كاميرات المسح الخطي هي أجهزة تصوير متخصصة مصممة لالتقاط صور عالية الدقة للأجسام المتحركة أو المتصلة. بخلاف كاميرات المسح المساحية التقليدية التي تلتقط صورة ثنائية الأبعاد بتعريض واحد، تُنتج كاميرات المسح الخطي الصور سطرًا تلو الآخر، وهي مثالية لتطبيقات مثل فحص النسيج، وتحليل أشباه الموصلات، والتحقق من جودة التغليف.
تتميز هذه الكاميرات عادةً بصف واحد من البكسلات (أو أحيانًا صفوف متعددة)، وعند دمجها مع نظام تصوير متحرك أو نظام مسح، يمكنها إنتاج صور ثنائية الأبعاد عالية الجودة لأجسام مهما كان طولها تقريبًا. وحسب نوع المستشعر، تستخدم كاميرات المسح الخطي عادةً إما تقنية مستشعر CCD أو CMOS، وهي تقنية مشابهة لتلك الموجودة في العديد من الكاميرات.كاميرات CMOS- حيث أصبحت تقنية CMOS هي الخيار المفضل نظرًا لسرعتها وكفاءتها في استخدام الطاقة.
ما هي كاميرا المسح الخطي؟

عادةً ما تُحسّن كاميرات المسح الخطي للاستخدام الصناعي أكثر من العلمي، وقد تواجه قيودًا في تطبيقات الإضاءة المنخفضة أو الدقة الفائقة. قد يعني ارتفاع ضوضاء القراءة، وصغر حجم البكسلات، وانخفاض الكفاءة الكمية عمومًا أن هذه الكاميرات تتطلب مستويات إضاءة عالية لتوفير نسبة إشارة إلى ضوضاء (SNR) عملية.
يمكن استخدام كاميرات المسح الخطي بطريقتين أساسيتين:
التقاط أحادي الأبعاد
يمكن التقاط معلومات أحادية البعد، كما هو الحال في تطبيقات التحليل الطيفي. غالبًا ما تُعرض النتائج على شكل رسم بياني في برامج الكاميرا، حيث تكون الكثافة على المحور الصادي مقابل بكسل الكاميرا على المحور السيني.
التقاط ثنائي الأبعاد
يمكن "مسح" الكاميرا عبر موضوع التصوير، إما عن طريق تحريك الكاميرا أو موضوع التصوير، ويمكن تشكيل صورة ثنائية الأبعاد عن طريق التقاط شرائح أحادية البعد متتالية.
يتيح هذا النوع من التصوير التقاط صور كبيرة الحجم في أبعاد المسح. إن القدرة على تصوير الأجسام المتحركة دون تشويش الحركة (أو تشوهات الغالق الدوار) تعني أن كاميرات المسح الخطي تُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية، وخطوط التجميع، وفحص الأجسام الكبيرة، وغيرها.
كيف تعمل كاميرا المسح الخطي؟
تعمل كاميرا المسح الخطي بالتنسيق مع جسم متحرك أو آلية مسح. عند مرور الجسم أسفل الكاميرا، يتم التقاط كل خط من الصورة بالتتابع. ثم تُدمج هذه الخطوط آنيًا أو عبر برنامج لإنتاج صورة ثنائية الأبعاد كاملة.
تشمل المكونات الرئيسية ما يلي:
● مستشعر أحادي الأبعاد:عادةً ما يكون صفًا واحدًا من وحدات البكسل.
● التحكم في الحركة:يضمن الناقل أو الآلية الدوارة حركة متساوية.
● الإضاءة:في كثير من الأحيان يتم استخدام الإضاءة الخطية أو المحورية للحصول على إضاءة متسقة.
لأن الصورة تُبنى سطرًا تلو الآخر، فإن المزامنة ضرورية. إذا تحرك الجسم بشكل غير متسق أو كان التوقيت خاطئًا، فقد يحدث تشوه في الصورة.
كاميرات المسح الخطي مقابل كاميرات المسح المساحية
ميزة | كاميرا المسح الخطي | كاميرا مسح المنطقة |
التقاط الصور | سطر واحد في كل مرة | إطار ثنائي الأبعاد كامل في وقت واحد |
الاستخدام المثالي | الأشياء المتحركة أو المستمرة | مشاهد ثابتة أو لقطات سريعة |
حجم الصورة | غير محدود تقريبا في الطول | محدودة بحجم المستشعر |
اندماج | يتطلب التحكم في الحركة والتوقيت | إعداد أبسط |
التطبيقات النموذجية | فحص الويب والطباعة والمنسوجات | مسح الباركود، والروبوتات، والتصوير العام |
باختصار، تتفوق كاميرات المسح الخطي في تصوير الأجسام سريعة الحركة أو الكبيرة جدًا. أما كاميرات المسح المساحي، فهي أكثر ملاءمةً للتطبيقات التي تتضمن أهدافًا ثابتة أو صغيرة.
الميزات الرئيسية لكاميرات المسح الخطي
عند اختيار كاميرا مسح الخط، ضع في اعتبارك المواصفات التالية:
● القرار:عدد البكسلات في كل سطر، مما يؤثر على مستوى التفاصيل.
● معدل الخط (هرتز):عدد الخطوط التي يتم التقاطها في الثانية - أمر حيوي لعمليات التفتيش عالية السرعة.
● نوع المستشعر:CMOS (سريع، منخفض الطاقة) مقابل CCD (جودة صورة أعلى في بعض الحالات).
● واجهة:خيارات نقل البيانات مثل GigE، أو Camera Link، أو CoaXPress.
● النطاق الديناميكي والحساسية:مهم لفحص الأشياء ذات السطوع أو الانعكاس المتغير.
● اللون مقابل اللون الأحادي:تستخدم الكاميرات الملونة صفوفًا متعددة مع مرشحات RGB؛ وقد توفر الكاميرات أحادية اللون حساسية أعلى.
إيجابيات وسلبيات كاميرات المسح الخطي
الايجابيات
-
يمكنه التقاط معلومات أحادية البعد بسرعة عالية جدًا (عادةً ما تُقاس بمعدل خطي يبلغ مئات الكيلوهرتز). كما يمكنه التقاط صور ثنائية الأبعاد بأحجام مختلفة بسرعة عالية عند مسح موضوع التصوير.
-
يمكن التقاط معلومات الألوان دون التضحية بالدقة من خلال استخدام صفوف منفصلة مفلترة باللون الأحمر والأخضر والأزرق، أو يمكن للكاميرات المخصصة تقديم ترشيح محدد لطول موجي.
-
يجب أن تكون الإضاءة أحادية البعد فقط، واعتمادًا على إعداد التصوير، لا يمكن أن تتطلب أي تصحيحات مجال مسطح أو أي تصحيحات أخرى في البعد الثاني (الممسوح ضوئيًا).
سلبيات
-
تتطلب إعدادات أجهزة وبرامج متخصصة للحصول على بيانات ثنائية الأبعاد.
-
لا تصلح بشكل عام للتصوير في ظروف الإضاءة المنخفضة بسبب انخفاض كفاءة الطاقة والضوضاء العالية وأحجام البكسل الصغيرة، خاصةً مع أوقات التعرض القصيرة النموذجية للمسح الضوئي عالي السرعة.
-
لا يُقصد عادةً استخدامه للتصوير العلمي، لذا قد تكون الخطية وجودة الصورة رديئتين.
التطبيقات الشائعة لكاميرات المسح الخطي في المجال العلمي
تُستخدم كاميرات المسح الخطي على نطاق واسع في الأبحاث العلمية وتطبيقات التصوير المتقدمة التي تتطلب دقة عالية ودقة متناهية واكتسابًا مستمرًا للبيانات. تشمل الاستخدامات الشائعة ما يلي:
● التصوير المجهري:التقاط مسح خطي عالي الدقة لتحليل السطح أو الخلايا التفصيلي.
● التحليل الطيفي:تسجيل البيانات الطيفية عبر العينات بدقة مكانية دقيقة.
● علم الفلك:تصوير الأجرام السماوية أو تتبع الأهداف سريعة الحركة بأقل قدر من التشويه.
● علوم المواد:فحص الأسطح واكتشاف العيوب في المعادن أو البوليمرات أو المواد المركبة.
● التصوير الطبي الحيوي:مسح الأنسجة البيولوجية لأغراض التشخيص أو البحث، بما في ذلك علم الأنسجة وعلم الأمراض.
تستفيد هذه التطبيقات من قدرة كاميرا المسح الخطي على إنشاء صور عالية التفاصيل وخالية من التشويه على مناطق ممتدة أو في إعدادات تجريبية ديناميكية.
حدود كاميرات المسح الخطي

مخطط تخطيطي: كاميرا المسح الخطي عالية الحساسية من توسن/الكاميرا العلمية TDI
غادر:كاميرا مسح المنطقة غير المبردة
وسط:كاميرا TDI العلمية
يمين:كاميرا مسح المنطقة المبردة
على الرغم من أن كاميرات المسح الخطي توفر دقة ممتازة وهي مناسبة للتصوير المستمر، إلا أنها تعاني من بعض القيود، وخاصة في البيئات العلمية المتقدمة حيث تكون الحساسية واستقرار الإشارة أمرًا بالغ الأهمية.
أحد أهمّ القيود هو أدائها في ظروف الإضاءة الخافتة. تعتمد كاميرات المسح الخطي التقليدية على التعريض الضوئي أحادي المرور، مما قد لا يوفر نسبة إشارة إلى ضوضاء (SNR) كافية عند تصوير عينات ضعيفة الإضاءة أو حساسة للضوء، كما هو الحال في المجهر الفلوري أو بعض التحاليل الطبية الحيوية. إضافةً إلى ذلك، قد يكون تحقيق تزامن دقيق بين حركة الأجسام والتقاط الصور أمرًا صعبًا تقنيًا، خاصةً في الإعدادات التي تتطلب سرعات أو اهتزازات متغيرة.
هناك قيد آخر يتمثل في قدرتهم المحدودة على التقاط صور عالية الجودة للعينات التي تتحرك ببطء شديد أو ذات الإضاءة غير المتساوية، وهو ما قد يؤدي إلى تعرض غير متسق أو ظهور آثار الحركة.
للتغلب على هذه التحديات، برزت كاميرات TDI (دمج التأخير الزمني) كبديل فعّال. فمن خلال تجميع الإشارة عبر تعريضات متعددة أثناء حركة الجسم، تُحسّن كاميرات TDI حساسية الصورة وجودتها بشكل ملحوظ، مما يجعلها قيّمة بشكل خاص في المجالات العلمية التي تتطلب تصويرًا في ظروف إضاءة شديدة الانخفاض، أو نطاقًا ديناميكيًا عاليًا، أو دقة زمنية دقيقة.
خاتمة
كاميرات المسح الخطي أدوات لا غنى عنها في الصناعات التي تتطلب تصويرًا عالي السرعة والدقة للأسطح المتحركة أو المتصلة. وتوفر طريقة المسح الفريدة هذه مزايا مميزة مقارنةً بكاميرات المسح المساحية في الحالات المناسبة، خاصةً في تطبيقات مثل فحص النسيج، وتصوير أشباه الموصلات، والتغليف الآلي.
في حين تُستخدم كاميرات المسح الخطي بشكل أساسي في البيئات الصناعية، قد يستفيد المستخدمون الذين يحتاجون إلى حساسية عالية أو أداء منخفض الإضاءة من الاستكشافالكاميرات العلميةمصممة لتطبيقات التصوير الدقيق.
إن فهم كيفية عمل كاميرات المسح الخطي وما الذي تبحث عنه عند اختيار واحدة سيساعدك على تصميم أنظمة تفتيش أكثر ذكاءً وموثوقية.
الأسئلة الشائعة
كيف تقوم كاميرا المسح الخطي بالتقاط صور ملونة؟
تستخدم كاميرات مسح خطوط الألوان عادةً مستشعرات ثلاثية الخطوط، تحتوي على ثلاثة خطوط متوازية من البكسلات، كل منها مزود بمرشح أحمر أو أخضر أو أزرق. عند مرور الجسم أمام المستشعر، يلتقط كل خط لوني قناته الخاصة بالتتابع. ثم تُدمج هذه الخطوط لتكوين صورة كاملة الألوان. المزامنة الدقيقة ضرورية لتجنب عدم محاذاة الألوان، خاصةً عند السرعات العالية.
كيفية اختيار كاميرا المسح الخطي المناسبة
يعتمد اختيار الكاميرا المناسبة على متطلبات تطبيقك. إليك بعض العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها:
● متطلبات السرعة:قم بتحديد احتياجاتك من معدل الخط استنادًا إلى سرعة الكائن.
● احتياجات الحل:قم بمطابقة الدقة مع تحمُّلات التفتيش الخاصة بك.
● الإضاءة والبيئة:خذ بعين الاعتبار استخدام إضاءة خاصة للأسطح العاكسة أو الداكنة.
● نوع المستشعر:أصبحت تقنية CMOS شائعة الاستخدام بسبب سرعتها وكفاءتها، في حين لا تزال أجهزة CCD قيد الاستخدام في الأنظمة القديمة والحساسة للدقة.
● الاتصال:تأكد من أن نظامك يدعم واجهة الكاميرا (على سبيل المثال، CoaXPress لمعدلات البيانات العالية).
● الميزانية:موازنة الأداء مع تكلفة النظام، بما في ذلك الإضاءة والبصريات ومُلتقطات الإطارات.
في حالة الشك، استشر خبيرًا أو بائعًا متخصصًا في الرؤية الآلية لضمان التوافق مع تصميم النظام وأهداف التطبيق لديك.
كم عدد الخطوط الموجودة في كاميرا المسح الخطي أحادية اللون؟
عادةً ما تحتوي كاميرا المسح الخطي أحادية اللون القياسية على خط واحد من البكسلات، ولكن بعض الطُرز تتميز بخطين متوازيين أو أكثر. يمكن استخدام هذه المستشعرات متعددة الخطوط لتحسين جودة الصورة من خلال حساب متوسط التعريضات المتعددة، أو تحسين الحساسية، أو التقاط زوايا إضاءة مختلفة.
في حين أن الكاميرات ذات الخط الواحد كافية لمعظم عمليات التفتيش عالية السرعة، فإن الإصدارات ذات الخطين المزدوج والرباعي توفر أداءً أفضل في البيئات الصعبة، وخاصة حيث تكون هناك حاجة إلى ضوضاء منخفضة أو نطاق ديناميكي عالي.
لمعرفة المزيد عن تقنية مسح الخطوط في تطبيقات التصوير المحدود بالضوء، راجع مقالتنا:
تسريع عملية الاستحواذ المحدودة بالضوء باستخدام Line Scan TDI Imaging
لماذا تكتسب تقنية TDI زخمًا في التصوير الصناعي
جميع الحقوق محفوظة لشركة توكسين فوتونيكس المحدودة. يُرجى ذكر المصدر عند الاقتباس.www.tucsen.com