线阵相机和面阵相机的区别

线阵相机和面阵相机的区别

线阵相机

主要应用于工业、医疗、科研与安全领域的图象处理。 在机器视觉领域中，线阵相机

是一类特殊的视觉机器。与面阵相机相比，它的传感器只有一行感光元素，因此使高扫描

频率和高分辨率成为可能。线阵相机的典型应用领域是检测连续的材料，例如金属、塑料、

纸和纤维等。被检测的物体通常匀速运动 , 利用一台或多台相机对其逐行连续扫描 , 以达到

对其整个表面均匀检测。可以对其图象一行一行进行处理 , 或者对由多行组成的面阵图象

进行处理。另外线阵相机非常适合测量场合，这要归功于传感器的高分辨率 , 它可以准确

测量到微米。

1，线阵相机，机顾名思义是呈“线”状的。虽然也是二维图象，但极长，几K的长

度，而宽度却只有几个象素的而已。一般上只在两种情况下使用这种相机：一、被测视野

为细长的带状，多用于滚筒上检测的问题。二、需要极大的视野或极高的精度。

2，在第二种情况下（需要极大的视野或极高的精度），就需要用激发装置多次激发相

机，进行多次拍照，再将所拍下的多幅“条”形图象，合并成一张巨大的图。因此，用线

阵型相机，必须用可以支持线阵型相机的采集卡。 线阵型相机价格贵，而且在大的视野或

高的精度检测情况下，其检测速度也慢－－一般相机的图象是 400K～1M，而合并后的图

象有几个M这么大，速度自然就慢了。慢功出细活嘛。由于以上这两个原因，线阵相机只

用在极特殊的情况下。

面阵相机

相机像素是指这个相机总共有多少个感光晶片，通常用万个为单位表示，以矩阵排列，

例如3百万像素、2百万像素、百万像素、40万像素。百万像素相机的像素矩阵为

W*H=1000*1000。

相机分辨率，指一个像素表示实际物体的大小，用um*um表示。数值越小，分辨率

越高。FOV是指相机实际拍摄的面积,以毫米×毫米表示。FOV是由像素多少和分辨率决定

的。相同的相机，分辨率越大，它的FOV就越小。例如1K*1K的相机，分辨率为20um,

则他的FOV=1K*20×1k*20=20mm×20mm，如果用30um的分辨率，他的FOV=1K*30

×1k*30=30mm×30mm。

在图像中，表现图像细节不是由像素多少决定的，是由分辨率决定的。分辨率是由选

择的镜头焦距决定的，同一种相机，选用不同焦距的镜头，分辨率就不同。若采用20um

分辨率，对于1mm*0.5mm的零件，它总共占用像素1/0.02×0.5/0.02＝50×25个像素，

如果采用30um的分辨率，表示同一个元件，则有1/0.03×0.5/0.03=33×17个像素，显

然20um的分辨率表现图像细节方面好过30um的分辨率。

既然像素的多少不决定图像的分辨率（清晰度），那么大像素相机有何好处呢？答案

只有一个：减少拍摄次数，提高测试速度。若1个是1百万像素，另1个是3百万像素，

清晰度相同（分辨率均为20um）,第1个相机的FOV是20mm×20mm＝400平方mm，

第二个相机的FOV是1200平方mm,拍摄同一个PCB，假设第1个相机要拍摄30个图像，

第2个相机则只需拍摄10个图像就可以了。

对于面阵CCD来说，应用面较广，如面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等的测量。

面阵CCD的优点是可以获取二维图像信息，测量图像直观。缺点是像元总数多，而每行的

像元数一般较线阵少，帧幅率受到限制，而线阵CCD的优点是一维像元数可以做得很多，

而总像元数角较面阵CCD相机少，而且像元尺寸比较灵活，帧幅数高，特别适用于一维动

态目标的测量。以线阵CCD在线测量线径为例，就在不少论文中有所介绍，但在涉及到图

像处理时都是基于理想的条件下，而从实际工程应用的角度来讲，线阵CCD图像处理算法

还是相当复杂的。

由于生产技术的制约，单个面阵CCD的面积很难达到一般工业测量对视场的需求。线

阵CCD的优点是分辨力高，价格低廉，如TCD1501C型线阵CCD，光敏像元数目为5000，

像元尺寸为7μm×7μm×7 μm(相邻像元中心距)，该线阵CCD一维成像长度35mm，可

满足大多数测量视场的要求，但要用线阵CCD获取二维图像，必须配以扫描运动，而且为

了能确定图像每一像素点在被测件上的对应位置，还必须配以光栅等器件以记录线阵CCD

每一扫描行的坐标。一般看来，这两方面的要求导致用线阵CCD获取图像有以下不足：图

像获取时间长，测量效率低；由于扫描运动及相应的位置反馈环节的存在，增加了系统复

杂性和成本；图像精度可能受扫描运动精度的影响而降低，最终影响测量精度。

即使如此，线阵CCD获取图像的方案在以下几方面仍有其特有的优势：线阵CCD加

上扫描机构及位置反馈环节，其成本仍然大大低于同等面积、同等分辨率的面阵CCD；扫

描行的坐标由光栅提供，高精度的光栅尺的示值精度可高于面阵CCD像元间距的制造精度，

从这个意义上讲，线阵CCD获取的图像在扫描方向上的精度可高于面阵CCD图像；新近

出现的线阵CCD亚像元的拼接技术可将两个CCD芯片的像元在线阵的排列长度方向上用

光学的方法使之相互错 位1／2个像元，相当于将第二片CCD的所有像元依次插入第一

片CCD的像元间隙中，间接“减小”线阵CCD像元尺寸，提高了CCD的分辨率，缓解

了由于受工艺和材料影响而很难减小CCD像元尺寸的难题，在理论上可获得比面阵CCD

更高的分辨率和精度。

因此，线阵CCD加扫描运动获取图像的方案目前仍使用广泛，尤其是在要求视场大，

图像分辨率高的情况下甚至不能用面阵CCD替代。但是，仅有高的分辨率还不能保证有高

的图像识别精度，特别是线阵CCD获取的图像虽然分辨率高，但由于受扫描运动精度的影

响，其图像较面阵CCD图像更具特殊性。因此，图像识别时不仅要充分利用分辨率高的优

势，还必须从算法上克服扫描运动的影响，使机械传动的误差不致直接影响最终的图像识

别精度。

线阵CCD图像的特点

由于CCD像元是有间隔的，不论面阵还是线阵CCD获取的图像外观虽然是致密的，

但实质上都是离散图像，但面阵CCD像元在纵横两个方向间隔一致，其图像的离散度是一

致的，而线阵CCD图像由于存在像元间距和扫描行距，像素点在两个坐标方向上的距离分

别是像元间距和扫描行距，一般来说扫描行距受机械传动部分的限制，远大于像元间距。

线阵CCD获取二维图像，必须配以扫描运动，在此过程中，线阵CCD在电机驱动下

水平前移，按照固定的时间间隔采集一行图像。从理论上讲，电机运动速度 应该是匀速的；

CCD采集图像的时间间隔主要取决于光积分时间，也应该是相等的，因此行距应该是相等

的，但由于电机运动产生的振动、启停过程中速度的变 化，特别是机械传部分的误差都会

影响采集行距的一致性，同时，线阵CCD自身光积分时间也会影响采集行距。

QQ174388418 赵旭