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重磅干货，第一时间送达全球工业4.随着0概念的兴起和智能制造的发展，机器视觉技术在工业领域得到了迅速的应用，工业视觉应用逐渐引领了智能制造的势头。众所周知，视觉应用的核心硬件是工业相机，一般工业相机按照像元排列分为线阵相机和面阵相机。两者在功能和应用上有什么区别？下面是一个简单的介绍。
根据传感器的结构特性，工业相机可分为面阵相机和线阵相机。面阵和线阵相机各有优缺点。在不同用途下选择合适的传感器结构工业相机非常重要。1、类型区分面阵相机：实现像素矩阵拍摄。在相机拍摄图像时，图像细节不是由像素的数量决定的，而是由分辨率决定的。分辨率由所选镜头的焦距决定。对于相同的相机，如果选择不同焦距的镜头，分辨率是不同的。像素的数量不决定图像的分辨率（清晰度）。大像素相机有什么好处？答案只有一个：减少拍摄次数，提高测试速度。
线阵相机：顾名思义是呈“线”状的。虽然也是二维图像，但极长。几K的长度，而宽度却只有几个象素的而已。一般上只在两种情况下使用这种相机：
第一，被测视野为细长的带状，主要用于滚筒上的检测。
二、需要极大的视野或极高的精度。
在第二种情况下(需要大视野或高精度)，需要用激发装置多次激发相机，多次拍照，然后将将多个条图像合并成一张巨大的图片。因此，使用线阵相机，必须使用可以支持线阵相机的收集卡。
线阵相机价格昂贵，在视野大或精度高的情况下，检测速度慢——一般相机图像为400K～1M，而且合并后的图像有几个M这么大，速度自然慢。慢功出细活。
由于上述两个原因，线阵相机只用于极其特殊的情况。2.应用对比:面阵相机：测量面积、形状、尺寸、位置甚至温度。线阵相机：主要用于工业、医疗、科研和安全领域的图像处理。典型的应用领域是检测连续材料，如金属、塑料、纸张和纤维。被检测物体通常以匀速移动,?用一台或多台相机连续扫描,?均匀检测其整个表面。它的图像可以一行一行处理,?或处理由多行组成的面阵图像。由于传感器的高分辨率，线阵相机非常适合测量场合，可以准确测量到微米。3.优点对比:面阵相机维图像信息，测量图像直观。线阵相机：一维图像元素可以做很多，而总图像元素比面阵相机少，图像元素尺寸灵活，帧幅高，特别适合一维动态目标的测量。而且线阵分辨率高，价格低，可以满足大部分测量现场的要求。4.缺点对比:面阵相机：像元总数多，每行像元总数少于线阵，帧幅率有限，应用广泛，如面积、形状、尺寸、位置甚至温度测量。由于生产技术的限制，单个面阵的面积难以满足一般工业测量现场的需求。线阵相机：为了使用线阵获取二维图像，必须配备扫描运动，为了确定被测部件上图像每个像素点的相应位置，还必须配备光栅等设备来记录线阵每个扫描线的坐标。一般来说，这两个要求导致使用线阵获取图像的不足：图像获取时间长，测量效率低；由于扫描运动和相应位置反馈环节的存在，增加了系统的复杂性和成本；图像精度可能会受到扫描运动精度的影响，最终影响测量精度。
首先了解离线扫描系统，该系统一般可用于测量对象和相机之间的相对运动，通过线扫描相机高速采集，每次采集线运动到下一个单位长度，继续采集下一行，所以一段时间形成二维图片，类似于面阵相机采集图片，不同之处在于高度可以无限长。接下来，通过软件将这张无限长截成一定高度的图片，实时处理或放入缓存后处理。视觉部分包括线扫描相机、镜头、光源、图像采集卡和视觉软件； 运动控制部分包括电机， 电机驱动器， 运动控制卡或PLC，有时需要编码器来确保收集的图像与输送带同步。 由于线路扫描信息量大，需要配备大容量内存和硬盘的高性能工控机。主板主要提供PCI、PCI-E或PCI-X插槽。 一般来说，面阵视觉系统的配置选择是按照这个顺序进行的。 相机＋采集卡－>镜头－>光源 根据系统的检测精度和速度要求，确定线阵项目也是如此。CCD相机分辨率和行扫描速度，同时确定相应的采集卡，只需选择线阵相机镜头接口(mount)时同时考虑镜头的选型，最后确定光源的选型。
计算分辨率：每行所需的像素除以最小检测精度得到宽度选择相机：振幅宽除以像素数得到实际检测精度每秒运动速度长度除以精度，每秒扫描行数根据上述值选择相机如宽度1600毫米，精度1毫米，运动速度2.2万mm/s相机：1600/1=1600像素至少2000像素像素k相机1600/2048＝0.8实际精度22000mm/0.8mm＝27.5KHz2048像素28应选择相机kHz相机
为什么在选择相机时要考虑镜头的选择？目前常见的线阵相机分辨率有1K,2K,4K,6K,7K,8K,12K象素大小有5种um,7um,10um,14um几种，这样芯片的 10.240mm (1Kx10um) 到 86.016mm (12Kx7um)不等。显然，C接口远远不能满足要求，因为C接口最大只能连接 22 mm 芯片，也就是1.3inch。许多相机的接口是F，M42X1，M72X0.75等，不同的镜头接口对应不同的背焦(Flange distance)，也决定了镜头的工作距离不同。 1.光学放大率(β,Magnification) 芯片尺寸可以通过确定相机的分辨率和像素大小来计算（Sensor size）；芯片尺寸除以视野范围(FOV)等于光学放大率。β=CCD/FOV 2、接口(Mount)： 主要有C、M42x1 、F、T2、Leica、M72x0.确定后，可以知道相应接口的长度。 3、后背焦(Flange Distance) 背焦是指相机接口平面与芯片之间的距离，是相机制造商根据自己的光路设计确定的一个非常重要的参数。不同制造商的相机，即使接口相同，也可能有不同的背焦。工作距离和节圈长度可以通过光学放大率、接口和背焦来计算。选择这些之后，还有一个重要的环节，那就是看MTF值够好吗？许多视觉工程师不理解MTF,必须使用高端镜头MTF衡量光学质量。MTF它涵盖了相当丰富的信息，如对比度、分辨率、空间频率和色差，并详细表达了镜头中心和边缘的光学质量。不仅要满足工作距离和视野的要求，边缘的对比度也不够好，还要重新考虑是否选择分辨率更高的镜头。
在线扫描项目中，常用的光源是LED光源、卤素灯(光纤光源)、高频荧光灯。 卤素灯又称光纤光源，亮度特别高，但缺点也很明显，寿命短，只有1000-2000小时左右，需要经常更换灯泡。发光源是卤素灯泡，通过特殊的光学透镜和分光系统，最后通过光纤输出，光源功率大，可达250瓦。卤素灯也叫冷光源，因为光纤传输后，光的一端不热，色温稳定，适合对环境温度敏感的场合，如二次元测量仪的照明。卤素灯用于线路扫描，经常在出口添加玻璃聚光镜头，进一步聚焦提高光源亮度。对于较长的线光源，同时使用几组卤素光源照明光纤。 高频荧光灯，发光原理与日光灯相似，但灯管是工业级产品，特点是适合大面积照明，亮度高， 成本低，但荧光灯最大的缺点是闪烁、衰减速度快。荧光灯一定需要高频电源，也就是光源闪烁的频率远高于相机采集图象的频率（对线扫描相机来说就是行扫描频率），消除图像的闪烁。专用的高频电源可做到60KHz。 LED光源是目前主流的机器视觉光源。特点是寿命长，稳定性好，功耗非常小。 1，直流供电，无频闪。2，专业的LED光源寿命非常长。（如美国AI的寿命50000小时亮度不小于50%） 3，亮度也非常高，接近卤素灯的亮度，并且随着LED工艺的改善不断提高。（目前美国AI线光源亮度高达90000LUX） 3，可以灵活地设计成不同结构的线光源，如直射、带聚光透镜、背光、同轴以及类似于碗状的漫反射线光源。 4，有多种颜色可选，包括红、绿、蓝、白，还有红外、紫外。针对不同被测物体的表面特征和材质，选用不同颜色也就是不同波长的光源，获得更佳的图像。
以玻璃检测为例，需要检测的缺陷有：脏点、结石、杂质、气泡、刮伤，裂纹，破损等，其大致可以分成两类，一类在玻璃表面的，一类是玻璃内部的。不同的缺陷，在图象中表现的出的灰度不一样，有黑的，有白的，也有灰的，并且在不同的光源照射角度或者相机接受角度，缺陷的对比度会变化，如在一个角度时，某一种缺陷的对比度最好，但其他缺陷可能比较次，甚至根本看不到。这样也就需要大量的分析、组合，才能确定最后的光源选型和相机、光源和被测物体之间的相对角度。如下图所示，相机、光源在不同角度安装，分别测试。 结果发现： 脏点，正面光源或背光都较容易凸现； 结石和杂质，需要正面接近法线的照明或背面穿透照明； 气泡，形状不固定，且要分析形成的原因以及方向，采用背面照明； 刮伤和破损，正面低角度照明容易凸现。 裂纹，需要背面侧照 而且，以上缺陷并不是独立的，而是互相影响。统计、分析如下。 综合以上因素，最后选用背光斜射和正面照射结合，相机接近法线方向安装。
线扫描系统，对光源和相机来说，有效的工作区域都是一个窄条。也就是保证光源照在这个最亮的窄条与相机芯片要完全平行，否则只能拍到相交叉的一个亮点。所以机械安装、调试是比较费工夫的。同时由于幅宽比较宽，对于线光源有两个特别的要求，就是均匀性和直线性。因为线光源不同位置的亮暗差异，会直接影响图象的亮度高低，这一点LED比卤素灯更好控制。出光部分的直线性，取决于LED发光角度的一致性、聚光透镜的直线性以及线光源外壳的直线性。 由于现场环境比较复杂，客户总是希望花多一些时间去现场调试。但如我们前面讲到的相机、光源、被测物体的相对角度测试、分析，许多因素会直接影响到检测效果。所以我们建议先做实验室测试，有了方案之后，再去现场调试，这样会最有把握，也能提高调试效率。毕竟服务也是一种成本。线扫描系统除了机械结构之外, 其主要组成部分还包括机器视觉和运动控制。
已知：被检测物体大小为A*B,要求能够分辨小于C，工作距为D 解答：1. 计算短边对应的像素数 E = B/C，相机长边和短边的像素数都要大于E；2. 像元尺寸 = 物体短边尺寸B / 所选相机的短边像素数；3. 放大倍率 = 所选相机芯片短边尺寸 / 相机短边的视野范围；4. 可分辨的物体精度 = 像元尺寸 / 放大倍率 （判断是否小于C）；5. 物镜的焦距 = 工作距离 / (1+1 / 放大倍率) 单位：mm；6. 像面的分辨率要大于 1 / (2*0.1*放大倍率) 单位：lpmm ； 以上只针对镜头的主要参数进行计算选择，其他如畸变、景深环境等，可根据实际要求进行选择。*针对速度和曝光时间的影响，物体是否有拖影 已知：确定每次检测的范围为80mm*60mm，200万像素 CCD 相机(1600*1200),相机或物体的运动速度为12m/min = 200mm/s 。 曝光时间计算： 1. 曝光时间 < 长边视野范围 / (长边像素值 * 产品运动速度)2. 曝光时间 < 80 mm / (1600∗250 mm/s)；3. 曝光时间 < 0.00025s ；总结：故曝光时间要小于 0.00025s ，图像才不会产生拖影
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