JAI 棱镜式3CCD彩色线阵相机的特点 _download PDF

JAI’s Line Scan Camera Technology
JAI 的 3CCD/3CMOS线阵相机
分光棱镜式3CCD/3CMOS彩色线阵相机的特点
现行彩色线阵相机技术的主流分为三线线阵和 3CCD 棱
镜 ( 或者 3-chip) 两种。 基本原理都相同, 通过红 , 绿 , 蓝
( 简称 RGB) 各自排成一列的 CCD 进行拍摄。 最大的差异在
于, 三线相机的 RGB 的 CCD 是分开配置的,而 3CCD RGB
各 CCD 在同一时間由同一个光軸成像。
由于三线相机的 RGB 的 CCD 被分开配置, 因此有些物
品不适合拍摄。 例如拍摄表面不与相机垂直的被摄体。 三
线相机是一旦相机设置稍微倾斜就会产生色偏。 反过換言
之, 由于 3CCD 相机是由同一光軸成像, 因此不会受到这
样的限制。
JAI 的线阵相机是采用了 Dichroic 棱镜的 3CCD 彩色线阵
相机。 从棱镜光学的设计到装配以及在棱镜上高精度地組
合 CCD 等所有工序均在 JAI 的工厂进行。 通过 20 年来在
3CCD 相机的开发过程中所积累的丰富经验和高超技术, JAI
的 3CCD 线阵相机实现了高分辨率和具有出色的色彩再现性。
3CCD 与三线阵相机的构成差异
JAI 3CCD 线阵相机的核心部分由 Dichroic 棱镜和 RGB 等 3
块 CCD 构成。( 图 1)
3 块 CCD 是利用 6 轴方向 (XYZ) 的高精度粘贴技术組合成
棱镜。由此,3 块 CCD 上排列的各像素点能拍摄被拍体的相
同位置。其结果,极易检测表面有凹凸的被摄体以及瓶子、
罐体等弯曲的被摄体。虽然内置棱镜导致相机尺寸变大,但
是通过棱镜分光后用 3 块 CCD 再现 RGB 各色,因此可获得
无变色且具有出色的色彩再现性。
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4096 画素 x 3COMS :LT-400CL
2048 画素 x 3CMOS :LT-200CL
2048 画素 x 3CCD :CV-L107CL
512 画素 x 3CCD :CV-L108CL
另一方面,在一个组件中拥有 3 个 RGB 线阵的三线相机 ( 图
2) 不需要光学棱镜,因此可缩小相机尺寸。此外,所使用
的 CCD 也只有 1 块,因此可降低制造成本。但是,与使用
棱镜的相机不同,不仅需要 RGB 的延迟补偿等复杂的处理,
而且还会发生色偏及混色。
图 2 :三线阵
3CCD 相机的优点
• 检测表面高低起伏的物体
在拍摄表面高低起伏的物体时,要保证三线相机的每一条
线拍摄在物体的同条线,几乎是不可能的事情。3-CCD 或
3-CMOS 相机通过同一光路成像,可以消除视差问题,能够
方便的检测这种表面高低起伏的物体 ( 图 3)
图 1 :棱镜与 CCD 传感器
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図3
図 4 左図はトライリニアカメラ
右図は 3C
図 4 左図はトライリニアカメラ
左図はトライリニアカメラ
右図は 3CCD 右図は
カメラの撮像例
図 3 左図はトライリニアカメラ
3CCD カメラの撮像例
图 3 左 :三线相机 右 :3CCD 相机
• 一定角度下的成像
当三线类型彩色相机与被拍摄面成一定角度是,为补偿因 R,G,B
三条线之间的间距引起的“空间转移“须在相机内部或图像处
理中予以补偿。3CCD 及 3CMOS 棱镜相机不需要作这种补偿。
因为芯片可以通过同一光路进行成像,而用于补偿处理的“空
间”可以用来进行其他工作。( 图 4)
2. 补偿彩色阴影
除了平面阴影补偿以外,以 Green( 绿 ) 信号为基准还能将
Red( 红 ),Blue( 蓝 ) 信号对准 Green( 绿 ) 信号。该补偿中如
果 Green( 绿 ) 信号出现倾斜,Red( 红 ),Blue( 蓝 ) 信号也会
跟 Green( 绿 ) 一样倾斜。无需补偿光量较少的周围亮度也能
够获得低噪波的成像。( 图 5 右 )
• 补偿像素灵敏度
补偿 CCD 传感器的每个像素点灵敏度的功能。像素点之间的
灵敏度差是该 CCD 本身具有的,如果不进行补偿纵线就会出
现在成像中。通过电气方式补偿灵敏度,可获得均一性更高
的成像。
• 拐点控制
通过使用拐点控制功能,可获得 4095LSB 的动态范围。
CCD カメラの撮像例
図 4 左図はトライリニアカメラ 右図は 3CCD カメラの撮像例
图 4 左 :三线阵相机 右 :3CCD 相机
JAI 3CCD 相机的便利功能
主要功能
• 一键式白平衡
可利用相机背面面板上的一键式白平衡设定用按钮或者串行
通信设定白平衡。利用相机拍摄白色后按下背面面板的按钮,
则计算 Green( 绿 ) 和 Red( 红 ),
Blue( 蓝 ) 的高差后对齐白平衡。
• 阴影补偿
CV-L107CL 中配备了对镜头等光学系统中发生的亮度阴影 ( 图
像周围光量的下降 ) 或彩色阴影 ( 图像周围的 RGB 色彩偏离 )
进行补偿的功能。
1. 平面阴影补偿
将 RGB 信号各自向平面补偿的功能。该功能可通过串行通信
实现 ON/OFF。( 图 5 左 )
B
• 自动设定扫描频率
当被摄体的亮度改变时自动变更扫描频率,以保持一定灵敏
度的功能。与提高增益的情况相比,扫描频率变长 ( 积累时间
变长 ) 不仅能消除 S/N 的退化,而且还能获得清晰的成像。
• 设定 RGB 个别电子快门
在变更 CCD 的电子快门获得白平衡时,除了设定 Green( 绿 )
的增益后变更设定 Red( 红 ) 和 Blue( 蓝 ) 的增益值的方法以外,
还可通过独立设定 Red( 红 )、Green( 绿 ),Blue( 蓝 ) 的快门速
度来获得白平衡。设定 Red( 红 ),Green( 绿 ),Blue( 蓝 ) 各自
的快门能消除 S/N 的退化且获得白平衡。
目标客户应用
除了面阵相机无法拍摄的大型被摄体,高速移动的被摄体
以外,有效利用棱镜式 3CCD 线阵相机的优点,用于检测弯曲
的被摄体和有凹凸的被拍体。
R
R
B
G
G
概念図
概念図
图5
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印刷检测
水果,甄别蔬菜等
WEB 检测
陶瓷,瓷砖检测
电子制造检测
邮件,包裹分拣
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可独立设定 3CCD 线阵相机的 3 个 CCD 快门速度和增益值。
因此可获得噪波少及具有出色的色彩再现性的成像。而且,
JAI 的 3CCD 相机内置了阴影补偿功能等便于图像处理的预处
理功能,可减少主机的负荷。