线阵相机与面阵相机的区别与选型

工业相机是机器视觉系统必不可少的核心组件，根据不同的类别有不同的分类标准。按传感器的结构特性分类，可分为面阵相机与线阵相机两种。其中，面阵相机是以面为单位来进行图像采集，可以一次性获取完整的目标图像，并能及时进行图像采集的相机。在目标物体的形状、尺寸，位置等方面的应用上发挥着至关重要的成像作用。

随着技术的发展和需要，面阵相机按照其图像传感器的结构或排列方式的不同，分为帧转移、隔列转移、线转移以及全帧转移四种类型，每种类型都有着各自的特点。

类型区分

面阵相机：实现的是像素矩阵拍摄。相机拍摄图像中，表现图像的细节由分辨率决定，而分辨率是由镜头焦距决定的。同一种相机选用不同焦距的镜头，分辨率就不同。像素的多少不决定图像的分辨率，那么大像素相机有何好处？其实是可以减少拍摄次数，提高测试速度。

线阵相机：顾名思义是呈“线”状的。虽然也是二维图像，但有几K的长度，而宽度却只有几个象素的而已。一般上只在两种情况下使用这种相机

（1）、被测视野为细长的带状，多用于滚筒上检测的问题。

（2）、需要极大的视野或极高的精度。

在第二种情况下需要用激发装置多次激发相机，进行多次拍照，再将拍下的多幅“条”形图象，合并成一张巨大的图。因此，用线阵型相机，必须用可以支持线阵型相机的采集卡。一般相机的图象是 400K～1M，而合并后的图象有几个M这么大，在这种情况下，其检测速度自然比较慢，所以线阵相机只用在极特殊的情况下。

应用对比

面阵相机：应用面较广，如面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等的测量。

线阵相机：主要应用于工业、医疗、科研与安全领域的图象处理。被检测的物体通常匀速运动 , 利用一台或多台相机对其逐行连续扫描 ，对其整个表面均匀检测。可以对其图象一行一行进行处理 , 也可以对由多行组成的面阵图象进行处理

优缺点对比

面阵相机：

优点：可以获取二维图像信息，测量图像直观。

缺点：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，因此其应用面较广，如面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等的测量。由于生产技术的制约，单个面阵的面积很难达到一般工业测量现场的需求。

线阵相机：

优点：一维像元数可以做得很多，而总像元素较面阵相机少，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。

缺点：要用线阵获取二维图像，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每一扫描行的坐标。线阵获取图像获取时间长，测量效率低；另外受扫描运动及相应的位置影响，系统复杂性和成本也有所提升增加；图像精度还可能受扫描运动精度的影响而影响测量精度。

线阵相机和镜头的选型

计算分辩率:幅宽除以最小检测精度得出每行需要的像素

选定相机:幅宽除以像素数得出实际检测精度

每秒运动速度长度除以精度得出每秒扫描行数

根据以上数值选定相机

如幅宽为1600毫米、精度1毫米、运动速度22000mm/s

相机：1600/1＝1600像素

最少2000像素，选定为2k相机

1600/2048＝0.8实际精度

22000mm/0.8mm＝27.5KHz

应选定相机为2048像素28kHz相机

线阵镜头的选型

为什么在选相机时要考虑镜头的选型呢？常见的线阵相机分辨率目前有1K,2K,4K,6K,7K,8K,12K几种，象素大小有５um,7um,10um,14um几种，很显然，Ｃ接口远远不能满足要求，因为Ｃ接口最大只能接22 mm的芯片，也就是1.3inch。而很多相机的接口为Ｆ，Ｍ42X1，M72X0.75等，不同的镜头接口对应不同的后背焦，也就决定了镜头的工作距离不一样。

（1）、光学放大倍率

确定了相机分辨率和像素大小，就可以计算出芯片尺寸（Sensor size）；芯片尺寸除以视野范围(FOV)就等于光学放大倍率。β=CCD/FOV

（2）、接口

主要有C、M42x1 、F、T2、Leica、M72x0.75等几种，确定了之后，就可知道对应接口的长度。

（3）、后背焦

后背焦指相机接口平面到芯片的距离，是一个非常重要的参数，由相机厂家根据自己的光路设计确定。不同厂家的相机，哪怕是接口一样，也可能有不同的后背焦。

面阵相机和镜头选型

已知：被检测物体大小为A*B,要求能够分辨小于C，工作距为D

（1）计算短边对应的像素数 E = B/C，相机长边和短边的像素数都要大于E；

（2）像元尺寸 = 物体短边尺寸B / 所选相机的短边像素数；

（3）放大倍率 = 所选相机芯片短边尺寸 / 相机短边的视野范围；

（4）可分辨的物体精度 = 像元尺寸 / 放大倍率 （判断是否小于C）；

（5）物镜的焦距 = 工作距离 / (1+1 / 放大倍率) 单位：mm；

（6）像面的分辨率要大于 1 / (2*0.1*放大倍率) 单位：lpmm ；

以上只针对镜头的主要参数进行计算选择，其他如畸变、景深环境等，可根据实际要求进行选择。

*针对速度和曝光时间的影响，物体是否有拖影

已知：确定每次检测的范围为80mm*60mm，200万像素 CCD 相机(1600*1200),相机或物体的运动速度为12m/min = 200mm/s 。

曝光时间计算：（1） 曝光时间 < 长边视野范围 / (长边像素值 * 产品运动速度)

（2） 曝光时间 < 80 mm / (1600∗250 mm/s)；（3） 曝光时间 < 0.00025s ；

总结：故曝光时间要小于 0.00025s ，图像才不会产生拖影。

来源：机械视觉沙龙

审核编辑：刘清