线扫描相机的原理及其优势
【视觉】线扫相机——机器视觉中无限制物体的检测
【视觉】线扫相机——机器视觉中无限制物体的检测在机器视觉中，在检测连续物体或者滚动物体时，线扫相机是最佳的解决方案。
通常，它们能提供很高的分辨率，因为它们要求很高的速度和数据率。
一、多条窄带拼成一副图像线扫相机只抓取一行作为图像发送到电脑，主机电脑将所有的行进行组织拼接。
如果不停止抓取，几乎可以创建一个无限大的图像。
在印刷行业、纺织、旋转或者移动物体的检测应用时，线扫相机是最佳的解决方案。
二、详解线扫相机1.线扫相机的历史可以检测黑白单线CCD芯片随着传真机第一次进入市场。
事实上，目前大部分文件扫描仪依然基于这个原理。
这种情况下，条状传感器是位于物体下方的。
随着传感器的微型化和分辨率的提高，传感器已经进一步远离物体。
今天，线扫相机被集成到传统相机上，可以搭配标准的镜头进行操作。
2.线扫相机的光学设计(1)相机—物体关系人眼或者标准的照相机在一个时刻获取一幅图像，对于静止物体和运动物体是没有区别的。
同一时刻，所有的图像数据都会被收集。
线扫相机需要物体或者相机运动，最后的图像大小一方面取决于相机的分辨率，另一方面取决于主机拼接的线数。
有两种搭建线扫相机的方式：·相机静止，物体运动·相机运动，物体静止相机和物体同时移动，在大多数场合下没有意义。
线扫相机一次只取图像的一行，随着被检测物体运动，一行接一行地采集，因此用线扫相机采集的一个2D图像的每一行都是在不同时间点采集的。
这与面阵相机来或者人眼采集图像在机器视觉软件理解的意义上来说，是不一样的。
(2)线扫镜头从上到下文件扫描仪对比，线扫相机需要镜头，这与面阵相机是完全相同的。
但是作为线扫相机，提供很高的分辨率（最高16K/线），相机需要拥有高质量镜头与合适的MTF。
(3)线扫光源与面阵相机最大的不同就是光源的搭建，为了获取相同的行（物体运动很快），你必须要照亮一条线，但由于速度很快（一般在us级别），因此线扫相机经常需要很高亮度的光照（高达1000000lux）。
线扫相机测定位距长度原理
线扫相机是一种三维测量仪器，可以通过捕捉物体表面的线扫描图像来测量物体的位置和距离。
线扫相机的测定位距长度原理主要包括以下几个步骤：1. 激光扫描：线扫相机使用激光扫描器发射激光，激光穿过镜头照射到物体表面，然后反射回来被相机捕获。
相机根据激光的发射和反射时间，可以计算出激光光斑与相机之间的距离。
2. 图像捕获：线扫相机捕获一系列连续的线扫描图像，这些图像包含了激光扫描器照射到的物体表面的信息。
这些图像可以被处理成三维模型。
3. 图像匹配：线扫相机通过图像匹配技术，将激光扫描得到的距离信息与图像中的物体对应起来。
通过比较相邻的图像，相机可以识别出物体表面上的点在图像中的位置，并根据这些信息构建出物体的三维模型。
线扫相机的测定位距长度的原理主要基于三角测距法。
三角测距法的基本原理是通过测量两点之间的角度和距离，可以使用余弦定理来计算这两点之间的实际距离。
对于线扫相机，激光光斑在物体表面上的位置可以通过图像匹配技术来确定。
相机的位置可以通过其内部的GPS模块或者外部定位系统来测量。
将相机的位置、激光光斑的位置和两点之间的角度输入到计算机软件中，就可以使用三角测距法来计算两点之间的距离。
在实际应用中，线扫相机的精度和分辨率受到多种因素的影响，包括激光扫描器的精度、图像捕获的质量、图像匹配的准确性、相机的位置精度以及环境因素等。
为了提高精度和分辨率，可以采用一些技术手段，如优化激光扫描器的功率和频率、提高相机和镜头的分辨率、使用更先进的图像匹配算法等。
总之，线扫相机的测定位距长度原理是通过激光扫描、图像捕获和图像匹配等技术，将激光光斑的位置与相机捕获的图像中的物体对应起来，并使用三角测距法来计算两点之间的距离。
通过优化技术手段和提高精度指标，线扫相机在三维测量领域具有广泛的应用前景。
线扫描相机的原理及应用
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。
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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 ”。
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。
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2.为什么要使用线扫描系统
•如何选择线扫描相机
•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)
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2•.线线为扫扫什描描系么系统统要除的使了组控用成制线和扫分析描的系主统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), 光源(Lighting), 影像采集卡(Frame Grabber)。
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• 以成2I.本PA为D 什MIN么I为要例使。假用设线扫描系统
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。
线扫相机成像原理
线扫相机成像原理线扫描相机（Line Scan Camera）是一种用于高速图像采集和成像的设备，常用于工业检测、印刷、食品加工等领域。
它的成像原理基于逐行扫描的方式，下面将详细介绍线扫描相机的成像原理。
1. 感光元件：线扫描相机通常采用线阵列式的感光元件，其中最常见的是CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）或CCD（Charge-Coupled Device）传感器。
这些传感器包含数百到数千个感光单元，排列成一行，每个感光单元负责捕捉图像中的一个点。
2. 光源：为了获得高质量的图像，线扫描相机通常需要外部光源。
这个光源照亮待检测物体，以便感光元件可以捕捉图像。
3. 相机位置和移动：线扫描相机通常被安装在一个位置上，而待检测物体需要通过相机的视野。
这可以通过物体的传送带、机械装置或手动移动来实现。
线扫描相机可以固定拍摄，或者与待检测物体一起移动，取决于具体应用。
4. 连续扫描：线扫描相机工作的关键原理是连续扫描。
当待检测物体通过相机的视野时，感光元件开始逐行扫描。
每行扫描会捕捉图像的一小部分。
这些部分会连续地拼接在一起，形成完整的图像。
5. 图像处理：线扫描相机捕捉到的图像需要进行后期处理，包括去噪、增强、对比度调整等。
通常，图像处理软件会对捕捉到的数据进行处理，以产生清晰、准确的图像。
6. 数据输出：最终的图像数据可以通过各种接口输出，如相机链接、以太网或其他数字接口。
这些数据可以供计算机进行分析、记录或进一步处理。
7. 应用领域：线扫描相机广泛应用于工业质检、食品加工、医学成像、印刷、木材处理等领域。
它们的高速成像能力和高分辨率使其成为许多自动化和质量控制应用的理想选择。
线扫描相机的成像原理是通过逐行扫描感光元件捕捉图像，然后对图像进行处理和输出。
这种技术在许多领域中发挥着重要作用，提高了生产效率和质量控制水平。
线扫描相机的原理及应用
面阵相机和线阵相机
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
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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
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正常
太快
太慢
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4.应用案例
• 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
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2.为什么要使用线扫描系统
•线扫描相机的同步
•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”。 •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）
裂纹很难与背景分开
腐蚀白 色
平滑
尺 寸 过 滤 Roughness
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线扫描原理
线扫描原理线扫描原理是指利用一根或多根扫描线依次从图像的一侧到另一侧扫描，从而获取图像信息的原理。
线扫描技术广泛应用于各种领域，包括医学影像、工业检测、数字化档案等。
下面将从线扫描的基本原理、应用领域和未来发展趋势等方面进行介绍。
首先，线扫描的基本原理是利用传感器沿着被扫描对象的一条直线进行扫描，通过采集每个扫描点的信息，最终形成完整的图像。
传感器可以是光电传感器、激光传感器或其他类型的传感器，其工作原理是将光信号或其他物理信号转换为电信号，然后进行信号处理和图像重建。
线扫描相比于面扫描具有更高的分辨率和更快的扫描速度，适用于对细节要求较高的图像获取。
其次，线扫描技术在医学影像领域有着广泛的应用。
例如在CT（计算机断层扫描）和MRI（磁共振成像）等医学影像设备中，线扫描技术能够实现对人体组织和器官的高分辨率成像，帮助医生进行诊断和治疗。
此外，线扫描技术还可以应用于工业检测领域，例如对机械零件、电子元件等进行缺陷检测和尺寸测量。
在数字化档案领域，线扫描技术可以实现对纸质文件的快速数字化，方便存储和检索。
随着科学技术的不断发展，线扫描技术也在不断创新和完善。
未来，随着人工智能和大数据技术的发展，线扫描技术将更加智能化和自动化，能够实现对图像信息的智能分析和识别。
同时，随着光学和传感器技术的进步，线扫描设备将变得更加紧凑和便携，适用于更多场景和环境。
总的来说，线扫描原理是一种重要的图像获取技术，具有广泛的应用前景和发展空间。
通过不断的技术创新和应用拓展，线扫描技术将为医学、工业和档案管理等领域带来更多的便利和效益。
相信随着科学技术的不断进步，线扫描技术将在未来发挥更加重要的作用。
线扫描机器视觉系统的组成及工作原理
目前市场上共有两种类型的采集方法可用于采集物体的图像：面阵扫描和线扫描。
最常见的2D机器视觉系统使用面阵扫描相机，此类相机在采集图像时需要曝光完整的像素矩阵。
相比之下，线扫描相机包含单行像素，其通过逐个像素线构建最终的2D图像。
构建线扫描图像需要相机与物体之间保持相对运动，通常为沿着输送带或旋转轴运动。
当物体移动经过相机面前时，相机将采集一个新的像素线。
视觉处理器或图像采集卡上的软件将存储每个像素线，然后将像素数据重新构建为最终的2D图像。
这种独特的图像采集过程擅长于采集输送带上快速移动的离散元件的图像，检测柱形物体的所有侧面，以及构建超大物体的图像。
文件扫描仪、复印机和传真机等将文件扫描到存储器中的商用设备采用线扫描技术，制造和物流领域的生产线和分销线也是如此，它们依靠这种特殊技术快速采集高分辨率图像，用于执行复杂元件的检测。
面阵扫描相机照亮物体，并采集所有曝光的像素以构建图像。
相比之下，线扫描相机点亮并逐个线条采集像素。
由于线扫描成像仪可提供500-8,000像素/线条的分辨率，有些甚至能够跟上67,000个线条/秒的高速线条采集速率，最新一代线扫描相机可提供以前需要一组高分辨率视觉成像仪才能解决的应用所需的所有性能。
这些属性使线扫描相机成为了在连续或离散“卷筒”表面检测应用中采集目标物体图像的理想选择，比如塑料、织物、金属或纸张。
线扫描相机还可以“展开”柱形物体，以采集它们的整个表面区域。
同时，此技术还适用于一些需要高分辨率成像以实现精确测量和缺陷检测的较大物体，比如平板显示器、太阳能电池和汽车零部件。
由于线扫描系统只需查看目标物体的一小部分来采集每个线条，它们无需目标物体提供较大的无遮挡视场。
出于此原因，它们非常适用于视场或安装空间有限的装置。
系统组件线扫描视觉系统可以配置线扫描相机和运行机器视觉软件的PC或视觉控制器，或者作为嵌入式系统提供，其中相机和软件包含在一个封装中。
这两种设置的组件拥有许多共同的元素。
线扫相机 分频曝光原理
线扫相机分频曝光原理
线扫相机，又称线阵相机或扫描相机，是一种在机器视觉领域广泛应用的成像设备。
线扫相机主要用于检测连续物体或滚动物体，具有高分辨率和高速度的特点。
其工作原理是基于分频曝光技术。
分频曝光技术是指线扫相机在扫描过程中，通过控制相机的曝光时间，使得每个像素点的曝光时间不同，从而实现在一幅图像中捕捉到不同时间点的物体信息。
这样，线扫相机可以在一幅图像中呈现物体的动态变化，提高检测和分析物体的准确性。
线扫相机的分频曝光原理可以分为以下几个步骤：
1、控制曝光时间：线扫相机通过硬件或软件控制，对每个像素点的曝光时间进行精确控制。
曝光时间可以根据物体的运动速度、相机的扫描速度以及图像分辨率等因素进行调整。
2、逐行扫描：线扫相机按照一定的顺序逐行扫描物体表面，捕捉到每一行像素点的信息。
由于曝光时间的差异，每一行像素点对应的物体信息处于不同的时间点。
3、数据处理与拼接：线扫相机将每行捕捉到的图像数据传输到计算机，计算机对原始数据进行处理，将多条窄带图像拼接成一幅完整的图像。
拼接过程中，需要考虑曝光时间差异带来的影响，确保图像的连续性和准确性。
4、图像分析与处理：得到完整的图像后，可以对其进行进一步的分析与处理，如边缘检测、特征提取、运动分析等。
通过这些处理，可以获取物体的相关信息，如速度、尺寸、形状等。
1。
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面阵相机有多行像素通常为4 / 3
•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16384像素 •数据速率为1179兆赫 •需要移动产品或相机
•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
3.怎样使用线扫描系统
• 使用Sherlock图像处理软件来对图像进行分析和处理
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3.怎样使用线扫描系统
• 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 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
4.应用案例一
• 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
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4.应用案例二: 瑕疵检测
• 通过Sherlock软件的预处理和算法，检测缺陷
腐蚀并进行阈值 分析
4.应用案例四：精密测量
• 通过机械运动，对平面物体进行精密尺寸测量和瑕疵 检测
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4.应用案例五：标签检测
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•瓶子上标签扫描后2D图
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•软件处理过程图1-2
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•软件处理过程图3-4
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4.应用案例八：医疗盘检测
•定位（铆钉、垫环、支架、打印、手柄等） •托盘尺寸长到 27” 宽到18
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•安装图
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4.应用案例六：阀槽检测
•多表面检测 •瑕疵类型检测 •瑕疵数量检测 •高危场合检测
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•软件处理界面
多相机应用于纸币检测DEMO链接
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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
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•安装示意图
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•现场安装图
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4.应用案例九：多个线阵相机检测表面
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•示意图
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•2D图
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•检测界面
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4.应用案例七：医疗设备部件检测
• 表面瑕疵检测 • 高倍率 • 重复检测
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2.为什么要使用线扫描系统
•线扫描相机的同步
•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”。 •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。
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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， 流水线上产品连续性高。
面阵相机和线阵相机
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
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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
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1.数字相机成像原理
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
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3.如何选用合适的线阵相机搭建一套视觉检 测系统
1. 2. 3. 4. 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
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Confidential
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2.为什么要使用线扫描系统
•如何选择线扫描相机
•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 = 12”, 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)
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数字相机的成像原理
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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。
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。
Confidential No distribution permitted
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：
Confidential
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2.为什么要使用线扫描系统
• 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。
线扫描相机的原理及应用
内容简介 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
2.为什么要使用线扫描系统
• 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。