ADR*(大幅物体重采样技术)是在大幅物体运动速度不稳定的情况下,线阵摄像机采集图像的最终解决方案。ADR的独特优点包括:

  可采集无快门控制的线阵摄像机
  更高的图像质量
  支持常曝光摄像机并利用全部的采集信息
  由于没有快门控制,大大降低了图像中的开关噪音
  简单的连接与控制提高了工业应用的可靠性

ADR是线阵摄像机采集图像的新方法。同传统方法相比较,ADR可以采集更高质量的图像。

在ADR模式里,线阵摄像机工作在恒定的线率输出状态(不受采集卡控制)。但是,采集的大幅物体的运动速度可以变化。ADR从摄像机采集到的原始线阵图像进行高精度运算,重新合成图像,重现正确的物体的比例,不会出现物体长度随速度变化而变化的问题。

如果线阵摄像机工作在恒定的线率情况下,每隔恒定的时间间隔就会采集一次。例如,线阵相机工作在线率10 KHZ,而物件运动速度为100英寸/秒,则每条线对应于运动方向的1/100 英寸或100DPI。

如果物体运动速度发生变化,图像就会出现几何畸变,如下图所示：

这意味着线阵摄像机的线率和物体运动速度决定了图像中downweb方向的分辨率。如果采集中速度发生变化,那么摄像机的线率也必须相应变化以保证downweb方向上一致的分辨率。

通常采用的方法是利用运动编码器,它可以根据物体运动的快慢发出相应频率的脉冲。利用该脉冲控制线阵摄像机的采样频率,由此获得downweb方向的一致分辨率。Euresys的采集卡带有"频率转换器"(Rate Converter),它不仅能够使运动方向达到一致的分辨率,而且可以任意改变downweb方向上的分辨率。

在实际机械设计上,保证完全恒速的运动不仅昂贵而且困难。所以对于线阵摄像机的应用,采集卡必须能够支持物体运动速度变化的情况。

对于没有电子快门控制的线阵摄像机,摄像机的传感器一直处于常曝光状态,只在采集瞬间复位清空,所以采集间隔时间的长短决定了图像的亮度。将这种摄像机应用在物体运动速度不恒定的应用中,很明显会出现问题:为了保证运动方向的一致分辨率,必须利用编码器控制采集的频率,而变化的速度意味作变化的采集间隔时间,而变化的采集间隔时间意味作变化的亮度。最终的结果是图像在downweb方向上亮度随着物体运动速度的变化而变化,无法采集到亮度一致的图像。

解决亮度随速度变化的办法是采用有曝光控制的线阵摄像机。下面二图表达了无快门和有快门控制的线阵摄像机采集运动速度变化物体的基本原理：

虽然摄像机的采集时间间隔有变化,但电子快门使每次采集时的曝光时间一致,而达到图像的亮度一致。但必须注意n曝光时间必须短于最高线率时的采集间隔时间。

ADR创造性地解决了大幅物体运动不恒速所造成的图像采集物体。在ADR模式下,摄像机可以是无快门功能并工作在恒定的线率输出状态。运动编码器仍然需要,但只是用于测量物体的运动速度变化而不是用于控制摄像机的快门。ADR利用编码器输出的物体运动速度,通过专门的算法计算以决定如何来合成当前的线图像。注意,在一小段时间里,所有摄像机输出的线图像会临时储存在板卡上,直到当前位置的线图像合成完毕,该小段的图像会随时间而滚动更新,用于合成下一位置的线图像。

下图说明了ADR的过程:

该例中,摄像机工作在20kHz的恒定输出线率。物体运动速度从50英寸/秒变化到200英寸/秒,4倍的速度变化。黄色图像代表了运动的大幅物体。前面的部分运动速度比较慢,然后逐渐加速到最快。采样的密度则由高变低。右面的图像是通过ADR合成的图像。从图中可以看出,该图像是根据物体运动速度变化信息重新采样原始图像而得到的。前面部分运动慢,采样的线比较多,故多条线合成一条线图像;而到了下面,速度提高了,采集的线较少,故较少的线合成新的线。该例里,通过ADR重新采样得到了无畸变的100 dpi分辨率的图像。

ADR以极高的数字精度实时地计算合成线图像。它利用实时获取的当前编码器的速度值并通过Euresys独有的算法计算出每条原始图像线的权值以精确地合成最终的线图像。上图中的权值,简单表达了这样的合成概念。

使用ADR时,应当根据下面的原则选择摄像机和配置其输出线率:

当前有很多的线阵摄像机直接采用了扫描器或复印机用的线阵图像传感器,由于所有扫描器或复印机扫描时的运动速度都是精确恒速控制的,所以这些线阵图像传感器通常都没有快门控制。由于这种线阵图像传感器设计简单,因此价格很便宜。

但是,由于没有快门控制,以前的技术没有办法将这种线阵摄像机应用于物体运动速度变化的场合。Euresys的ADR技术完全解决了这个问题,使客户可以使用低价格的无快门线阵摄像机搭建高精度工业检验系统。大大提高了检验系统的性价比。

由于摄像机工作在常曝光状态,它达到了最高可能的灵敏度。注:通常应用中线阵摄像机需要很高的灵敏度,因为每条线的曝光时间非常短。而采用曝光控制意味作只有部分时间用于曝光,使实际的摄像机感光灵敏度降低。

另外,采用曝光控制的方法会产生固有的开关噪音(FPN),使图像质量达不到最佳。而在ADR中不需要曝光控制,因此可以采集到更高质量的图像。

从系统设计的角度来看,ADR的方法比传统的方法简单。图像卡同摄像机的连接及控制都很少。在工业应用中,简单意味作可靠。

ADR的另一优点是工作的动态范围高于摄像机本身的线率范围。设想在某种情况下,机械传动突然加快,造成大幅物体运动速度达到很高,在这种情况下,系统要求摄像机线率的输出率可能超出摄像机本身的最高线率水平。如果采用传统的快门控制的方法,意味作采集卡将输出高频脉冲强迫摄像机采集,最终会造成摄像机或系统死机;但采用ADR的方法则没有任何问题,因为ADR没有控制摄像机,只是将摄像机的输出线进行重采样,不会造成系统死机的情形,因此具有更高的系统可靠性。

对于慢速的运动情况,ADR也有很好的可靠性。目前,ADR可以处理的最快最慢的比是200。