建一套视觉检测系统,Confidential No distribution permitted,如何选取合适的线扫描相机选取合适的图像采集卡选取合适的图像处理器和图像处理软件如何选取合适的镜头,3.怎样使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,使用Sherlock图像处理软件来对图像进行分析和处理,3.怎样使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,使用线阵相机需要注意的方面1.光源和镜头的选择 F口的镜头 线型专用LED光源或者卤素光源
12、2.运动机构移动的均匀性 精密测量时需要加装旋转编码器3.调试时的图像采集 运动速度与相机采集速度的匹配正常 太快 太慢,4.应用案例,Confidential No distribution permitted,在过去，线扫描系统广泛应用于造纸，印刷，钢铁以及玻璃制造行业如今，线扫描系统也用于高精密度的尺寸测量和瑕疵检测项目中,4.应用案例一,Confidential No distribution permitted,通过滚筒机械运动，将圆形物体转换为平面图像进行字符识别，彩色检测和瑕疵检测,1.刻字内容无错2.各种彩色条纹排列是否准确3.各种彩色条纹颜色浓淡程度,4.应用案例二:瑕疵检测
13、,Confidential No distribution permitted,通过Sherlock软件的预处理和算法，检测缺陷,裂纹很难与背景分开,腐蚀白色,平滑,Roughness,阈值分析,尺寸过滤,4.应用案例三：划痕检测,Confidential No distribution permitted,通过Sherlock软件的预处理和算法，检测缺陷,玻璃的表面纹理,使用更好的光源但缺陷还是不清晰,平滑并计算粗糙度,腐蚀并进行阈值分析,4.应用案例四：精密测量,Confidential No distribution permitted,通过机械运动，对平面物体进行精密尺寸测量和瑕疵检测
14、,Confidential No distribution permitted,4.应用案例五：标签检测,Confidential No distribution permitted,瓶子上标签扫描后2D图,Confidential No distribution permitted,安装图,Confidential No distribution permitted,多表面检测瑕疵类型检测瑕疵数量检测高危场合检测,4.应用案例六：阀槽检测,Confidential No distribution permitted,示意图,Confidential No distribution permi
15、tted,2D图,Confidential No distribution permitted,检测界面,Confidential No distribution permitted,表面瑕疵检测 高倍率 重复检测,4.应用案例七：医疗设备部件检测,Confidential No distribution permitted,软件处理过程图1-2,Confidential No distribution permitted,软件处理过程图3-4,Confidential No distribution permitted,定位（铆钉、垫环、支架、打印、手柄等）托盘尺寸长到 27”宽到18,4.
16、应用案例八：医疗盘检测,Confidential No distribution permitted,安装示意图,Confidential No distribution permitted,现场安装图,Confidential No distribution permitted,4.应用案例九：多个线阵相机检测表面,Confidential No distribution permitted,多相机应用于纸币检测DEMO链接,软件处理界面,Confidential No distribution permitted,总结线扫描计算提供更高分辨率某些案例线阵相机打光比面阵容易某些案例对于多个产品检测的软件开发更容易某些时候价格会偏高，某些时候会比多个面阵相机偏低实施不太容易,THANK YOU！,Confidential No distribution permitted,
