線掃描相機(jī)的原理及其優(yōu)勢(shì)

線掃描相機(jī)的原理及應(yīng)用

當(dāng)前1頁(yè)，總共44頁(yè)。內(nèi)容簡(jiǎn)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(yǔ)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)

?TeledyneDALSA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ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前2頁(yè)，總共44頁(yè)。1.數(shù)字相機(jī)成像原理a)

光線透過(guò)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(duì)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(hào)，再由感光元件的電路將這些信號(hào)收集起來(lái)；

d)

模擬信號(hào)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，再由

DSP對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，還原成為數(shù)字影象；

e)

數(shù)字影象再被傳輸?shù)酱鎯?chǔ)卡上保存起來(lái)3ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前3頁(yè)，總共44頁(yè)。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(gè)重要部件用一個(gè)形象的比喻來(lái)說(shuō)明，CCD的結(jié)構(gòu)中每個(gè)像素就像一個(gè)個(gè)的小桶，光線就象雨滴撒入各個(gè)小桶，每個(gè)小桶就是一個(gè)像素。按下快門拍照的過(guò)程，就是相機(jī)在一定的曝光時(shí)間中，像素的“小桶”收集“光滴”的過(guò)程，曝光結(jié)束后，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，就形成了我們所熟悉的照片。ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前4頁(yè)，總共44頁(yè)。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(yùn)動(dòng)5當(dāng)前5頁(yè)，總共44頁(yè)。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(zhǎng)方形的，所以當(dāng)我們拍照的時(shí)候，得到的是一張方形的圖片ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前6頁(yè)，總共44頁(yè)。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(shí)需要通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，行成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，才能得到想要的圖像。ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前7頁(yè)，總共44頁(yè)。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(lái)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?！薄Ｃ骊囅鄼C(jī)常見的分辨率包括：

640X480,1024X768,1280X960,1600X1200等等線陣相機(jī)常見的分辨率包括： 1k,2k,4k,8k,12k,16k等等

8當(dāng)前8頁(yè)，總共44頁(yè)。黑白和彩色相機(jī)目前絕大部分的視覺應(yīng)用都是用的黑白相機(jī)2.黑白相機(jī)的成像原理3.彩色相機(jī)的成像原理9當(dāng)前9頁(yè)，總共44頁(yè)。相機(jī)的接口相機(jī)的常用接口分為多種：GigE:100MB/s，100mUSB:60MB/S(u)，5mIEEE1394:80MB/s(1394b),4.5mCameraLink:680MB/s,15m各種接口的數(shù)據(jù)傳輸量不同，穩(wěn)定性不同10當(dāng)前10頁(yè)，總共44頁(yè)。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ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前11頁(yè)，總共44頁(yè)。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ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前12頁(yè)，總共44頁(yè)。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?垂直大小不受傳感器尺寸限制?下一行時(shí)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(dòng)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ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前13頁(yè)，總共44頁(yè)。2.為什么要使用線掃描系統(tǒng)成本以IPADMINI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(cè)其外觀尺寸，按照一個(gè)像素代表0.01mm來(lái)計(jì)算，至少需要56臺(tái)相機(jī)。

如果使用16K像素的線陣相機(jī)，則只需要1臺(tái)相機(jī)。ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前14頁(yè)，總共44頁(yè)。2.為什么要使用線掃描系統(tǒng)效率同樣是前面的例子。

如果使用多臺(tái)面陣相機(jī)檢測(cè)，首先要考慮相機(jī)的安裝位置，其次每臺(tái)相機(jī)要配備相同的光源，最重要的是每臺(tái)相機(jī)需要標(biāo)定，最后每臺(tái)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(tái)相機(jī)和相應(yīng)的光源，對(duì)一臺(tái)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)一臺(tái)相機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前15頁(yè)，總共44頁(yè)。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(yùn)動(dòng)控制兩大部分。

視覺部分主要組件包括:線陣相機(jī)(Line-scancamera),鏡頭(Lens),光源(Lighting),影像采集卡(FrameGrabber)。運(yùn)動(dòng)控制的部份包括:馬達(dá),馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器,旋轉(zhuǎn)編碼器，

運(yùn)動(dòng)控制卡或PLC,有時(shí)會(huì)搭配傳感器(Sensor)做觸發(fā)。ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前16頁(yè)，總共44頁(yè)。?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(gè)像素)?例如:FOV=12”,最小檢測(cè)尺寸=0.005”(FOV/檢測(cè)尺寸)x(最少像素個(gè)數(shù))12/.005x3=7200pixels(8K相機(jī)

或2個(gè)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:20/0.001465=13,654?可以使用Piranha28k18khz相機(jī)(或2Spyder34k18khz相機(jī))2.為什么要使用線掃描系統(tǒng)ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前17頁(yè)，總共44頁(yè)。?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(yùn)動(dòng)產(chǎn)品。?單個(gè)像素是個(gè)正方形.每個(gè)像素寬度需要一個(gè)編碼器脈沖。如果給的脈沖少了，圖像中會(huì)缺少部分產(chǎn)品信息。如果脈沖給多了，則產(chǎn)品圖像過(guò)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(gè)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(gè)脈沖周長(zhǎng)=脈沖數(shù)*像素尺寸1024x0.001465=1.5”（周長(zhǎng)）?也可以用一個(gè)可編程的編碼器。ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前18頁(yè)，總共44頁(yè)。線陣相機(jī)的應(yīng)用行業(yè)線掃描系統(tǒng)對(duì)大幅面、高精度、圓柱狀物體檢測(cè)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(cè)、PCB檢測(cè)、鋼鐵檢測(cè)、煙草行業(yè)、紡織行業(yè)等，這些行業(yè)產(chǎn)品的共同特點(diǎn)是：幅面較寬，速度快，精度高，流水線上產(chǎn)品連續(xù)性高。ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前19頁(yè)，總共44頁(yè)。3.如何選用合適的線陣相機(jī)搭建一套視覺檢測(cè)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ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前20頁(yè)，總共44頁(yè)。3.怎樣使用線掃描系統(tǒng)使用Sherlock圖像處理軟件來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前21頁(yè)，總共44頁(yè)。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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)的均勻性

精密測(cè)量時(shí)需要加裝旋轉(zhuǎn)編碼器3.調(diào)試時(shí)的圖像采集

運(yùn)動(dòng)速度與相機(jī)采集速度的匹配正常太快太慢ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前22頁(yè)，總共44頁(yè)。4.應(yīng)用案例在過(guò)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(cè)量和瑕疵檢測(cè)項(xiàng)目中ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前23頁(yè)，總共44頁(yè)。4.應(yīng)用案例一通過(guò)滾筒機(jī)械運(yùn)動(dòng)，將圓形物體轉(zhuǎn)換為平面圖像進(jìn)行字符識(shí)別，彩色檢測(cè)和瑕疵檢測(cè)1.刻字內(nèi)容無(wú)錯(cuò)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ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前24頁(yè)，總共44頁(yè)。4.應(yīng)用案例二:瑕疵檢測(cè)通過(guò)Sherlock軟件的預(yù)處理和算法，檢測(cè)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(guò)濾ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前25頁(yè)，總共44頁(yè)。4.應(yīng)用案例三：劃痕檢測(cè)通過(guò)Sherlock軟件的預(yù)處理和算法，檢測(cè)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(jì)算粗糙度腐蝕并進(jìn)行閾值分析ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前26頁(yè)，總共44頁(yè)。4.應(yīng)用案例四：精密測(cè)量通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，對(duì)平面物體進(jìn)行精密尺寸測(cè)量和瑕疵檢測(cè)ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前27頁(yè)，總共44頁(yè)。4.應(yīng)用案例五：標(biāo)簽檢測(cè)ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前28頁(yè)，總共44頁(yè)。?瓶子上標(biāo)簽掃描后2D圖ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前29頁(yè)，總共44頁(yè)。?安裝圖ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前30頁(yè)，總共44頁(yè)。?多表面檢測(cè)?瑕疵類型檢測(cè)?瑕疵數(shù)量檢測(cè)?高危場(chǎng)合檢測(cè)4.應(yīng)用案例六：閥槽檢測(cè)ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前31頁(yè)，總共44頁(yè)。?示意圖ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前32頁(yè)，總共44頁(yè)。?2D圖ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前33頁(yè)，總共44頁(yè)。?檢測(cè)界面ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前34頁(yè)，總共44頁(yè)。?表面瑕疵檢測(cè)?高倍率?重復(fù)檢測(cè)4.應(yīng)用案例七：醫(yī)療設(shè)備部件檢測(cè)ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前35頁(yè)，總共44頁(yè)。?軟件處理過(guò)程圖1-2ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前36頁(yè)，總共44頁(yè)。?軟件處理過(guò)程圖3-4ConfidentialNodistributionpermitted當(dāng)前37頁(yè)，總共44頁(yè)。?定位（鉚釘、墊