线扫描相机的原理及应用

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,线扫描相机的原理及应用,内容简介,Confidential No distribution permitted,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,1.,数字相机成像原理,3,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,Confidential No distribution permitted,数字相机的成像原理,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。,面阵相机和线阵相机,5,1.,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,Confidential No distribution permitted,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,Confidential No distribution permitted,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。,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：,640 X 480, 1024 X 768, 1280 X 960,1600 X 1200,等等,线阵相机常见的分辨率包括：,1k, 2k, 4k, 8k,12k, 16k,等等,8,黑白和彩色相机,9,目前绝大部分的视觉应用都是用的黑白相机,2.,黑白相机的成像原理,3.,彩色相机的成像原理,相机的接口,相机的常用接口分为多种：,GigE: 100MB/s,，,100m,USB: 60MB/S(u),，,5m,IEEE1394: 80MB/s (1394b), 4.5m,CameraLink: 680MB/s, 15m,各种接口的数据传输量不同，稳定性不同,10,2.,为什么要使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,线阵相机与面阵相机的区别,面阵相机,一帧图像,面阵相机的芯片组成,2.,为什么要使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,线阵相机与面阵相机的区别,线扫描相机,由许多帧图像组成,2.,为什么要使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,线阵相机,VS,面阵相机,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,面阵相机有多行像素通常为,4 / 3,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,2.,为什么要使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,成本,以,IPAD MINI,为例。假设精度为,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。,2.,为什么要使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,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。,2.,为什么要使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,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。,如何选择线扫描相机,Confidential No distribution permitted,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,),2.,为什么要使用线扫描系统,线扫描相机的同步,Confidential No distribution permitted,2.,为什么要使用线扫描系统,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。,Confidential No distribution permitted,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。,3.,如何选用合适的线阵相机搭建一套视觉检测系统,Confidential No distribution permitted,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,3.,怎样使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,使用,Sherlock,图像处理软件来对图像进行分析和处理,3.,怎样使用线扫描系统,Confidential No distribution permitted,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,正常 太快 太慢,4.,应用案例,Confidential No distribution permitted,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,4.,应用案例一,Confidential No distribution permitted,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,4.,应用案例二,:,瑕疵检测,Confidential No distribution permitted,通过,Sherlock,软件的预处理和算法，检测缺陷,裂纹很难与背景分开,腐蚀白色,平滑,Roughness,阈值分析,尺寸过滤,4.,应用案例三： 划痕检测,Confidential No distribution permitted,通过,Sherlock,软件的预处理和算法，检测缺陷,玻璃的表面纹理,使用更好的光源但缺陷还是不清晰,平滑并计算粗糙度,腐蚀并进行阈值分析,4.,应用案例四：精密测量,Confidential No distribution permitted,通过机械运动，对平面物体进行精密尺寸测量和瑕疵检测,Confidential No distribution permitted,4.,应用案例五：标签检测,Confidential No distribution permitted,瓶子上标签扫描后,2D,图,Confidential No distribution permitted,安装图,Confidential No distribution permitted,多表面检测,瑕疵类型检测,瑕疵数量检测,高危场合检测,4.,应用案例六：阀槽检测,Confidential No distribution permitted,示意图,Confidential No distribution permitted,2D,图,Confidential No distribution permitted,检测界面,Confidential No distribution permitted,表面瑕疵检测,高倍率,重复检测,4.,应用案例七：医疗设备部件检测,Confidential No distribution permitted,软件处理过程图,1-2,Confidential No distribution permitted,软件处理过程图,3-4,Confidential No distribution permitted,定位（铆钉、垫环、支架、打印、手柄等）,托盘尺寸长到,27,”,宽到,18,4.,应用案例八：医疗盘检测,Confidential No distribution permitted,安装示意图,Confidential No distribution permitted,现场安装图,Confidential No distribution permitted,4.,应用案例九：多个线阵相机检测表面,Confidential No distribution permitted,多相机应用于纸币检测,DEMO,链接,软件处理界面,Confidential No distribution permitted,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,THANK YOU,！,Confidential No distribution permitted,