隨著機器視覺的大規模普及與工業流水線速度、精度要求的提高，線掃描系統越來越被機器視覺工程師和最終用戶認可和接受。

那么如何選擇線陣相機呢？線陣相機有什么特點？線掃描相機工作原理是什么？下面我們就來簡單介紹一下線掃機器視覺方面如何選型。

那么，什么是線掃系統呢？線掃系統就是類似于打印機的復印和掃描過程，主要用于被測物體和相機之間有相對運動的場合。通過線掃相機高速的采集，每次采集完一條線后正好運動到下一個單位精度長度，繼續下一條線的采集，這樣經過一段時間就拼成了一張二維的類似于面陣相機采集到的圖片，不同之處在于高度可以無限長。接下來可以通過軟件把這幅“無限長”的圖片截成一定高度的圖片，進行實時處理或放入緩存稍后進行處理。

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線掃描系統除了機械結構之外, 其主要組成部分還包括機器視覺和運動控制。

1、運動控制部分，主要包括馬達、馬達驅動器、運動控制卡或 PLC 以及機械單元等，為了保證采集的圖像與輸送帶同步，有時還會需要用到編碼器。

2、機器視覺部分，主要包括線掃相機、鏡頭、光源、圖像采集卡和機器視覺軟件等。

3、由于線掃描信息量大，所以也需要一臺高性能的工控機，配置大容量的內存和硬盤，主板要提供 PCI、PCI-E 或 PCI-X 插槽等用于運控卡或圖像采集卡的安裝。

接下來談一下線掃系統機器視覺部分的選型：

一般來講，一個面陣視覺系統的配置選型是按照這樣的順序進行的：相機＋采集卡->鏡頭->光源。線陣視覺系統也類似，首先根據系統的檢測精度和速度要求，確定線陣 CCD 相機分辨率和行掃描速度，同時確定對應的采集卡；然后根據線陣相機的鏡頭接口和檢測工件的視野要求來考慮鏡頭的選型，最后根據檢測工件的應用環境和檢測目標確定光源的選型。

一、線陣工業相機的選型

第一步：計算分辨率。被檢物體寬度（與運動方向垂直）除以最小檢測精度得出每行所需要的像素值。

第二步：計算實際精度。根據上面像素值選擇相機。然后用被檢物體寬度除以像素數得出實際檢測精度。

第三步：計算每秒掃描行數，也就是線掃描速率。每秒運動速度長度除以精度得出每秒的掃描行數。

根據以上數值就可以選定相機。

例如被檢物體寬度為160mm、精度0.1mm、運動速度2200mm/s相機分辨率：160/0.1＝1600像素應為2000像素左右，先選定為2K 相機

實際精度為：160mm/2048像素＝0.08mm

線掃描速率：2200mm/0.08mm＝27.5KHz

所以應選定相機為線掃描速率大約為28kHz 的2K 相機。

二、線陣鏡頭的選型

常見的線陣相機分辨率目前有0.5k、1K、2K、4K、6K、8K、12K、16K 等幾種，像素大小有5um、7um、10um、14um 等幾種，這樣芯片的大小從 7..168mm (512x14um) 到 81.920mm (16Kx5um)不等。很顯然，C 接口遠遠不能滿足要求，因為Ｃ接口最大只能接 22 mm 的芯片，也就是1.3英寸。所以很多相機的接口為 F型，不同的鏡頭接口對應不同的后背焦(Flange distance)，也就決定了鏡頭的工作距離不一樣。

光學放大倍率(β,Magnification)

確定了相機分辨率和像素大小，就可以計算出芯片尺寸（Sensor size）；芯片尺寸除以視野范圍(FOV)就等于光學放大倍率。β=CCD/FOV

接口(Mount)：

主要有 C、CS、F、M42x1 、T2、M72x0.75等幾種，確定了之后，就可知道對應接口的長度。

后背焦(Flange Distance)

后背焦指相機接口平面到芯片的距離，是一個非常重要的參數，由相機廠家根據自己的光路設計確定。不同廠家的相機，哪怕是接口一樣，也可能有不同的后背焦。

有了光學放大倍率、接口、后背焦，就能計算出工作距離和節圈長度。選好這些之后，還有一個重要的環節，就是看 MTF 值是否足夠好？很多機器視覺工程師不了解 MTF,而對高端鏡頭來說就必須用 MTF 來衡量光學品質。MTF 涵蓋了對比度、分辨率、空間頻率、色差等相當豐富的信息，并且非常詳細地表達了鏡頭中心和邊緣各處的光學質量。關于 MTF 表格，請自行了解，這里不再贅述。

鏡頭不僅只是工作距離、視野范圍滿足要求，邊緣的對比度不夠好，也要重新考慮是否選擇更高分辨率的鏡頭。

三、關于光源、鏡頭的調試

線掃描系統，對光源和相機來說，有效的工作區域都是一個窄條。也就是保證光源照在這個最亮的窄條與相機芯片要完全平行，否則只能拍到相交叉的一個亮點。所以機械安裝、調試是比較費工夫的。同時由于檢測物體寬度往往比較寬，對于線光源有兩個特別的要求，就是均勻性和直線性。因為線光源不同位置的亮暗差異，會直接影響圖像的亮度高低，這一點 LED 比鹵素燈更好控制。出光部分的直線性，取決于 LED 發光角度的一致性、聚光透鏡的直線性以及線光源外殼的直線性。

由于現場環境比較復雜，客戶總是希望花多一些時間去現場調試。如我們前面講到的相機、光源、被測物體的相對角度測試、分析，許多因素會直接影響到檢測效果。所以我們建議先做實驗室測試，有了方案之后，再去現場調試，這樣會最有把握，也能提高調試效率。畢竟服務也是需要成本的。

編輯：黃飛

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