曲面的线阵相机扫描 线阵相机的线阵相机优势

2019-07-26 22:24:01 来源：朵拉利品网

1, 线阵相机的线阵相机优势

线阵CCD获取图像的方案在以下几方面有其特有的优势：
1、线阵CCD加上扫描机构及位置反馈环节，其成本仍然大大低于同等面积、同等分辨率的面阵CCD;
2、扫描行的坐标由光栅提供，高精度的光栅尺的示值精度可高于面阵CCD像元间距的制造精度，从这个意义上讲，线阵CCD获取的图像在扫描方向上的精度可高于面阵CCD图像；
3、最新的线阵CCD 亚像元的拼接技术可将两个CCD芯片的像元在线阵的排列长度方向上用光学的方法使之相互错位1/2个像元，相当于将第二片CCD的所有像元依次插入第一片CCD的像元间隙中，间接“减小”线阵CCD像元尺寸，提高了CCD的分辨率，缓解了由于受工艺和材料影响而很难减小CCD像元尺寸的难题，在理论上可获得比面阵CCD更高的分辨率和精度。

线阵车底扫描系统核心部件采用线阵扫描摄像机，其特点是呈“线”状，每次扫描宽度只有1个或者很少几个像素。由于每次扫描采集的数据量少，处理器处理速度快，扫描频率高，被广泛应用于工业检测领域。
但线阵相机也有一些使用上的缺点和限制。由于像素信息量太少，无法进行去重判断。当用于车底扫描系统中，如果车辆不匀速或走走停停，会导致图像出现严重拉伸或缩短，严重失真。
另外一个缺点，线阵相机都不具备Auto Exposure自动曝光功能，相机的曝光参数需要根据与目标物体的距离进行设置，如果目标物体距离改变，需要重新修改曝光设置，所以只适用于固定距离的使用场景。不然会出现近距离曝光正常时，远距离曝光不足，或远距离正常，近距离过曝。而在车底扫描系统的使用场景中，每辆车的底盘高度并不是一致的，所以线阵系统不能很好兼容不同车型扫描的要求。
随着科技的高速发展，处理器的性能越来越强大，能够提供更多信息量的面阵扫描技术将会在越来越多领域取代线阵扫描系统。就像在很多领域，“线阵式”条形码正大量被“面阵式”二维码取代一样，因为“面阵式”二维码能够提供更多的有用信息。当然，线阵扫描技术可能还会再一些数据量要求不高的低端应用场景继续存在很长时间，比如商品条码扫描枪之类的产品中。而在智能化要求越来越高的应用中，面阵技术将会成为主流。

4, 面阵CCD相机与线阵CCD相机的性能参数对比。

CCD器件按其感光单元的排列方式分为线阵CCD和面阵CCD两类。
线阵CCD:
结构简单，成本较低。可以同时储存一行电视信号.由于其单排感光单元的数目可以做得很多，在同等测量精度的前提下，其测量范围可以做的较大，并且由于线阵CCD实时传输光电变换信号和自扫描速度快、频率响应高，能够实现动态测量，并能在低照度下工作，所以线阵CCD广泛地应用在产品尺寸测量和分类、非接触尺寸测量、条形码等许多领域。
面阵CCD:
可以同时接受一幅完整的光像.面阵CCD有行间转移（IT）型、帧间转移（FT）型和行帧间转移（FIT）型三种。
对于面阵CCD来说，应用面较广，如面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等的测量。面阵CCD的优点是可以获取二维图像信息，测量图像直观。缺点是像元总数多，而每行的像元数一般较线阵少，帧幅率受到限制，而线阵CCD的优点是一维像元数可以做得很多，而总像元数角较面阵CCD相机少，而且像元尺寸比较灵活，帧幅数高，特别适用于一维动态目标的测量。以线阵CCD在线测量线径为例，就在不少论文中有所介绍，但在涉及到图像处理时都是基于理想的条件下，而从实际工程应用的角度来讲，线阵CCD图像处理算法还是相当复杂的。
由于生产技术的制约，单个面阵CCD的面积很难达到一般工业测量对视场的需求。线阵CCD 的优点是分辨力高，价格低廉，如TCD1501C型线阵CCD，光敏像元数目为5 000，像元尺寸为7 μm*7 μm*7 μm（相邻像元中心距）该线阵CCD一维成像长度35 mm，可满足大多数测量视场的要求，但要用线阵CCD获取二维图像，必须配以扫描运动，而且为了能确定图像每一像素点在被测件上的对应位置，还必须配以光栅等器件以记录线阵CCD每一扫描行的坐标。一般看来，这两方面的要求导致用线阵CCD获取图像有以下不足：图像获取时间长，测量效率低；由于扫描运动及相应的位置反馈环节的存在，增加了系统复杂性和成本；图像精度可能受扫描运动精度的影响而降低，最终影响测量精度。
即使如此，线阵CCD获取图像的方案在以下几方面仍有其特有的优势：线阵CCD加上扫描机构及位置反馈环节，其成本仍然大大低于同等面积、同等分辨率的面阵CCD；扫描行的坐标由光栅提供，高精度的光栅尺的示值精度可高于面阵CCD像元间距的制造精度，从这个意义上讲，线阵CCD获取的图像在扫描方向上的精度可高于面阵CCD图像；新近出现的线阵CCD 亚像元的拼接技术可将两个CCD芯片的像元在线阵的排列长度方向上用光学的方法使之相互错位1/2个像元，相当于将第二片CCD的所有像元依次插入第一片CCD的像元间隙中，间接“减小”线阵CCD像元尺寸，提高了CCD的分辨率，缓解了由于受工艺和材料影响而很难减小CCD像元尺寸的难题，在理论上可获得比面阵CCD更高的分辨率和精度。
因此，线阵CCD加扫描运动获取图像的方案目前仍使用广泛，尤其是在要求视场大，图像分辨率高的情况下甚至不能用面阵CCD替代。但是，仅有高的分辨率还不能保证有高的图像识别精度，特别是线阵CCD获取的图像虽然分辨率高，但由于受扫描运动精度的影响，其图像较面阵CCD图像更具特殊性。因此，图像识别时不仅要充分利用分辨率高的优势，还必须从算法上克服扫描运动的影响，使机械传动的误差不致直接影响最终的图像识别精度。
线阵CCD图像的特点：
由于CCD像元是有间隔的，不论面阵还是线阵CCD获取的图像外观虽然是致密的，但实质上都是离散图像，但面阵CCD像元在纵横两个方向间隔一致，其图像的离散度是一致的，而线阵CCD图像由于存在像元间距和扫描行距，像素点在两个坐标方向上的距离分别是像元间距和扫描行距，一般来说扫描行距受机械传动部分的限制，远大于像元间距。
线阵CCD获取二维图像，必须配以扫描运动，在此过程中，线阵CCD在电机驱动下水平前移，按照固定的时间间隔采集一行图像。从理论上讲，电机运动速度应该是匀速的；CCD采集图像的时间间隔主要取决于光积分时间，也应该是相等的，因此行距应该是相等的，但由于电机运动产生的振动、启停过程中速度的变化，特别是机械传部分的误差都会影响采集行距的一致性，同时，线阵CCD 自身光积分时间也会影响采集行距。

相关概念

CCD

CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为电信号。它是美国贝尔实验室的维拉·波义耳和乔治·史密斯于1969年发明的。 CCD可直接将光学信号转换为模拟电流信号，经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。它具有体积小重量轻、功耗小、灵敏度高和响应速度快等特点。CCD被广泛应用于数码摄影、天文学，光学遥测技术、光学与频谱望远镜和高速摄影技术等领域。

线阵

线阵，线性阵列的简称。是一组排列成直线、间隔紧密的辐射单元，并具有相同的振幅与相位。提供非常良好的垂直覆盖面的指向性，以取得良好的声效果。

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