1. 课程导论

1.1 多相机线扫系统概述

多相机线扫系统是一种高精度、高速的连续成像方案，广泛应用于宽幅面、高分辨率的工业在线检测场景。与面阵相机不同，线扫相机通过逐行扫描的方式采集图像，配合编码器触发的运动平台，能够生成连续无拼接的二维图像。当单个线扫相机的视场无法覆盖整个检测幅宽时，系统会采用多台线扫相机并排或交错排列，通过光学与机械设计实现视场拼接，从而在保证分辨率的前提下扩大检测范围。

典型的多相机线扫系统由以下核心组件构成：

1.2 典型应用场景

多相机线扫系统在工业视觉检测领域具有不可替代的地位，尤其在以下三大场景中已成为标准配置：

1.2.1 PCB 检测

PCB 板幅面大、线路密集、缺陷种类多（如短路、断路、划伤、异物）。单相机无法同时满足 10μm 级分辨率和 500mm 以上幅宽的检测需求。多相机线扫系统通过 4~8 台相机并排覆盖，实现整板一次性通过检测，检测速度可达 2~5 m/min。

1.2.2 印刷品检测

包装印刷、标签印刷、钞票印刷等场景对色彩还原、套印精度、字符完整性要求极高。多相机线扫系统配合彩色线扫相机（RGB 三线或棱镜分光），能够实现 1200 dpi 以上的连续检测，幅宽可达 1.6m 以上。

1.2.3 锂电池检测

锂电池极片涂布、辊压、分切、卷绕等工序中，极片表面缺陷（如针孔、划痕、金属异物）直接影响电池安全。多相机线扫系统覆盖极片全幅宽（通常 300~800mm），以 0.5~2μm 的像素精度进行实时检测，是锂电池制造中的关键质量关卡。

1.3 全局标定的重要性

在多相机线扫系统中，全局标定是指通过精确的数学模型和物理约束，将多台相机的图像坐标系统一到一个全局坐标系下，并校正由镜头畸变、安装误差、运动平台误差等引入的几何失真。没有全局标定，多相机系统将面临以下严重问题：

• 图像拼接错位：相邻相机视场重叠区的特征点无法对齐，导致拼接后的图像出现“断崖”或“重影”。
• 测量精度失效：缺陷的物理位置、尺寸、角度等测量值在不同相机区域不一致，无法进行定量分析。
• 系统调试困难：每次更换产品型号或调整机械结构后，需要人工反复调整相机位置，耗时且不可靠。
• 算法鲁棒性差：深度学习或传统视觉算法在未标定的图像上训练，泛化能力大幅下降。

全局标定的核心目标可以概括为以下三点：

1. 空间一致性：所有相机的图像坐标映射到同一物理坐标系，保证跨相机测量结果一致。
2. 几何保真度：校正镜头畸变、透视变形、运动方向偏转等几何误差，使图像真实反映物体形状。
3. 物理约束优化：利用已知的物理约束（如共线约束、共面约束、运动方向约束、编码器比例约束）来约束标定参数，提高标定结果的稳定性和可重复性。

1.4 多相机线扫系统架构图

下图展示了一个典型的多相机线扫系统架构，包含 4 台线扫相机并排覆盖检测幅宽，以及对应的光源、编码器、运动平台和图像处理单元。

1.5 全局标定流程概览

本课程将系统性地讲解多相机线扫系统的全局标定方法，整体流程如下图所示：

1.6 课程内容与学习目标

本课程共分为 30 章，从基础理论到工程实践，系统覆盖多相机线扫系统全局标定的完整知识体系。以下是课程的核心模块：

通过本课程的学习，你将能够：

• 理解多相机线扫系统的成像原理与标定需求；
• 独立设计并实施多相机线扫系统的全局标定方案；
• 掌握物理约束优化的核心算法，提升标定精度与鲁棒性；
• 解决实际工程中的标定难题，如温度漂移、机械振动、大视场拼接等。