新线扫描相机技术挖掘更深

线扫描相机是传感器的选择，高速应用在分拣，印刷，纺织，农业和相关行业。通过以每秒70000的速度提供单行图像，行扫描相机能够创建“无限”长的图像，高达16000像素宽。与此同时，客户只需花费传统方式成本的一小部分，传统方式需要使用大约16台标准区域阵列相机，其传感器由1000列或更多的列组成，每幅图像的行数是传统方式的一半。

除了高速和高分辨率的图像采集，线扫描相机还可以使用各种不同的相机架构提供高分辨率的彩色图像，每种相机架构在色彩保真度、坚固性、速度或两者的组合方面都有优势。最新的线扫描相机结合了最新的高速CMOS传感器和新的传感器架构，提供更多的颜色和极性信息，解决世界上最快的工业应用。

极性在表面之下
Teledyne DALSA(Waterloo, ON, Canada)一直是供应三线性和四线性彩色和多光谱线扫描相机的市场领导者，用于印刷和农业应用中的高速彩色图像。Teledyne DALSA在相机的每个传感器上安装带通滤波器，只允许特定波长的光到达传感器。通过这种方式，每个传感器提供一个基于红色、绿色、蓝色或红外光线强度的图像。

今年，该公司还将提供一种新的极化线扫描相机，作为其Piranha4彩色线扫描相机的一部分。Teledyne DALSA高级产品经理何兴飞表示，这款新型四线性相机的四个传感器中有三个采用了偏振滤波器，分别是0度、90度和135度。第四个频道没有一个过滤器与其他频道进行比较。

“光有三个基本属性:强度、波长和极性，”He解释道。“例如，使用传统的单色或彩色相机，你无法看到玻璃面板上的压力，因为玻璃是透明的。然而，应力使极化改变了材料，从而影响了材料的双折射，双折射又影响了材料的极化状态。应用于硅[半导体]的透明涂层也是如此。你不能直接给涂层成像，看它是否被正确地应用，但通过观察极化信息，你可以识别涂层中的空洞或缺口。”

偏振图像还揭示了非透明材料的隐藏健康状况，比如碳纤维，隐藏的材料应力会导致这种极其昂贵的材料发生分层。

偏振图像还可以增强普通线扫描农业分类应用的对比度，He说。将白玉米粒从污染物中分离出来尤其具有挑战性，因为可能与食物混合的岩石和塑料碎片看起来非常相似。在许多情况下，农业客户将使用多光谱相机，在标准RGB通道上增加一个红外通道，以检测水含量的差异，从而将有机食品与无机污染物区分开来。他说，通过在这个分拣过程中增加极化，客户可以对他们分拣机器的准确性有更多的信心。

今天，单色线扫描相机在北美的年销售额约为8亿美元，而彩色线扫描相机的年销售额为3亿美元。“在我们的新食人鱼偏振相机之前，这类相机非常大，成本超过5万美元。它们太大，太慢，而且太贵了。”“我们现在制造的是一种非常小、成本低廉的解决方案，这是我们行业的关键。”

没有人能像线扫描那样扫描颜色
虽然最新的CMOS线扫描传感器正在帮助相机制造商将其最高速度相机的分辨率提高一倍，但它们也带来了与特殊响应和过滤涂层应用相关的挑战。

根据Paritosh Prayagi，线扫描产品经理在洁最新的CMOS传感器使JAI在单色中提供高达200 kHz的速度，在三线性中提供高达66 kHz的速度，其4K分辨率的线扫描相机。这种最先进的传感器技术也被整合到4K, 66 kHz 3-CMOS棱镜线扫描相机，使其成为市场上最快的棱镜相机。“我们对这些新模型使用了一种独特的传感器技术，”Prayagi说。“虽然竞赛推广TDI方法用于高速读出，但我们提供了一种创新的多线传感器设计，用户可以在两个像素大小之间切换，或使用线之间共享的浮动扩散节点将线合并，以提供最高速度和传感器分辨率的灵敏度。当与水平装箱相结合时，响应度增加了4倍，即使在低光照条件下也能提供高质量的结果。”

传统上，JAI使用相机内部的棱镜将入射光的不同颜色成分分离到RGB(现在是NIR或SWIR)通道。根据Prayagi的说法，这种方法有几个好处。在棱镜块上生长的二向色涂层提供了颜色通道之间陡峭的截断，这最小化了光谱串扰，促进了更好的光谱分化，并产生更强烈的对比度。由于没有涂层来吸收光，棱镜与传统的聚合物染料滤色器相比，减少了光损耗，因此每个通道的灵敏度更高。

棱镜方法还意味着用户不需要像在三线性相机中那样担心红、绿、蓝线传感器之间的物理间距。“棱镜技术非常适用于速度多变且不可预测的应用，因为通过相机的光传播是沿着单一的光路，所以三个传感器的每个都对准目标上的相同位置，与三线相机相比，在三线相机中，单个线条的间距造成了一些视差问题，这必须加以考虑，”Prayagi解释道。

除了为农业和分类应用中的传统应用提供更高的吞吐量，新的棱镜相机的更高的速度意味着它可以竞争打印检查应用，可能受益于更高的色彩保真度。

综上所述，JAI公司的新型三线性相机采用了比棱镜相机更简单的架构，为价格敏感的色彩分类应用提供了极具吸引力的性价比。“我们的棱镜技术已经在市场上站稳了脚跟。有了这个新的三线性相机，我们想引入一个有吸引力的替代现有的线扫描解决方案，有利于在食品和分类应用范围内的价格敏感系统中使用，”Prayagi说。

用时间来区分颜色
Teledyne DALSA也在扭转多光谱相机的成本合理性，在2018年第一季度推出其最新的Linea四通道相机。与其他捕获RGB和IR光谱波段图像的四线性多光谱相机不同，新Linea将按顺序捕获每个波段，并允许选择LED窄带照明来进行色彩过滤。

Teledyne DALSA的He解释说:“时分多光谱成像能力可以使用脉冲led定义颜色波长，而没有光谱串音。”“这使得客户可以定义光谱波段，而不是Teledyne DALSA定义基于过滤器涂层传感器的光谱波段。”这种方法以前是不可行的，因为CMOS传感器缺乏每个通道的独立曝光控制的开始和结束。他说:“你可以在一个模具上使用单线传感器，而不是多线传感器，但这会使应用速度降低三到四倍。”

线扫描相机继续瞄准一些最具挑战性的机器视觉应用。据《JAI》杂志的迪克森介绍，他的公司正在探索10GigE和光纤信道网络，以实现更快的摄像速度。随着行扫描相机不断突破机器视觉的极限，设计和安装这些系统需要先进的工程、光学、单处理和其他知识，这也就不足为奇了。但不用担心:机器视觉在将智能设计到产品中使复杂的东西看起来简单方面有着悠久的历史。这是唯一不变的一点。