一、工业相机
工业相机或者称为工业摄像头，是为了与民用和交通用的相机（摄像头）区分而取名。工业相机的优点主要表现在具有非常高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力并且适用于7*24小时的不间断工业工作环境。工业相机的出现不仅提高了工业产品的质量、提高工厂生产效益，还降低了劳动力成本。
早期的的工业相机所采用的图像传感器为CCD（Charge Coupled Device），它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。一个完整的CCD相机主要有光学微透镜、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟和数字信号处理电路等组成。早期的CCD相机具有成像品质高，图像稳定，彩色还原度高等优点。CCD相机的缺点也非常的明显，主要表现为像元无法做到很小，功耗比较大。CCD传感器的缺点导致其无法拓展更大的像素分辨率。
为了解决CCD相机自身缺陷，科学家开发了基于CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）技术的图像传感器。随着超大规模集成电路 (VLSI) 制造工艺技术的发展，CMOS图像传感器得到迅速发展。CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。CMOS图像传感器以其良好的集成性、低功耗、高速传输和宽动态范围等特点在高分辨率和高速场合得到了广泛的应用。CMOS图像传感器优秀的成像性能也最终导致了很多大厂停产了CCD图像传感器，转而大规模生产基于CMOS技术的图像传感器。
二、线阵相机
线阵相机是工业相机的一种，顾名思义就是只有一行或者只有几行（最多256行）但是又有很多列像素的相机。
例如我们经常使用的2K线阵相机，其分辨率为2048*1像素，像素排布为行数为1行，列数为2048列，像元布局图如下：
线阵传感器示意图
三、线阵相机的分类
线阵相机按照像素列数主要分为2K、4K、6K、8K、9K、12K、16K、18K等分辨率相机。
按照颜色分为彩色线阵相机和黑白线阵相机。
按照线阵相机的行数多少主要分为单线线阵相机和TDI（Time Delay Integration）线阵相机，其中TDI相机主要适用于高速移动的物体或者反射率低的样品。
四、线阵相机主要参数
1）线阵相机分辨率，图像传感器上像元的个数，以长×宽的方式表示，例如2K相机的分辨率为2048*1。
2) 行频，表示每秒钟线阵相机可以采集最大的行数。
比如像素为8192*1， 行频为16KHz, 那么此这个线阵相机每秒可以采集的最大图像分辨率为8192*16000。
3）像元大小，线阵相机的主流像元为14μm、7μm、5μm、3.5μm等，不同的像元大小感光率会有差异。像元越大，图像传感器的感光灵敏度更高，动态范围也越大。在微光环境下，可以优先选择像元大的线阵相机。
4）像元数据格式，主要有8bit、10bit、12bit的等数据格式。
5）相机曝光，相机的曝光设置范围。其中包含最小的曝光值，以及可以设置的曝光数值区间，其中最大的曝光数值为行频的倒数。如行频设置为10000Hz，那么最大曝光时间为1/10000秒，也就是最大曝光时间只能设置到100μs。
五、线阵相机工作方式
线阵相机在工作时需要保证被拍摄样品和线阵相机相对运动，这样才能采集到一幅完整清晰的图像。线阵相机通过内部触发的方式或者编码器信号触发的方式，触发相机采集一行的图像数据，多行的图像数据最后组成完整的一帧图像，如下图所示：
六、如何选择基于线阵相机的视觉系统
线阵相机的选择取决于传感器尺寸和线速度（也称作行频）
首先确认线阵相机的分辨率也就是线阵传感器的尺寸，根据奈奎斯特采样定律，瑕疵或者目标物分辨需要2.5个像素。例如:FOV = 300mm，最小检测尺寸为0.12mm。那么最少像素个数=FOV/最小检测尺寸，该例子中需要的分辨率为(300/0.12)*2.5=6250pixels。因此需要选择8K分辨率相机，当然也可以选择2个4K分辨率相机。
其次需要确认线阵相机的行频，其中需要知道三个已知量，分别为图像像素尺寸和产品线速度。例如：视野300mm，速度500mm/s，所用相机为8K相机，由此计算图像的像素尺寸=FOV/传感器分辨率，即300/8192=0.037mm/pixels。需要的最低行频为500/0.037=13653Hz。
使用线阵相机时需要注意平台运动速度和相机采集速度的匹配，如果不匹配会导致图像的拉伸和压缩，如下图所示：
七、基于线阵相机视觉系统组成
基于线阵相机的视觉系统除了控制和分析的主机系统及固定用的机械机构外，主要分为视觉和运动控制两大部分。
视觉部分主要组件主要包括：线阵相机（Line scan camera），工业镜头（Lens），线阵光源（light），图像采集卡（Frame grabber）。
线阵相机
工业镜头
图像采集卡
数据线缆
运动控制部分主要包括：马达，马达驱动器，旋转编码器，运动控制卡或PLC，还有触发用的光电传感器等。
八、线阵相机使用案例
传统上，线阵相机视觉系统主要用于造纸业、印刷业、钢铁以及玻璃制造行业等。其主要视觉配置如下图所示：
线阵相机可以用来做瓶体标签的缺陷检测，如下图所示：
随着液晶行业和半导体行业的快速发展，线阵相机也越来越多的用在液晶面板和半导体晶圆的缺陷检测和尺寸测量等。
参考文献：《线阵相机的原理和应用》
