图像传感器作为将光信号转化为电信号的核心器件，堪称现代机器的 “眼睛”。其持续迭代升级，正重塑人类借助技术感知、解读世界的路径。随着人工智能（AI）在各行业加速渗透，未来面向机器的摄像头数量，将远超服务于人类视觉的产品 —— 这就要求传感器不能仅停留在捕捉光线，更要能提取复杂、富含价值的深度洞察。

奥地利维也纳奥地利技术学院（AIT）高性能视觉系统研究小组自 20 世纪 90 年代起便致力于高速机器视觉技术的研发。如今，借助 SVS-Vistek 旗下的 EoSens Creation 相机，该团队在速度领域实现了全新突破。

高度自动化的生产流程运转极为迅速：电子元件、电池箔片及印刷品的生产速度可达每秒 10 米。而在电线电缆等产品的制造中，生产速度更是常达每秒 100 米，这类高速场景并不罕见。

如此高的速度早已超出人眼的分辨能力，即便是用于高速生产元件质量检测的机器视觉系统，也往往难以稳定跟上指定速度 —— 尽管近年来该技术性能稳步提升，但在超高速检测场景中，即便是高端系统有时也会触及性能极限。

奥地利技术学院（AIT）高性能视觉系统研究小组高级专家恩斯特・博登斯托弗博士表示：“此前，工业应用中约 1 兆赫兹线扫描速率的拍摄速度一直难以实现，而我们如今已突破这一技术壁垒。”

提升速度的创新方案

AIT 通过巧妙设计实现了高图像采集速度。通常，线扫描相机基于线扫描传感器工作，适用于检测长条状或近乎连续的物体，其原理是 “逐行切片” 采集图像，再经拼接后进行评估。

但博登斯托弗解释道，AIT 采用了截然不同的技术路径：“借助现代 CMOS 图像传感器技术，面阵传感器的扫描速率（以每秒采集行数计）已远超最快的线扫描传感器。我们的方案是在标准相机的 FPGA 逻辑中集成实时处理功能，使面阵扫描能与物体运动精准同步，并将图像无缝融合为连续的图像流。通过这一设计，相机可在内部直接校正不必要的阴影伪影。”

据博登斯托弗介绍，该技术的核心创新点在于：AIT 为一款 1920×1080 像素的常规面阵相机，增强了专用 FPGA 功能，使其具备图像拼接能力，并能与超高速 LED 闪光灯实现精准同步。这一设计实现了前所未有的扫描速度，可媲美线扫描速率达 1 兆赫兹的线扫描相机。

作为核心基础的相机选型

AIT 研发的这款高速机器视觉系统名为 xposure:1M，其中相机的选型至关重要。博登斯托弗团队最终选用了 SVS-Vistek 旗下的 Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE 相机，该相机由总部位于德国吉尔兴的制造商率先以租赁形式提供给客户使用。

博登斯托弗表示：“选择这款相机的主要原因之一，是其搭载了 Luxima 的高速集成 LUX19HS 传感器 —— 该传感器无帧开销时间，即便在读取少量行数据时仍能保持出色性能。此外，这款相机允许我们将自主研发的高性能智能图像预处理 IP 集成到相机 FPGA 中，并将图像拼接为更大尺寸以优化处理流程。我们借助这一独特功能，实现了图像采集与物体运动、照明闪光灯控制的亚微秒级精准同步，并将图像数据分割为易于处理的帧尺寸。”

在标准配置下，Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE 的分辨率为 1920×1080 像素，最高帧率达 2200 帧 / 秒。为适配 AIT 系统，团队将其分辨率调整为 8 行 ×1024 像素，从而实现了 125,000 帧 / 秒的卓越传感器速度，使其能以类似 1 兆赫兹线扫描速率的模式运行。

该相机的另一大优势是配备 10GigE Vision SFP + 接口，可通过光纤布线快速、远距离传输大量采集数据。在部分应用场景中，这一特性对确保图像数据从采集位置无延迟传输至处理计算机至关重要。

至关重要的照明系统

图像采集速度固然关键，但在 1 兆赫兹及以上的高扫描速率下，图像质量的保障同样重要 —— 这就需要照明系统的协同配合，只有将高速面阵相机与快速脉冲照明相结合，才能实现卓越的检测效果。

博登斯托弗解释道：“1 兆赫兹的线扫描速率需要约 1 微秒的极短曝光时间，同时需保证极高的光强度，才能获得良好的图像质量。与面阵相机常用的大面积照明不同，我们的 xposure:1M 技术仅需照亮少量行区域。这一设计带来两大优势：一方面，借助现代 LED 的过流能力，可实现极高的脉冲功率；另一方面，窄幅采集区域能获得更明亮、均匀的照明效果，这是大面积照明难以实现的。”

在现代高性能 LED 技术的支持下，通过小占空比的脉冲过驱动，可显著提升照明光输出 —— 这一原理同样适用于面阵相机的视场照明：为避免运动模糊，曝光时间必须仅为图像周期的一小部分，因此光源仅需在每个周期的短时间内开启。AIT 旗下的快速 xposure:flash 频闪线光源技术（脉冲持续时间最长 1 微秒），便是 xposure:1M 系统的理想照明解决方案之一。

扫描方式（示意图）：通过由若干行组成的快速图像片段序列，对高速运动物体进行采集。核心关键在于确保采集过程与物体运动的精准同步。（© 奥地利技术学院）

专业技术支持

博登斯托弗指出，除了 Mikrotron EoSens Creation 2.0 XGE 的技术特性外，SVS-Vistek 在另一层面也给 AIT 团队留下了深刻印象：“在相机硬件描述语言（HDL）编程的培训阶段，SVS-Vistek 对接人员提供了专业且优质的技术支持，后续的持续协助也为项目推进提供了有力保障。尤其值得肯定的是，SVS-Vistek 为满足系统特殊功能需求，专门为 AIT 定制开发了专属适配方案，这对我们的研发工作极具价值。”

博登斯托弗及其团队已通过多个实例验证了该方案的有效性。例如，他们将一张纸币固定在转速为每秒 10 米的滚筒上，当系统以 125,000 帧 / 秒的速度采集 8 行感兴趣区域时，xposure:1M 系统实现了令人瞩目的每秒 100 万行总扫描速度，且能以 10 微米 / 像素的分辨率捕捉细节 —— 即便是纸币上仅 200 微米大小的字符，也能被可靠识别读取。

相机原理框图：FPGA 设计（绿色标注）分为 “供应商 IP” 与 “自定义 IP” 两部分。（© 奥地利技术学院）

基于这些研究成果，博登斯托弗认为 AIT 的 xposure:1M 技术拥有广泛的应用场景，并列举了部分实例：“该高速系统可用于多个领域，例如金属加工行业中电线、电缆或金属带材的快速光学检测，护照、纸币等防伪印刷品的核验，以及包装印刷检测（如药品包装上的盲文编码校验）。在电子制造领域，其应用包括印刷电路板、电池箔片及电极的快速检测。此外，该系统还可用于铁路或公路路面等基础设施检测，以及其他需要对高速运动物体的扁平窄幅表面进行高分辨率扫描的场景。” 尤其适用于需通过快速时分复用技术（如在线光度立体视觉系统）在不同照明角度下 “同步” 采集物体图像的场景。因此，对于要求视觉系统兼具超高速度与高精度的应用需求而言，AIT 的 xposure:1M 技术是极具竞争力的优选方案。