1、線掃描相機(jī)的原理及應(yīng)用,內(nèi)容簡介,1.數(shù)字相機(jī)成像原理 什么是線掃描相機(jī) 相機(jī)參數(shù)及常用術(shù)語介紹 2.為什么要使用線陣相機(jī) 線陣相機(jī)與面陣相機(jī)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(jī) Teledyne DALSA線陣相機(jī)的使用 使用線陣相機(jī)需要注意的方面 4.應(yīng)用案例,1.數(shù)字相機(jī)成像原理,a) 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(yīng)的感光單元感知，并產(chǎn)生不同強(qiáng)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(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，再由 DSP對這些信號進(jìn)行處理，

2、還原成為數(shù)字影象； e) 數(shù)字影象再被傳輸?shù)酱鎯ㄉ媳４嫫饋?數(shù)字相機(jī)的成像原理,CCD是電荷耦合器件的縮寫，是相機(jī)里的一個重要部件 用一個形象的比喻來說明，CCD的結(jié)構(gòu)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(jī)在一定的曝光時間中，像素的“小桶” 收集“光滴”的過程，曝光結(jié)束后，通過光電轉(zhuǎn)換，就形成了我們所熟悉的照片。,面陣相機(jī)和線陣相機(jī),1. 什么是面陣相機(jī) 數(shù)碼相機(jī) 幀率， 分辨率 2. 什么是線陣相機(jī) 傳真機(jī)， 掃描儀 行頻， 分辨率 柱狀物體，大幅面，運動,面陣相機(jī),普通面陣相機(jī)及日常用的數(shù)碼相機(jī)芯片都是面陣的，長方形的，所

3、以當(dāng)我們拍照的時候，得到的是一張方形的圖片,線陣相機(jī),線陣相機(jī)也稱線掃描相機(jī)，線陣CCD 工業(yè)相機(jī)的傳感器僅是由一行或者多行感光芯片構(gòu)成的，拍照時需要通過機(jī)械運動，行成相對運動，才能得到想要的圖像。,相機(jī)的分辨率,相機(jī)能夠捕捉到的細(xì)節(jié)度稱為分辨率，用像素來衡量。相機(jī)的像素越多，能夠拍攝的細(xì)節(jié)就越多，照片也就可以越大而不變得模糊或產(chǎn)生“顆粒”。 面陣相機(jī)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(jī)常見的分辨率包括： 1k, 2k, 4k, 8k,12k, 16k 等等,黑白和彩色相機(jī),目前絕大部分的視覺應(yīng)用都是用的

4、黑白相機(jī) 2. 黑白相機(jī)的成像原理 3. 彩色相機(jī)的成像原理,相機(jī)的接口,相機(jī)的常用接口分為多種： GigE: 100MB/s ，100m USB: 60MB/S(u)， 5m IEEE1394: 80MB/s (1394b), 4.5m CameraLink: 680MB/s, 15m 各種接口的數(shù)據(jù)傳輸量不同，穩(wěn)定性不同,2.為什么要使用線掃描系統(tǒng),線陣相機(jī)與面陣相機(jī)的區(qū)別,面陣相機(jī),一幀圖像,面陣相機(jī)的芯片組成,2.為什么要使用線掃描系統(tǒng),線陣相機(jī)與面陣相機(jī)的區(qū)別,線掃描相機(jī),由許多幀圖像組成,2.為什么要使用線掃描系統(tǒng),線陣相機(jī) VS 面陣相機(jī),線掃描傳感器通常有1或2行的像素 垂直大

5、小不受傳感器尺寸限制 下一行時被以前的線轉(zhuǎn)移（并聯(lián)） 水平分辨率高達(dá)16384像素 數(shù)據(jù)速率為1179兆赫 需要移動產(chǎn)品或相機(jī),面陣相機(jī)有多行像素通常為4 / 3 垂直大小受傳感器尺寸限制 獲取新的圖像限制于幀速率 水平分辨率高達(dá)5344像素 數(shù)據(jù)速率為760兆赫 產(chǎn)品可以是固定的,2.為什么要使用線掃描系統(tǒng),成本 以IPAD MINI為例。假設(shè)精度為0.01mm。 如果使用500W像素的面陣相機(jī)（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(jī)。 如果使用16K像素的線陣相機(jī)，則只需要1臺相機(jī)。,2.為什么要使用線掃描系統(tǒng),效率 同樣是前面的例子。

6、如果使用多臺面陣相機(jī)檢測，首先要考慮相機(jī)的安裝位置，其次每臺相機(jī)要配備相同的光源，最重要的是每臺相機(jī)需要標(biāo)定，最后每臺相機(jī)的數(shù)據(jù)需要匯總后再處理。 如果使用線陣相機(jī)，只需要1臺相機(jī)和相應(yīng)的光源，對一臺相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，對一臺相機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。,2.為什么要使用線掃描系統(tǒng),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(jī)系統(tǒng)及固定用的機(jī)械機(jī)構(gòu)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(jī)(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(dá), 馬達(dá)驅(qū)動器,旋轉(zhuǎn)編碼器， 運動

7、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(jī),線陣相機(jī)的選擇取決于傳感器尺寸和線速度 確定傳感器尺寸. (瑕疵或目標(biāo)物最少有3 或 4 個像素) 例如: FOV = 12”, 最小檢測尺寸= 0.005” (FOV/檢測尺寸) x (最少像素個數(shù)) 12/.005 x 3 = 7200 pixels (8K 相機(jī) 或 2個4K相機(jī)) 為了確定相機(jī)的線速率，需要圖像像素尺寸和產(chǎn)品速度。 例如: FOV = 12”, 速度 20”/秒, 8k 相機(jī) 圖像像素尺寸= FOV/ 傳感器尺寸 12/8192 = 0.001465” 需要的最低線速度: 20/0.0014

8、65 = 13,654 可以使用Piranha2 8k 18khz 相機(jī) (或 2 Spyder3 4k 18khz 相機(jī)),2.為什么要使用線掃描系統(tǒng),線掃描相機(jī)的同步,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(jī)和運動產(chǎn)品。 單個像素是個正方形.每個像素寬度需要一個編碼器脈沖。如果給的脈沖少了，圖像中會缺少部分產(chǎn)品信息。如果脈沖給多了，則產(chǎn)品圖像過多看著像被“拉伸”。 例如: 圖像像素尺寸= 0.001465” 速度20”/秒 編碼器脈沖頻率= 20/0.001465 = 13,654 一個輪子是安裝旋轉(zhuǎn)編碼器可以得到此頻率 例如:每轉(zhuǎn)一周編碼器給出1024個脈沖 周長=

9、 脈沖數(shù) * 像素尺寸 1024 x 0.001465 = 1.5” （周長） 也可以用一個可編程的編碼器。,線陣相機(jī)的應(yīng)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(yīng)用，主要應(yīng)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(chǎn)品的共同特點是：幅面較寬，速度快，精度高，流水線上產(chǎn)品連續(xù)性高。,3.如何選用合適的線陣相機(jī)搭建一套視覺檢測系統(tǒng),如何選取合適的線掃描相機(jī) 選取合適的圖像采集卡 選取合適的圖像處理器和圖像處理軟件 如何選取合適的鏡頭,3.怎樣使用線掃描系統(tǒng),使用Sherlock圖像處理軟件來對圖像進(jìn)行分析

10、和處理,3.怎樣使用線掃描系統(tǒng),使用線陣相機(jī)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(jī)構(gòu)移動的均勻性 精密測量時需要加裝旋轉(zhuǎn)編碼器 3.調(diào)試時的圖像采集 運動速度與相機(jī)采集速度的匹配 正常 太快 太慢,4.應(yīng)用案例,在過去，線掃描系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于造紙，印刷，鋼鐵以及玻璃制造行業(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(yīng)用案例一,通過滾筒機(jī)械運動，將圓形物體轉(zhuǎn)換為平面圖像進(jìn)行字符識別，彩色檢測和瑕疵檢測,1.刻字內(nèi)容無錯 2.各種彩色條紋排列是否準(zhǔn)確 3.各種彩色條紋顏色濃淡程度,4.應(yīng)用案例二: 瑕疵檢測,通過Sherlo

11、ck軟件的預(yù)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(yīng)用案例三： 劃痕檢測,通過Sherlock軟件的預(yù)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(jìn)行閾值分析,4.應(yīng)用案例四：精密測量,通過機(jī)械運動，對平面物體進(jìn)行精密尺寸測量和瑕疵檢測,4.應(yīng)用案例五：標(biāo)簽檢測,瓶子上標(biāo)簽掃描后2D圖,安裝圖,多表面檢測 瑕疵類型檢測 瑕疵數(shù)量檢測 高危場合檢測,4.應(yīng)用案例六：閥槽檢測,示意圖,2D圖,檢測界面, 表面瑕疵檢測 高倍率 重復(fù)檢測,4.應(yīng)用案例七：醫(yī)療設(shè)備部件檢測,軟件處理過程圖1-2,軟件處理過程圖3-4,定位（鉚釘、墊環(huán)、支架、打印、手柄等） 托盤尺寸長到