25/08/07Лінейныя камеры сканавання — гэта спецыялізаваныя прылады візуалізацыі, прызначаныя для атрымання высакаякасных малюнкаў рухомых або бесперапынных аб'ектаў. У адрозненне ад традыцыйных камер плоскага сканавання, якія захопліваюць 2D-выяву за адну экспазіцыя, лінейныя камеры сканавання ствараюць выявы радок за радком — ідэальна падыходзяць для такіх задач, як праверка рулоннай тканіны, аналіз паўправаднікоў і праверка ўпакоўкі.
Звычайна гэтыя камеры маюць адзін рад пікселяў (а часам некалькі радкоў), і ў спалучэнні з рухомым аб'ектам або сістэмай сканавання яны могуць ствараць высакаякасныя 2D-выявы аб'ектаў практычна любой даўжыні. У залежнасці ад тыпу датчыка, камеры з лінейным сканаваннем звычайна выкарыстоўваюць тэхналогію датчыкаў CCD або CMOS, падобную да той, што сустракаецца ў многіх...CMOS-камеры— прычым CMOS становіцца пераважным выбарам дзякуючы сваёй хуткасці і энергаэфектыўнасці.
Што такое камера лінейнага сканавання?
Лінейныя камеры звычайна аптымізаваны для прамысловага, а не навуковага выкарыстання і могуць мець абмежаванні ў прымяненні ва ўмовах нізкай асветленасці або звышвысокай дакладнасці. Высокі ўзровень шуму счытвання, малыя пікселі і, як правіла, нізкая квантавая эфектыўнасць могуць азначаць, што гэтым камерам патрабуецца высокі ўзровень асветленасці для забеспячэння працаздольнага суадносін сігнал/шум.
Лінейныя камеры можна выкарыстоўваць двума асноўнымі спосабамі:
Аднамерны захоп
Аднамерная інфармацыя можа быць атрымана, напрыклад, у спектраскапічных прыкладаннях. Вынікі часта прадстаўляюцца ў выглядзе графіка ў праграмным забеспячэнні камеры, дзе інтэнсіўнасць па восі Y у параўнанні з пікселем камеры па восі X.
2-мерны захоп
Камера можа «сканаваць» аб'ект здымкі, перамяшчаючы яе або аб'ект здымкі, а двухмернае выява можа быць сфарміравана шляхам захопу паслядоўных аднамерных зрэзаў.
Гэтая форма візуалізацыі дазваляе здымаць выявы адвольна вялікіх памераў у межах памеру сканавання. Магчымасць здымаць аб'екты ў руху без размыцця пры руху (або артэфактаў рухомага затвора) азначае, што камеры лінейнага сканавання вельмі часта выкарыстоўваюцца ў прамысловых установах, на зборачных лініях, пры аглядзе вялікіх аб'ектаў выявы і г.д.
Як працуе камера лінейнага сканавання?
Лінейная сканавальная камера працуе ў каардынацыі з рухомым аб'ектам або механізмам сканавання. Па меры праходжання аб'екта пад камерай кожны радок выявы фіксуецца паслядоўна ў часе. Затым гэтыя радкі аб'ядноўваюцца ў рэжыме рэальнага часу або з дапамогай праграмнага забеспячэння для стварэння поўнага 2D-выявы.
Ключавыя кампаненты ўключаюць:
● Аднамерны датчыкЗвычайна адзін рад пікселяў.
● Кіраванне рухаміКанвеер або вярчальны механізм забяспечвае раўнамерны рух.
● АсвятленнеЧаста выкарыстоўваецца лінейнае або кааксіяльнае асвятленне для раўнамернага асвятлення.
Паколькі выява будуецца радок за радком, сінхранізацыя мае вырашальнае значэнне. Калі аб'ект рухаецца непаслядоўна або парушаны сінхранізацыя, можа ўзнікнуць скажэнне выявы.
Лінейнае сканаванне супраць камер з плошчавым сканаваннем
| Асаблівасць | Лінейная сканавальная камера | Камера сканавання плошчы |
| Захоп выявы | Па адным радку за раз | Поўны 2D-кадр адразу |
| Ідэальнае выкарыстанне | Рухомые або бесперапынныя аб'екты | Стацыянарныя або здымкі сцэн |
| Памер выявы | Практычна неабмежаваная даўжыня | Абмежавана памерам датчыка |
| Інтэграцыя | Патрабуецца кантроль руху і часу | Прасцейшая налада |
| Тыповыя прымянення | Рулонная праверка, друк, тэкстыль | Сканіраванне штрых-кодаў, робататэхніка, агульная візуалізацыя |
Карацей кажучы, камеры лінейнага сканавання выдатна падыходзяць для візуалізацыі хуткарухомых або вельмі вялікіх аб'ектаў. Камеры плошчавага сканавання лепш падыходзяць для выкарыстання са статычнымі або малымі аб'ектамі.
Асноўныя характарыстыкі камер лінейнага сканавання
Выбіраючы камеру з лінейным сканаваннем, улічвайце наступныя характарыстыкі:
● РазрозненнеКолькасць пікселяў у радку, якая ўплывае на ўзровень дэталізацыі.
● Хуткасць лініі (Гц)Колькасць ліній, якія здымаюцца ў секунду, — жыццёва важная значэнне для хуткасных праверак.
● Тып датчыкаCMOS (хуткі, нізкаэнергетычны) супраць CCD (у некаторых выпадках больш высокая якасць выявы).
● ІнтэрфейсВарыянты перадачы дадзеных, такія як GigE, Camera Link або CoaXPress.
● Дынамічны дыяпазон і адчувальнасцьВажна для агляду аб'ектаў са зменнай яркасцю або адбівальнай здольнасцю.
● Каляровы супраць манахромнагаКаляровыя камеры выкарыстоўваюць некалькі радкоў з RGB-фільтрамі; манахромныя могуць прапанаваць больш высокую адчувальнасць.
Плюсы і мінусы лінейных сканавальных камер
Плюсы
-
Можа захопліваць аднамерную інфармацыю з вельмі высокай хуткасцю (звычайна вымяраецца ў сотнях кГц хуткасці лініі). Можа захопліваць двухмерныя выявы адвольнага памеру з высокай хуткасцю пры сканаванні па аб'екце выявы.
-
Можа захопліваць інфармацыю пра колер без шкоды для раздзяляльнай здольнасці дзякуючы выкарыстанню асобных радкоў з чырвонай, зялёнай і сіняй фільтрамі, альбо спецыяльныя камеры могуць прапаноўваць фільтрацыю па пэўных даўжынях хваль.
-
Асвятленне павінна быць толькі аднамерным і, у залежнасці ад наладкі візуалізацыі, можа не патрабаваць карэкцыі плоскага поля або іншых карэкцый у другім (сканаваным) вымярэнні.
Мінусы
-
Для атрымання двухмерных дадзеных патрабуецца спецыяльнае абсталяванне і праграмнае забеспячэнне.
-
Звычайна не падыходзіць для візуалізацыі пры слабым асвятленні з-за нізкага каэфіцыента квантавання, высокага ўзроўню шуму і малых памераў пікселяў, асабліва ў спалучэнні з кароткім часам экспазіцыі, характэрным для хуткаснага сканавання.
-
Звычайна не прызначаны для навуковай візуалізацыі, таму лінейнасць і якасць выявы могуць быць нізкімі.
Агульныя сферы прымянення лінейных сканавальных камер у навуковай галіне
Лінейныя сканавальныя камеры шырока выкарыстоўваюцца ў навуковых даследаваннях і перадавых прыкладаннях візуалізацыі, якія патрабуюць высокага разрознення, дакладнасці і бесперапыннага збору дадзеных. Тыповыя сферы прымянення ўключаюць:
● Мікраскапічная візуалізацыяЗдыманне лінейных сканаў высокага разрознення для дэталёвага аналізу паверхні або клетак.
● СпектраскапіяЗапіс спектральных дадзеных па ўзорах з дакладным прасторавым разрозненнем.
● АстраноміяВізуалізацыя нябесных аб'ектаў або адсочванне хуткарухомых цэляў з мінімальнымі скажэннямі.
● МатэрыялазнаўстваКантроль паверхні і выяўленне дэфектаў у металах, палімерах або кампазітах.
● Біямедыцынская візуалізацыяСканіраванне біялагічных тканін для дыягнастычных або даследчых мэт, у тым ліку для гісталогіі і паталогіі.
Гэтыя прымянення выгадныя дзякуючы здольнасці камеры лінейнага сканавання ствараць вельмі падрабязныя выявы без скажэнняў на вялікіх абласцях або ў дынамічных эксперыментальных устаноўках.
Абмежаванні камер лінейнага сканавання
Схематычная схема: навуковая камера Tucsen з высокай адчувальнасцю і лінейным сканаваннем/TDI
ЗлеваНеахаладжальная камера сканавання плошчы
СярэдніНавуковая камера TDI
ПраваАстуджаная камера сканавання зоны
Нягледзячы на тое, што камеры лінейнага сканавання забяспечваюць выдатнае разрозненне і добра падыходзяць для бесперапыннай візуалізацыі, яны маюць абмежаванні, асабліва ў складаных навуковых асяроддзях, дзе адчувальнасць і стабільнасць сігналу маюць вырашальнае значэнне.
Адным з асноўных абмежаванняў з'яўляецца іх працаздольнасць ва ўмовах нізкай асветленасці. Традыцыйныя камеры лінейнага сканавання абапіраюцца на аднапраходную экспазіцыю, якая можа не забяспечваць дастатковага суадносін сігнал/шум (SNR) пры візуалізацыі слаба асветленых або святлоадчувальных узораў, напрыклад, у флуарэсцэнтнай мікраскапіі або некаторых біямедыцынскіх аналізах. Акрамя таго, дасягненне дакладнай сінхранізацыі паміж рухам аб'екта і атрыманнем выявы можа быць тэхнічна складаным, асабліва ў устаноўках, якія ўключаюць зменную хуткасць або вібрацыю.
Яшчэ адным абмежаваннем з'яўляецца іх абмежаваная здольнасць атрымліваць высакаякасныя выявы вельмі павольна рухаючыхся або нераўнамерна асветленых узораў, што можа прывесці да неадпаведнай экспазіцыі або артэфактаў руху.
Каб пераадолець гэтыя праблемы, магутнай альтэрнатывай сталі камеры TDI (інтэграцыя з часовай затрымкай). Назапашваючы сігнал падчас некалькіх экспазіцый па меры руху аб'екта, камеры TDI значна павышаюць адчувальнасць і якасць выявы, што робіць іх асабліва каштоўнымі ў навуковых галінах, якія патрабуюць атрымання выяваў пры звышнізкім асвятленні, высокага дынамічнага дыяпазону або дакладнага часавага разрознення.
Выснова
Лінейныя сканіруючыя камеры з'яўляюцца незаменнымі інструментамі ў галінах прамысловасці, якія патрабуюць хуткаснай і высокаразрознай візуалізацыі рухомых або бесперапынных паверхняў. Іх унікальны метад сканавання прапануе відавочныя перавагі ў параўнанні з камерамі плошчавага сканавання ў пэўных сцэнарыях, асабліва для такіх ужыванняў, як праверка рулонаў, візуалізацыя паўправаднікоў і аўтаматызаваная ўпакоўка.
Хоць камеры лінейнага сканавання ў асноўным выкарыстоўваюцца ў прамысловых умовах, карыстальнікам, якім патрэбна высокая адчувальнасць або праца пры слабым асвятленні, можа быць карысна вывучыць наступныя варыянты.навуковыя камерыпрызначаны для прыкладанняў дакладнай візуалізацыі.
Разуменне таго, як працуюць камеры лінейнага сканавання і на што звяртаць увагу пры іх выбары, дапаможа вам распрацаваць больш разумныя і надзейныя сістэмы кантролю.
Часта задаваныя пытанні
Як камера лінейнага сканавання захоплівае каляровыя выявы?
У каляровых лінейных сканавальных камерах звычайна выкарыстоўваюцца трылінейныя датчыкі, якія ўтрымліваюць тры паралельныя лініі пікселяў, кожная з якіх мае чырвоны, зялёны або сіні фільтр. Па меры праходжання аб'екта міма датчыка кожная каляровая лінія паслядоўна захоплівае адпаведны канал. Затым яны аб'ядноўваюцца, каб сфармаваць паўнакаляровую выяву. Дакладная сінхранізацыя неабходная для пазбягання няправільнага супадзення колераў, асабліва на высокіх хуткасцях.
Як выбраць правільную камеру лінейнага сканавання
Выбар патрэбнай камеры залежыць ад патрабаванняў вашага прыкладання. Вось некалькі ключавых фактараў, якія варта ўлічваць:
● Патрабаванні да хуткасціВызначце патрэбы ў хуткасці лініі ў залежнасці ад хуткасці аб'екта.
● Патрэбы ў вырашэнні праблемПадбярыце раздзяляльную здольнасць у адпаведнасці з вашымі допускамі кантролю.
● Асвятленне і навакольнае асяроддзеРазгледзьце магчымасць выкарыстання спецыяльнага асвятлення для бліскучых або цёмных паверхняў.
● Тып датчыкаКМОП-матрыцы сталі распаўсюджанымі дзякуючы сваёй хуткасці і эфектыўнасці, у той час як ПЗС-матрыцы працягваюць выкарыстоўвацца ў састарэлых і высокадакладных сістэмах.
● ПадключэннеПераканайцеся, што ваша сістэма падтрымлівае інтэрфейс камеры (напрыклад, CoaXPress для высокай хуткасці перадачы дадзеных).
● БюджэтЗбалансуйце прадукцыйнасць з коштам сістэмы, уключаючы асвятленне, оптыку і захоплівальнікі кадраў.
У выпадку сумненняў пракансультуйцеся са спецыялістам па машынным зроку або пастаўшчыком, каб пераканацца ў сумяшчальнасці з дызайнам вашай сістэмы і мэтамі прымянення.
Колькі радкоў мае манахромная камера з лінейным сканаваннем?
Стандартная манахромная камера з лінейным сканаваннем звычайна мае адну лінію пікселяў, але некаторыя мадэлі маюць дзве ці больш паралельных ліній. Гэтыя шматлінейныя датчыкі можна выкарыстоўваць для паляпшэння якасці выявы шляхам усреднення некалькіх экспазіцый, павышэння адчувальнасці або захопу розных кутоў асвятлення.
Хоць адналінейных камер дастаткова для большасці хуткасных праверак, двух- і чатырохлінейныя версіі забяспечваюць лепшую прадукцыйнасць у складаных умовах, асабліва там, дзе патрабуецца нізкі ўзровень шуму або высокі дынамічны дыяпазон.
Каб даведацца больш пра тэхналогію лінейнага сканавання ў прыкладаннях для візуалізацыі з абмежаваным асвятленнем, звярніцеся да нашага артыкула:
Чаму тэхналогія TDI набірае абароты ў прамысловай візуалізацыі
Tucsen Photonics Co., Ltd. Усе правы абаронены. Пры цытаванні, калі ласка, спасылайцеся на крыніцу:www.tucsen.com
