14、高性能智能相机：原理、处理流程与实现

高性能智能相机：原理、处理流程与实现

1. 相机技术概述

在印刷瑕疵检测等应用中，光线被引导到一个具有特定轮廓的薄区域，但信号水平非常小，噪声成为限制因素。为了提高光灵敏度和改善图像质量，可采用基于 CCD 的 TDI 相机。TDI 相机与面扫描成像器类似，有几行用于图像采集，这些行用于累积光电荷，同时以与物体相同的速度逐行移动电荷，从而在多个曝光周期内收集生成的电荷，且不会因运动模糊而降低分辨率。TDI 还能提高信噪比，信号与求和阶段的数量 N 成正比累积，而不相关的噪声分量与 √N 成正比求和，因此具有 N 个阶段的 TDI 相机可将信噪比提高 √N 倍。

大多数 TDI 相机是单色的且基于 CCD 成像器，近年来也有人尝试将 TDI 原理应用于 CMOS 传感器，这是因为 CMOS 成像技术有所改进、CMOS 工艺更易获取以及制造成本较低。

CMOS 图像传感器相对于 CCD 技术具有多种优势，包括：
- 可读取任意区域。
- 曝光控制简单。
- 由于片上列并行模数转换器，速度快。
- 几乎没有像素光晕和拖影现象。

其中，读取感兴趣区域的独特功能尤为重要，它可通过减小图像尺寸来提高速度。结合曝光控制，MX 方法可实现基于面扫描设备的高速线扫描相机。

2. 数据处理流水线

在印刷瑕疵检测中，图像处理的工作量很大程度上取决于空间分辨率，必须选择合适的分辨率才能可靠地区分印刷品的精细结构和缺陷。分辨率和生产速度决定了每秒需要采集和处理的图像数据量。现代图像传感器的原始图像数据速率超过 1GB/s，在质量检测中，对如此高的原始数据速率进行广泛处理通常是不可能的，或者成本过高，因此