線掃相機(jī)——機(jī)器視覺(jué)中無(wú)限制物體的檢測(cè)
在機(jī)器視覺(jué)中，在檢測(cè)連續(xù)物體或者滾動(dòng)物體時(shí)，線掃相機(jī)是最佳的解決方案。通常，它們能提供很高的分辨率，因?yàn)樗鼈円蠛芨叩乃俣群蛿?shù)據(jù)率。
一、多條窄帶拼成一幅圖像
線掃相機(jī)只抓取一行作為圖像發(fā)送到電腦，主機(jī)電腦將所有的行進(jìn)行組織拼接。如果不停止抓取，幾乎可以創(chuàng)建一個(gè)無(wú)限大的圖像。在印刷行業(yè)、紡織、旋轉(zhuǎn)或者移動(dòng)物體的檢測(cè)應(yīng)用時(shí)，使用線掃相機(jī)。
二、詳解線掃相機(jī)
1.線掃相機(jī)的光學(xué)設(shè)計(jì)
(1)相機(jī)—物體關(guān)系
人眼或者標(biāo)準(zhǔn)的照相機(jī)在一個(gè)時(shí)刻獲取一幅圖像，對(duì)于靜止物體和運(yùn)動(dòng)物體是沒(méi)有區(qū)別的。同一時(shí)刻，所有的圖像數(shù)據(jù)都會(huì)被收集。
線掃相機(jī)需要物體或者相機(jī)運(yùn)動(dòng)，圖像大小一方面取決于相機(jī)的分辨率，另一方面取決于主機(jī)拼接的線數(shù)。有兩種搭建線掃相機(jī)的方式：
· 相機(jī)靜止，物體運(yùn)動(dòng)
· 相機(jī)運(yùn)動(dòng)，物體靜止
相機(jī)和物體同時(shí)移動(dòng)，在大多數(shù)場(chǎng)合下沒(méi)有意義。
線掃相機(jī)一次只取圖像的一行，隨著被檢測(cè)物體運(yùn)動(dòng)，一行接一行地采集，因此用線掃相機(jī)采集的一個(gè)2D圖像的每一行都是在不同時(shí)間點(diǎn)采集的。這與面陣相機(jī)來(lái)或者人眼采集圖像在機(jī)器視覺(jué)軟件理解的意義上來(lái)說(shuō)，是不一樣的。
(2)線掃鏡頭
從上到下文件掃描儀對(duì)比，線掃相機(jī)需要鏡頭，這與面陣相機(jī)是完全相同的。但是作為線掃相機(jī)，提供很高的分辨率（最高16K/線），相機(jī)需要擁有高質(zhì)量鏡頭與合適的MTF。
(3)線掃光源
與面陣相機(jī)的不同就是光源的搭建，為了獲取相同的行（物體運(yùn)動(dòng)很快），你必須要照亮一條線，但由于速度很快（一般在us級(jí)別），因此線掃相機(jī)經(jīng)常需要很高亮度的光照（高達(dá)1000000lux）。
2.讀取和抓取
因?yàn)樾酒蛔ト∫恍校啾却蟮拿骊囅鄼C(jī)，讀取這些數(shù)據(jù)就很簡(jiǎn)單了。不管是用CCD還是CMOS技術(shù)都沒(méi)有什么區(qū)別，當(dāng)分辨率高且運(yùn)動(dòng)速度很快時(shí)，數(shù)據(jù)頻率也是很高的，你需要一個(gè)抓幀器（通常稱(chēng)為采集卡）來(lái)讀取相機(jī)的數(shù)據(jù)到電腦。
(1)線掃需要脈沖
使用線掃相機(jī)的一個(gè)決定性的特點(diǎn)就是可以構(gòu)建很大（無(wú)限）的圖像。在高頻下，一些非常細(xì)窄的線被拼接到一條線上，為了解決這個(gè)問(wèn)題，與運(yùn)動(dòng)物體經(jīng)過(guò)的速度保持同步來(lái)抓取這些線很重要。大多數(shù)場(chǎng)合下，與傳送帶集成在一起的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號(hào)傳遞到相機(jī)。這樣，相機(jī)的線頻率就與物體的速度一致了。
3.多行線掃相機(jī)
除了上面談到的單線的線掃相機(jī)外，也有其他線數(shù)的相機(jī)：
(1)多行線掃相機(jī)
雙線或者更多線的相機(jī)有更高的同步要求，增加了物體可能的最大速度，在HDR模式下提高了圖像的動(dòng)態(tài)范圍。
(2)彩色線掃相機(jī)
像大面陣相機(jī)一樣，線掃相機(jī)可以搭配單色或者彩色的芯片。RGB的過(guò)濾片作為Bayer模板覆蓋在像素上，或者分布在線上。這些線分配了特定的顏色，通常在過(guò)濾片的下面。生成的原始圖像作為單色信息傳輸，然后在采集卡上轉(zhuǎn)換為彩色圖像。
另一種選擇，2條或3條線，每條線指定了顏色，被用于彩色線掃相機(jī)。這種配置的問(wèn)題是作為同一個(gè)像素的顏色不得不考慮對(duì)象相關(guān)的時(shí)間差異。好處是，一種顏色的分辨率是芯片的全分辨率。
4.線掃相機(jī)速率和分辨率
就像大面陣相機(jī)一樣，線掃相機(jī)的速率由接口決定，通常的接口如GigE 和CameraLink。速率可以通過(guò)線的水平分辨率（線的總像素個(gè)數(shù)）和每秒的線數(shù)計(jì)算出來(lái)，表達(dá)為行頻kHz/行/s。
例子：NCAM2-BLS，Camera Link接口：8K，70kHz
每秒采集70,000行，如果用在100km/h的傳輸帶和一米寬的物體上，可以推算出垂直方向的分辨率0.125mm/s，水平方向的分辨率0.514mm/s：
垂直方向：100km/h / 70,000 lines/s=27.78m/s / 70,000 lines/s=0.397mm
水平方向：1m/8000 pix=0.125mm/pix
速度：70,000 lines/s x 8000 pixels=534 MB/s
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