线阵图像传感器像素阵列及物体表面缺陷检测方法技术

本发明专利技术涉及一种线阵图像传感器像素阵列及物体表面缺陷检测方法，该像素阵列包括2‑3个像素阵列单元，每个像素阵列单元至少包含一行像素；其中至少有一个像素阵列单元由A类像素组成，其余像素阵列单元由B类像素组成；同一像素阵列的A类像素的微透镜同向横向偏移，偏移的距离不小于像素尺寸单边长的1/5，最大不超过像素尺寸单边长的一半；B类像素的微透镜与像素几何中心重合；采用上述线阵图像传感器像素阵列，通过判断同列像素角度响应灵敏度比值变化的范围、比例变化的程度，可以推定各列像素对应的主光线入射角度并还原被检物表面的形貌，实现对被测物表面不规则缺陷尺寸、类型、形貌等缺陷的精细检测。

【技术实现步骤摘要】
线阵图像传感器像素阵列及物体表面缺陷检测方法
本专利技术属于线阵图像传感器设计领域，涉及一种线阵图像传感器像素阵列及物体表面缺陷检测方法。
技术介绍
图像传感器感光像素结构捕获目标物体的辐射和反射光能量，将一定角度入射的主光线光子收集到像素耗尽区形成电子-空穴对，被后端电路采样、转换生成电信号，从而还原目标物的图像细节信息，像素及电路剖面架构如图1所示。线阵图像传感器芯片以一行像素阵列作为成像单元，对物体运动的结果形成二维图像数据。线阵图像传感器器件可以排布多行像素阵列，每行像素阵列都可以单独成为像素单元，捕获图像数据。当物体垂直通过图像传感器像素线(一行像素阵列)时，线阵图像传感器与光学成像系统进行连续单线扫描，形成逐行的二维图像。由于线阵图像传感器只输出一行或几行(多行像素阵列排布，每行作为单独的成像单元)像素数据，所以线阵器件能够较容易地实现高行频、高分辨率，并且可以排布更复杂的电路实现更高集成度的电路功能，比如可编程增益放大电路模块、数字增益模块、模数转换模块、节温度传感器模块等等。由于线阵图像传感器及其匹配的光学系统能够通过非接触方式获得物体运动形成的二维图像，其被广泛应用于精细工业检测、需求精准筛选的农业生产、国土资源调查和对地遥感侦察等民用、军事探测领域中。线阵图像传感器的基本功能模块架构示意图如图2所示。如图3a、3b所示，现有的线阵图像传感器各像素微透镜与像素中心重合，在针对大批量检测或高速运动物体的检测时，单依赖被测目标物表面反射或发射光能量的差异导致的像素响应差异，不足以精细测试、测量、辨识目标物体表面不规则的缺陷。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够实现被测物表面不规则缺陷精细检测的线阵图像传感器像素阵列及物体表面缺陷检测方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的线阵图像传感器像素阵列包括2-3个像素阵列单元，每个像素阵列单元至少包含一行像素；其中至少有一个像素阵列单元由A类像素组成，其余像素阵列单元由B类像素组成；同一像素阵列的A类像素的微透镜同向横向偏移，偏移的距离不小于像素尺寸单边长的1/5，最大不超过像素尺寸单边长的一半；B类像素的微透镜与像素几何中心重合。进一步，本专利技术的线阵图像传感器像素阵列包括三个像素阵列单元，第一个像素阵列单元由A1类像素组成，A1类像素为微透镜沿像素阵列行方向向左偏移的A类像素；第二个像素阵列单元由B类像素组成；第三个像素阵列单元由A2类像素组成，A2类像素为微透镜沿像素阵列行方向向右偏移的A类像素。采用上述线阵图像传感器像素阵列对物体表面缺陷进行检测的方法，包括下述步骤：步骤一、采集各A类像素和B类像素的响应信号强度；则根据公式(1)计算同列像素的角度响应灵敏度比值；其中，为第i列像素的角度响应灵敏度比值；为第i列A类像素的角度响应灵敏度，为第i列B类像素的角度响应灵敏度；步骤二、在图像传感器角度响应特性曲线中找到角度响应灵敏度比值对应的第i列像素的主光线入射角度R；步骤三、根据各列像素对应的主光线入射角度响应特性还原被检物表面的形貌，实现对被测物表面不规则缺陷的精细检测；所述图像传感器角度响应特性曲线通过下述方法获得：(1)、采用平行光照射线阵图像传感器像素阵列，改变平行光入射角度，使其在-20°～+20°之间变化；每改变一个角度，采集各像素的响应信号强度，并根据公式(2)、(3)计算A类像素的角度响应灵敏度CRA(r)D1和B类像素的角度响应灵敏度CRA(r)D0；其中s(r)D1为平行光入射角度为r时A类像素的响应信号强度；S(r)D0为平行光入射角度为r时B类像素的响应信号强度，S(max)D1为平行光入射时A类像素的响应信号强度的最大值，S(max)D0为平行光入射时B类像素的响应信号强度的最大值，对于B类像素的角度响应信号强度最大值即为平行光垂直入射时；O为像素本底偏置值；(2)、根据公式(4)计算平行光入射角度r在测量范围内多个像素的角度响应灵敏度比值；其中P(r)D1为平行光入射角度为r时的角度响应灵敏度比值；(3)、根据步骤(2)得到的多个平行光入射角度对应的灵敏度比值拟合出主光线入射角度-角度响应灵敏度比值关系曲线。所述步骤一中，若经被测物表面反射的平行光入射角R小于0，则为第i列A2类像素的响应信号强度；若经被测物表面反射的平行光入射角R大于0，则为第i列A1类像素的响应信号强度；所述步骤(1)中其中当平行光入射角度r小于0时，S(r)D1为A2类像素的响应信号强度；当平行光入射角度为r大于0时，S(r)D1为A1类像素的响应信号强度。进一步，本专利技术的线阵图像传感器像素阵列包括两个像素阵列单元，一个像素阵列单元由A1类像素组成或者由A2类像素组成，另一个像素阵列单元由B类像素组成；A1类像素为微透镜向左偏移的A类像素，A2类像素为微透镜向右偏移的A类像素。采用上述线阵图像传感器像素阵列对物体表面缺陷进行检测的方法，包括下述步骤：步骤一、采集各A类像素和B类像素的响应信号强度；则根据公式(1)计算同列像素的角度响应灵敏度比值；其中为第i列像素的角度响应灵敏度比值，为第i列A类像素的角度响应灵敏度，为第i列B类像素的角度响应灵敏度；步骤二、在图像传感器角度响应特性曲线中找到灵敏度比值对应的第i列像素的主光线入射角度R；步骤三、根据各列像素对应的主光线入射角度还原被检物表面的形貌，实现对被测物表面不规则缺陷的精细检测；所述图像传感器角度响应特性曲线通过下述方法获得：(1)、所述的线阵图像传感器像素阵列包括两个像素阵列单元，一个像素阵列单元由A类像素组成，另一个像素阵列由B类像素组成；采用平行光照射线阵图像传感器像素阵列，改变平行光入射角度，使其在-20°～+20°之间变化；每改变一个角度，采集各像素的响应信号强度，并根据公式(2)、(3)计算A类像素的相对响应灵敏度CRA(r)D1和B类像素的相对响应灵敏度CRA(r)D0；其中S(r)D1为平行光入射角度为r时A类像素的响应信号强度，S(r)D0为平行光入射角度为r时B类像素的响应信号强度，S(max)D1为平行光入射时A类像素的响应信号强度的最大值，S(max)D0为平行光入射时B类像素的响应信号强度的最大值，为平行光入射角度；(2)、根据公式(4)计算平行光光源所在方向与微透镜偏移方向相反时-20°～0°范围内或者0°～+20°范围内多个平行光入射角度对应的角度响应灵敏度比值；其中P(r)D1为A类像素对平行光入射角度为r时的角度响应灵敏度比值；(3)、根据步骤(2)得到的多个平行光入射角度对应的角度灵敏度比值拟合出主光线入射角度-角度响应灵敏度比值关系曲线。所述步骤一中，所述的A类像素为微透镜向右偏移的A2类像素；经被测物表面反射的平行光入射角R小于0；所述步骤(1)中，经被测物表面反射的平行光入射角R小于0，为第i列A2类像素的响应信号强度。所述步骤一中，所述的A类像素为微透镜向左偏移的A1类像素；经被测物表面反射的平行光入射角R大于0；所述步骤(1)中，经被测物表面反射的平行光入射角R大于0，为第i列A1类像素的响应信号强度。当光强均匀、光线平行的光照条件照射被检物体时，经过被检物体反射后线阵照射图像传感器，A类像素与B类像素的角度响应灵敏度呈一定的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线阵图像传感器像素阵列，其特征在于包括2‑3个像素阵列单元，每个像素阵列单元至少包含一行像素；其中至少有一个像素阵列单元由A类像素组成，其余像素阵列单元由B类像素组成；同一像素阵列的A类像素的微透镜同向横向偏移，偏移的距离不小于像素尺寸单边长的1/5，最大不超过像素尺寸单边长的一半；B类像素的微透镜与像素几何中心重合。

【技术特征摘要】
1.一种线阵图像传感器像素阵列，其特征在于包括2-3个像素阵列单元，每个像素阵列单元至少包含一行像素；其中至少有一个像素阵列单元由A类像素组成，其余像素阵列单元由B类像素组成；同一像素阵列的A类像素的微透镜同向横向偏移，偏移的距离不小于像素尺寸单边长的1/5，最大不超过像素尺寸单边长的一半；B类像素的微透镜与像素几何中心重合。2.根据权利要求1所述的线阵图像传感器像素阵列，其特征在于包括三个像素阵列单元，第一个像素阵列单元由A1类像素组成，A1类像素为微透镜沿像素阵列行方向向左偏移的A类像素；第二个像素阵列单元由B类像素组成；第三个像素阵列单元由A2类像素组成，A2类像素为微透镜沿像素阵列行方向向右偏移的A类像素。3.采用如权利要求2所述的线阵图像传感器像素阵列对物体表面缺陷进行检测的方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一、采集各A类像素和B类像素的响应信号强度；则根据公式(1)计算同列像素的角度响应灵敏度比值；其中，为第i列像素的角度响应灵敏度比值；为第i列A类像素的角度响应灵敏度，为第i列B类像素的角度响应灵敏度；步骤二、在图像传感器角度响应特性曲线中找到角度响应灵敏度比值对应的第i列像素的主光线入射角度R；步骤三、根据各列像素对应的主光线入射角度响应特性还原被检物表面的形貌，实现对被测物表面不规则缺陷的精细检测；所述图像传感器角度响应特性曲线通过下述方法获得：(1)、采用平行光照射线阵图像传感器像素阵列，改变平行光入射角度，使其在-20°～+20°之间变化；每改变一个角度，采集各像素的响应信号强度，并根据公式(2)、(3)计算A类像素的角度响应灵敏度CRA(r)D1和B类像素的角度响应灵敏度CRA(r)D0；其中S(r)D1为平行光入射角度为r时A类像素的响应信号强度；S(r)D0为平行光入射角度为r时B类像素的响应信号强度，S(max)D1为平行光入射时A类像素各角度响应信号强度的最大值，S(max)D0为平行光入射时B类像素各角度响应信号强度的最大值，对于B类像素的角度响应信号强度最大值即为平行光垂直入射时；O为像素本底偏置值；(2)、根据公式(4)计算平行光入射角度r在测量范围内多个像素的角度响应灵敏度比值；其中P(r)D1为平行光入射角度为r时的角度响应灵敏度比值；(3)、根据步骤(2)得到的多个平行光入射角度对应的灵敏度比值拟合出主光线入射角度-角度响应灵敏度比值关系曲线。4.根据权利要求3所述的对物体表面缺陷进行检测的方法，其特征在于所述步骤一中，若经被测物表面反射的平行光入射角R小于0，则为第i列A2类像素的响应信号强度；若经被测物表面反射的平行光入射角R大于0，则为第i列A1类像素的响应信号强度；所述步骤(1)中，当平行光入射角度r小于0时，S(r)D1为A2类像...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘楠，刘岩，王琪，周泉，王欣洋，
申请(专利权)人：长春长光辰芯光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22