线扫描相机的工作原理，以及为什么您的生产线需要一台

线扫描相机是一种工业机器视觉相机，它一次捕获一行像素，利用产品运动构建完整的二维图像，用于连续检测。这使得线扫描成像在卷材检测、圆柱体检测、表面缺陷检测以及区域扫描相机或人工检查无法提供完整覆盖的高速生产线中特别有价值。

对于检查瓶盖、小瓶、注射器、纸张、薄膜、金属卷、电池电极或其他移动材料的制造商来说，相机的选择直接影响图像质量、缺陷检测和过程控制。曲面会扭曲，宽幅面需要拼接，速度变化会拉伸或压缩图像。一个同步良好的行扫描系统将固定相机与受控运动、精确照明和编码器同步相结合，因此图像反映的是被检查的真实表面，而不是折衷的快照。

线扫描成像的工作原理

拥有线扫描部署实践经验的康耐视机器视觉应用工程师 Domenico Urbano 以这种方式解释这个概念：

区域扫描的工作原理与标准数码相机非常相似：在接收到触发信号后，它会立即捕捉整个视野。线扫描更接近办公室中的平板扫描仪。它不是一次捕捉整个场景，而是通过运动逐行构建图像。扫描头捕捉一条线，移动一小段距离，然后捕捉下一条线，如此反复，直到数千条线组合成最终的图像。这使得保持恒定亮度、避免阴影、减少反射和提高分辨率变得更加容易。

由于相机在任何时刻只能看到一条狭窄的条带，因此照明可以比大面积照明更精确地设计。常见的传感器配置范围从每行2K到16K像素，工业系统能够实现非常高的行速率。CCD传感器通常用于均匀性，CMOS传感器支持高速彩色成像，TDI传感器用于半导体晶圆检测等应用，这些应用需要更高的信号水平，而不需要过度照明。

为什么编码器同步很重要

线扫描系统依赖于运动。旋转编码器将传送带的运动转换为触发脉冲，使相机能够在正确的距离间隔处捕捉每一行。如果皮带速度发生变化，但相机继续以错误的速度捕捉图像，图像就会被拉伸、压缩或不完整。

乌尔巴诺描述了这种同步背后的触发器架构：

线扫描系统使用两种类型的触发器：帧触发器和线触发器。帧触发器开始采集。它可以来自外部传感器，例如光电管，也可以连续生成。线触发通常来自编码器。编码器信号通常被分频，以保持触发频率可控。这是由每行步数参数定义的：每N个编码器步数获取一行图像。此设置还限制了曝光时间，曝光时间不应超过应用每行步数值后预期的最大行频率的倒数。

配置错误通常会被误认为是硬件问题。乌尔巴诺指出：

如果没有适当的调试和对采集序列的全面审查，客户可能会将此解释为相机故障或限制，而实际上这通常只是一个配置问题。例如，简单地增加增益和减少曝光时间可以使系统处理更高的行频率。

这就是为什么线扫描的成功不仅仅是一个分辨率的问题。相机、镜头、照明、编码器、处理硬件和软件必须作为一个同步的检测架构运行。

区域扫描相机适用于离散部件、静态场景和许多装配检查。当物体是连续的，检查宽度超过单个区域扫描帧可以解决的范围，或者表面必须从圆柱体上展开时，线扫描相机成为更好的选择。权衡的是集成纪律：线扫描系统需要仔细的编码器设置和照明设计，而区域扫描系统可以更简单地部署。

根据Urbano的说法，人们常常会因为线扫描看起来更困难而避免使用它，这是一个错误：

在大多数情况下，我看到的是相反的情况。客户选择了一个区域扫描相机，而线扫描解决方案本来会更适合。这通常是因为线扫描集成被认为更复杂，特别是在采集设置方面，如焦点、曝光时间、编码器配置和图像长度。这种复杂性可能会使客户望而却步，导致他们选择看似更简单的选项。然而，这可能会带来额外的挑战，特别是在照明方面。与管理网络检查应用中的连续触发相比，均匀照亮更大的视野要困难得多。

换句话说，看似更简单的相机选择可能会在以后造成更困难的照明、覆盖和拼接问题。线扫描系统具有更陡峭的设置曲线，但当应用需要连续覆盖或圆柱形检查时，它可能成为更可靠的运行模式。

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线扫描相机的使用场合

网络检测是最明显的使用案例之一，因为生产挑战本质上是连续的。纸张、薄膜、箔片、纺织品、卷材金属和印刷材料在生产过程中没有方便的停顿点，这使得全帧捕捉效率低下或不完整。线扫描相机垂直安装在网状方向上，连续检查整个宽度，通常是在一个滚筒上，焦距稳定。

圆柱形检测是另一个很好的选择。在旋转小瓶、注射器、瓶子或瓶盖时，线扫描相机有效地将表面展开成平面图像，使算法能够获得一致的视图，无需失真补偿。

乌尔巴诺描述了注射器检测部署的情况，这种方法揭示了表面缺陷以外的问题：

客户需要检测注射器上的划痕、污渍和其他表面缺陷。一台4K线扫描相机在背光照明下检查每个旋转的注射器。与区域扫描方案相比，线扫描方法使用更简单的光学设置，提供了连续的360度覆盖，分辨率高度均匀。使用区域扫描相机实现相同的结果将需要多个相机和多个视图，这将增加照明、同步和图像拼接的复杂性。线扫描系统揭示了肉眼几乎看不到的极小划痕。这些缺陷是生产过程漂移的早期迹象。因此，客户能够识别并防止漂移，从而改善对整个过程的控制。

同样的原则也适用于其他高速、高价值的过程，其中下游缺陷逃逸的成本很高。电池电极网、半导体晶圆和散装食品流都需要在缺陷向下移动之前进行实时检查。线扫描系统可以检查涂层均匀性、晶圆表面、输送带宽的食品流和印刷材料，而无需采样或多相机拼接。

康耐视线扫描视觉系统还支持受监管的制药环境。在一个有记录的部署中，Zahoransky和系统集成商Visuelle Technik在十条生产线中每条生产线上部署了四台康耐视In-Sight线扫描相机，24/7全天候检查四种尺寸的安瓿瓶，每分钟30个。Zahoransky应用工程师Andreas Kirstein报告说，最终客户在部署后显著降低了错误缺陷率。阅读全文如下： 

完整的行扫描系统包括什么

完整的工业行扫描系统包括相机、专为传感器宽度上的恒定放大倍率而设计的镜头、稳定的高强度照明、旋转编码器、处理硬件（如视觉控制器或帧接收器）以及专为连续数据流而构建的机器视觉软件。康耐视 In-Sight 3800 行扫描将相机、处理和软件集成在一个独立的行扫描视觉系统中，旨在降低网络和圆柱形检测应用的集成复杂性。

开始发现您当前系统遗漏的内容

人工检查会遗漏移动速度过快的内容。区域扫描相机会遗漏过长、过弯曲或连续性过强的内容。配置得当的线扫描相机系统可让质量团队以生产速度实现连续表面覆盖，帮助制造商从缺陷检测转向更强大的过程控制，涵盖药品包装、电池电极、半导体晶圆、食品分选和表面涂层等领域。

下一步是看看这项技术在您的生产线上的表现如何。