线扫描成像：发展、应用与未来--机器视觉网

在本次采访中，AZoSensors与Teledyne公司的Xing Fei He就线扫描成像及其优势、发展和未来进行了交流。

什么是线扫描成像，如何创建线扫描图像？

线扫描相机采用一维线性阵列，快速将图像数据从传感器传输到相机，然后再传输到主机，传输速度可达数百千赫兹。第二个维度来自于被成像物体或摄像机的运动。

线扫描成像设备在现实中的运用？最常见的运用是传真机。

设备工作原理

二维图像是在物体或相机（垂直）移动经过图像传感器中的像素线时，通过连续的单线扫描逐行获取。

在某确定视野内，一台2k线扫描相机可以提供与400万像素区域扫描相机（面扫描相机）完全相同的分辨率，且不会出现图像斑点或帧重叠的冗余处理。

线扫描成像经过十年发展后的现状

如今的线扫描相机可以捕捉、合并多个图像，从而在弱光环境下提高分辨率。各项新兴技术还实现了可见光和非可见光波段的整合，从而增强了视觉效果。

现在时间延时积分（TDI）技术已经成熟，是在光照不足条件下进行高速成像的常用手段。TDI使用多次曝光来收集更多光子，同时保持较低的读出噪声。如今，时间延时积分技术运用越来越广泛，尤其是在无法提高成像物体光强情况下的使用。

接触式图像传感器（CIS）技术已经存在了一段时间，但该领域的发展可进一步完善推动行扫描技术。CIS的特点是高度集成、结构紧凑，在空间有限的情况下优势明显。CIS的工作距离最低仅需10至15毫米。

Teledyne DALSA与这些设备的历史渊源

我们最新的Linea2 4K多光谱5GigE线扫描相机可捕捉高分辨率RGB加近红外（NIR）多光谱图像，发现仅靠可见光无法检测到的隐藏特征。因此非常适合识别（用于）自动光学检测、印刷检查、光学分拣系统、物料分级与检验、纸病检测及其他众多机器视觉应用中不易发现的缺陷、污染物和安全特性。

Linea SWIR可检测短波红外光谱中的光线，从在检测水果和其他食品时可识别表面以下的细节。该技术还能测定含水量，这是衡量食品质量的一个重要因素。Linea SWIR还可用于太阳能电池检测。

我们的Linea HS-16K BSI采用多阵列电荷域CMOS TDI技术，具有单色/HDR、彩色、多视场和超分辨率成像等先进功能，适用于晶片、平板显示器和电子封装检测以及光致发光和生命科学成像应用。

AxCIS接触式图像传感器集传感器、镜头和照明于一体，检测成本低，可运用于要求较高的机器视觉应用中。

AxCIS可实现120 kHz的单色行频和60 kHz x 3的彩色行频，分比率达到900 dpi，因此可以精确检测出缺陷。其独特的交错式传感器设计可覆盖整个视野，不会造成像素丢失，实现100%的无缝图像，无需插值。

在Teledyne DALSA的Linea系列中，有哪些线扫描设备？

我们的Linea线扫描产品包括：

Linea是我们独创的线扫描相机，分辨率从2K到16K，线速率高达71kHz；Linea2采用四线彩色加近红外多光谱技术，搭载5GigE接口，带宽是Linea GigE相机的五倍；Linea Lite体积小，相较普通版Linea缩小了45%。Lite版色彩保真度更高，搭载GigE Vision®接口；Linea ML具有多线技术，包括单色/HDR、彩色和多光谱成像；Linea SWIR为短波红外GigE线扫描相机，为您带来前所未有的全新观察视角；Linea HS 16K BSI具有更高的灵敏度，是近紫外（NUV）和可见光成像应用的理想之选。

如何选择Teledyne DALSA产品？

选择行扫描相机时需要考虑的三个最重要的因素是灵敏度、分辨率和行频。

关于灵敏度，我们会问“相机是否获得了足够的光子来执行机器视觉任务？”由于存在太多变量，通常很难仅凭组件规格来回答这个问题。在实际情况中，我们会估算出所需的光照强度，指定比估算值更高的光照强度，然后通过测试来验证是否达到了所需的灵敏度。

必须指定视野（FOV）和最小缺陷尺寸，以确定摄像机的分辨率。相机至少有3、4个像素“覆盖”最小缺陷尺寸才能达到理想分辨率。

行频则由视场野、物体速度和物体像素大小决定。例如，如果视野为12英寸，部件速度为每秒60英寸，假设使用的是8K（8192传感器像素）像机，则（视野中的物体像素大小）=视野/（像机分辨率）= 12/8192 = 0.001465”视野中的物体像素大小所需行频：60”/0.001465” = 40.956 kHz

线扫描图像设备有哪些优势？

速度快；价格/像素-线扫描以最低成本实现高空间分辨率图像捕捉；动态范围远高于其他图像采集方法；像素填充系数高（通常为100%），可最大限度地提高灵敏度；快速移动物体的无污点图像，无需频闪或复杂的快门装置，成本更低；处理效率——线扫描成像无需帧重叠便可实现无缝图像衔接。帧重叠是冗余数据，会占用宝贵的处理带宽，尤其是在高速、高分辨率应用。

该技术存在哪些问题？

线扫描成像中通常需要考虑照明和光学元件。需保持整个视野内光线均匀。

线扫描成像的积分时间通常很短，因此需要有足够强的照明。高倍率成像时的机械运动和校准也是需要考虑的问题之一。

Teledyne DALSA是如何解决这些问题的？

我们几乎所有的相机都有机内平场和镜头阴影校正功能，可以弥补均匀度差的问题。我们的高灵敏度TDI线扫描产品比大多数同类线扫描产品的灵敏度高出100倍，可解决照明强度问题。

Teledyne DALSA目前着手于如何进一步提升线扫描技术？

我们意识到在许多行业中，对高速和高分辨率线扫描相机有着越来越多的需求，包括汽车、制造、食品和饮料行业。此外，因CMOS相机外形小巧、性能佳、功耗低的特点备受欢迎。CMOS相机在耗电量大或空间有限的工作环境中需求量越来越大。