一、線陣相機(jī)

　　線陣CCD工業(yè)相機(jī)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(jī)器視覺領(lǐng)域中，線陣工業(yè)相機(jī)是一類特殊的視覺機(jī)器。與面陣工業(yè)相機(jī)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。線陣工業(yè)相機(jī)的典型應(yīng)用領(lǐng)域是檢測(cè)連續(xù)的材料，例如金屬、塑料、紙和纖維等。被檢測(cè)的物體通常勻速運(yùn)動(dòng),利用一臺(tái)或多臺(tái)工業(yè)相機(jī)對(duì)其逐行連續(xù)掃描,以達(dá)到對(duì)其整個(gè)表面均勻檢測(cè)?？梢詫?duì)其圖象一行一行進(jìn)行處理,或者對(duì)由多行組成的面陣圖象進(jìn)行處理。另外線陣工業(yè)相機(jī)非常適合測(cè)量場(chǎng)合，這要?dú)w功于傳感器的高分辨率,它可以準(zhǔn)確測(cè)量到微米。

　　1、線陣工業(yè)相機(jī)，機(jī)顧名思義是呈“線”狀的。雖然也是二維圖象，但極長(zhǎng)，幾K的長(zhǎng)度，而寬度卻只有幾個(gè)象素的而已。一般上只在兩種情況下使用這種相機(jī)：一、被測(cè)視野為細(xì)長(zhǎng)的帶狀，多用于滾筒上檢測(cè)的問題。二、需要極大的視野或極高的精度。

　　2、需要極大的視野或極高的精度的情況下，需要用激發(fā)裝置多次激發(fā)相機(jī)，進(jìn)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，用線陣型工業(yè)相機(jī)，必須用可以支持線陣型工業(yè)相機(jī)的采集卡。線陣型工業(yè)相機(jī)價(jià)格貴，而且在大的視野或高的精度檢測(cè)情況下，其檢測(cè)速度也慢－－一般工業(yè)相機(jī)的圖象是400K～1M，而合并后的圖象有幾個(gè)M這么大，速度自然就慢了。

　　二、面陣相機(jī)

　　相機(jī)像素是指這個(gè)相機(jī)總共有多少個(gè)感光晶片，通常用萬(wàn)個(gè)為單位表示，以矩陣排列，例如3百萬(wàn)像素、2百萬(wàn)像素、百萬(wàn)像素、40萬(wàn)像素。百萬(wàn)像素工業(yè)相機(jī)的像素矩陣為W*H=1000*1000。

　　工業(yè)相機(jī)分辨率，指一個(gè)像素表示實(shí)際物體的大小，um*um表示。數(shù)值越小，分辨率越高

　　FOV是指相機(jī)實(shí)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(jī)，分辨率越大，它的FOV就越小。例如1K*1K的相機(jī)，分辨率為20um,則他的FOV=1K*20×1k*20=20mm×20mm，如果用30um的分辨率，他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?zèng)Q定的，而是由分辨率決定的。分辨率是由選擇的鏡頭焦距決定的，同一種相機(jī)，選用不同焦距的鏡頭，分辨率就不同。如果采用20um分辨率，對(duì)于1mm*0.5mm的零件，它總共占用像素1/0.02×0.5/0.02＝50×25個(gè)像素，如果采用30um的分辨率，表示同一個(gè)元件，則有1/0.03×0.5/0.03=33×17個(gè)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），那么大像素工業(yè)相機(jī)有何好處呢？答案只有一個(gè)：減少拍攝次數(shù)，提高測(cè)試速度。B

　　1個(gè)是1百萬(wàn)像素，另1個(gè)是3百萬(wàn)像素，清晰度相同（分辨率均為20um）,第1個(gè)相機(jī)的FOV是20mm×20mm＝400平方mm，第二個(gè)相機(jī)的FOV是1200平方mm,拍攝同一個(gè)PCB，假設(shè)第1個(gè)相機(jī)要拍攝30個(gè)圖像，第2個(gè)相機(jī)則只需拍攝10個(gè)圖像就可以了。+=r$

　　對(duì)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(cè)量。面陣CCD的優(yōu)點(diǎn)是可以獲取二維圖像信息，測(cè)量圖像直觀。缺點(diǎn)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(diǎn)是一維像元數(shù)可以做得很多，而總像元數(shù)角較面陣CCD工業(yè)相機(jī)少，而且像元尺寸比較靈活，幀幅數(shù)高，特別適用于一維動(dòng)態(tài)目標(biāo)的測(cè)量。以線陣CCD在線測(cè)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(shí)都是基于理想的條件下，而從實(shí)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(gè)面陣CCD的面積很難達(dá)到一般工業(yè)測(cè)量對(duì)視場(chǎng)的需求。線陣CCD的優(yōu)點(diǎn)是分辨力高，價(jià)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×7μm(相鄰像元中心距)該線陣CCD一維成像長(zhǎng)度35mm，可滿足大多數(shù)測(cè)量視場(chǎng)的要求，但要用線陣CCD獲取二維圖像，必須配以掃描運(yùn)動(dòng)，而且為了能確定圖像每一像素點(diǎn)在被測(cè)件上的對(duì)應(yīng)位置，還必須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(shí)間長(zhǎng)，測(cè)量效率低；由于掃描運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)精度的影響而降低，最終影響測(cè)量精度。

　　三、線陣CCD優(yōu)勢(shì)

　　即使如此，線陣CCD獲取圖像的方案在以下幾方面仍有其特有的優(yōu)勢(shì)：線陣CCD加上掃描機(jī)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(gè)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(gè)CCD芯片的像元在線陣的排列長(zhǎng)度方向上用光學(xué)的方法使之相互錯(cuò)位1／2個(gè)像元，相當(dāng)于將第二片CCD的所有像元依次插入第一片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(yùn)動(dòng)獲取圖像的方案目前仍使用廣泛，尤其是在要求視場(chǎng)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(shí)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(yùn)動(dòng)精度的影響，其圖像較面陣CCD圖像更具特殊性。因此，圖像識(shí)別時(shí)不僅要充分利用分辨率高的優(yōu)勢(shì)，還必須從算法上克服掃描運(yùn)動(dòng)的影響，使機(jī)械傳動(dòng)的誤差不致直接影響最終的圖像識(shí)別精度。

　　線陣CCD圖像的特點(diǎn)

　　由于CCD像元是有間隔的，不論面陣還是線陣CCD獲取的圖像外觀雖然是致密的，但實(shí)質(zhì)上都是離散圖像，但面陣CCD像元在縱橫兩個(gè)方向間隔一致，其圖像的離散度是一致的，而線陣CCD圖像由于存在像元間距和掃描行距，像素點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)方向上的距離分別是像元間距和掃描行距，一般來說掃描行距受機(jī)械傳動(dòng)部分的限制，遠(yuǎn)大于像元間距。

　　線陣CCD獲取二維圖像，必須配以掃描運(yùn)動(dòng)，在此過程中，線陣CCD在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下水平前移，按照固定的時(shí)間間隔采集一行圖像。從理論上講，電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該是勻速的；CCD采集圖像的時(shí)間間隔主要取決于光積分時(shí)間，也應(yīng)該是相等的，因此行距應(yīng)該是相等的，但由于電機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)、啟停過程中速度的變化，特別是機(jī)械傳部分的誤差都會(huì)影響采集行距的一致性，同時(shí)，線陣CCD自身光積分時(shí)間也會(huì)影響采集行距。