25/08/07Линейните сканиращи камери са специализирани устройства за заснемане, предназначени да заснемат изображения с висока резолюция на движещи се или непрекъснати обекти. За разлика от традиционните камери за сканиране на площ, които заснемат 2D изображение с една експозиция, линейните сканиращи камери изграждат изображения ред по ред – идеални за приложения като инспекция на мрежа, анализ на полупроводници и проверка на опаковки.
Тези камери обикновено разполагат с един ред пиксели (или понякога с няколко реда) и когато се комбинират с движещ се обект или сканираща система, те могат да произвеждат висококачествени 2D изображения на обекти с почти всякаква дължина. В зависимост от типа на сензора, линейните сканиращи камери обикновено използват CCD или CMOS сензорна технология – подобна на тази, която се среща в много...CMOS камери— като CMOS се превръща в предпочитан избор поради своята скорост и енергийна ефективност.
Какво е линейна сканираща камера?
Линейно сканиращите камери обикновено са оптимизирани за промишлена, а не за научна употреба и могат да имат ограничения при приложения с ниска осветеност или свръхвисока прецизност. Високият шум при отчитане, малките пиксели и като цяло ниската квантова ефективност могат да означават, че тези камери изискват високи нива на осветеност, за да осигурят работещо съотношение сигнал/шум (SNR).
Линейно сканиращите камери могат да се използват по два основни начина:
Едноизмерно заснемане
Може да се улавя едномерна информация, например в спектроскопски приложения. Резултатите често се представят в графична форма в софтуера на камерата, като интензитетът е на оста y спрямо пиксела на камерата на оста x.
2-измерно заснемане
Камерата може да бъде „сканирана“ върху обект на заснемане, чрез движение на камерата или обекта на заснемане, а двуизмерно изображение може да се формира чрез заснемане на последователни едноизмерни срезове.
Тази форма на заснемане позволява заснемането на произволно големи изображения в рамките на сканирания размер. Възможността за заснемане на обекти в движение без размазване от движение (или артефакти от ролков затвор) означава, че линейните сканиращи камери се използват много често в промишлени приложения, за монтажни линии, инспекция на големи обекти за заснемане и други.
Как работи линейна сканираща камера?
Линейно сканираща камера работи в координация с движещ се обект или сканиращ механизъм. Докато обектът преминава под камерата, всеки ред от изображението се заснема последователно във времето. След това тези линии се комбинират в реално време или чрез софтуер, за да се получи пълно 2D изображение.
Ключовите компоненти включват:
● Едноизмерен сензорОбикновено един ред пиксели.
● Управление на движениетоКонвейер или въртящ се механизъм осигурява равномерно движение.
● ОсветлениеЧесто линейно или коаксиално осветление за равномерно осветление.
Тъй като изображението се изгражда ред по ред, синхронизацията е от решаващо значение. Ако обектът се движи неравномерно или времето е неправилно, може да възникне изкривяване на изображението.
Камери за линейно сканиране срещу камери за сканиране на площ
| Функция | Линейна сканираща камера | Камера за сканиране на площ |
| Заснемане на изображения | Един ред наведнъж | Пълен 2D кадър наведнъж |
| Идеална употреба | Движещи се или непрекъснати обекти | Стационарни или моментни сцени |
| Размер на изображението | Практически неограничена дължина | Ограничено от размера на сензора |
| Интеграция | Изисква контрол на движението и времето | По-лесна настройка |
| Типични приложения | Инспекция на уеб страници, печат, текстил | Сканиране на баркодове, роботика, обща обработка на изображения |
Накратко, линейните камери за сканиране са отлични при заснемане на бързо движещи се или много големи обекти. Камерите за сканиране на площ са по-подходящи за приложения със статични или малки цели.
Основни характеристики на линейните сканиращи камери
Когато избирате камера за линейно сканиране, вземете предвид следните спецификации:
● РезолюцияБрой пиксели на ред, влияещи върху нивото на детайлност.
● Линейна скорост (Hz)Брой линии, заснети в секунда – жизненоважно за високоскоростни инспекции.
● Тип сензорCMOS (бърз, нискоенергиен) срещу CCD (по-високо качество на изображението в някои случаи).
● ИнтерфейсОпции за пренос на данни като GigE, Camera Link или CoaXPress.
● Динамичен диапазон и чувствителностВажно за инспектиране на обекти с променлива яркост или отражателна способност.
● Цветен срещу монохроменЦветните камери използват множество редове с RGB филтри; монохромните може да предлагат по-висока чувствителност.
Плюсове и минуси на линейните сканиращи камери
Плюсове
-
Може да заснема едноизмерна информация с много висока скорост (обикновено измервана в стотици kHz линейна скорост). Може да заснема двуизмерни изображения с произволен размер с висока скорост при сканиране по обект на изображение.
-
Може да заснема цветна информация без да се жертва разделителната способност чрез използване на отделни редове с червени, зелени и сини филтри, или персонализирани камери могат да предложат филтриране на специфична дължина на вълната.
-
Осветлението трябва да бъде само едноизмерно и, в зависимост от настройката на изображението, може да не изисква корекции на плоско поле или други корекции във второто (сканираното) измерение.
Недостатъци
-
Изискват се специализирани хардуерни и софтуерни настройки за получаване на двуизмерни данни.
-
Обикновено не е подходящ за изображения при слаба светлина поради ниското количествено усещане (QE), високия шум и малките размери на пикселите, особено в комбинация с кратките времена на експозиция, типични за високоскоростното сканиране.
-
Обикновено не е предназначено за научни изображения, така че линейността и качеството на изображението може да са лоши.
Често срещани приложения на линейните сканиращи камери в научната област
Линейно сканиращите камери се използват широко в научни изследвания и приложения за напреднали изображения, които изискват висока резолюция, прецизност и непрекъснато събиране на данни. Типичните приложения включват:
● Микроскопско изобразяванеЗаснемане на линейни сканирания с висока резолюция за подробен повърхностен или клетъчен анализ.
● СпектроскопияЗаписване на спектрални данни в проби с прецизна пространствена резолюция.
● АстрономияЗаснемане на небесни обекти или проследяване на бързо движещи се цели с минимално изкривяване.
● МатериалознаниеПовърхностна инспекция и откриване на дефекти в метали, полимери или композити.
● Биомедицинско изобразяванеСканиране на биологични тъкани за диагностични или изследователски цели, включително хистология и патология.
Тези приложения се възползват от способността на линейната сканираща камера да генерира високо детайлни изображения без изкривявания в обширни области или в динамични експериментални настройки.
Ограничения на линейните сканиращи камери
Схематична диаграма: Високочувствителна научна камера Tucsen с линейно сканиране/TDI
ЛявоКамера за сканиране на неохлаждана зона
СреденTDI научна камера
ДясноКамера за сканиране на охлаждана зона
Въпреки че линейните сканиращи камери предлагат отлична резолюция и са подходящи за непрекъснато заснемане, те имат ограничения, особено в напреднали научни среди, където чувствителността и стабилността на сигнала са от решаващо значение.
Едно от основните ограничения е тяхната производителност при условия на слаба светлина. Традиционните камери с линейно сканиране разчитат на еднократна експозиция, което може да не осигури достатъчно съотношение сигнал/шум (SNR) при изобразяване на слабо осветени или светлочувствителни проби, като например при флуоресцентна микроскопия или някои биомедицински анализи. Освен това, постигането на точна синхронизация между движението на обекта и заснемането на изображението може да бъде технически взискателно, особено в настройки, включващи променлива скорост или вибрации.
Друго ограничение е ограничената им способност да заснемат висококачествени изображения на много бавно движещи се или неравномерно осветени образци, което може да доведе до непоследователна експозиция или артефакти от движение.
За да се преодолеят тези предизвикателства, TDI (Time Delay Integration) камерите се очертават като мощна алтернатива. Чрез натрупване на сигнал при множество експозиции, докато обектът се движи, TDI камерите значително подобряват чувствителността и качеството на изображението, което ги прави особено ценни в научни области, изискващи изображения при ултра-слаба светлина, висок динамичен диапазон или прецизна времева резолюция.
Заключение
Линейните сканиращи камери са незаменими инструменти в индустрии, които изискват високоскоростно изобразяване с висока резолюция на движещи се или непрекъснати повърхности. Техният уникален метод на сканиране предлага ясни предимства пред камерите за сканиране на площи в правилните сценарии, особено за приложения като инспекция на ленти, полупроводниково изобразяване и автоматизирано опаковане.
Въпреки че линейните сканиращи камери се използват предимно в промишлени условия, потребителите, изискващи висока чувствителност или работа при слаба светлина, могат да се възползват от проучването...научни камерипроектирани за приложения за прецизно изобразяване.
Разбирането как работят линейните сканиращи камери и какво да търсите при избора им ще ви помогне да проектирате по-интелигентни и по-надеждни системи за инспекция.
Често задавани въпроси
Как камера с линейно сканиране заснема цветни изображения?
Цветните линейни сканиращи камери обикновено използват трилинейни сензори, които съдържат три успоредни линии от пиксели, всяка с червен, зелен или син филтър. Докато обектът се движи покрай сензора, всяка цветна линия улавя съответния си канал последователно. След това те се комбинират, за да образуват пълноцветно изображение. Прецизната синхронизация е от съществено значение, за да се избегне несъответствие между цветовете, особено при високи скорости.
Как да изберете правилната камера за линейно сканиране
Изборът на правилната камера зависи от изискванията на вашето приложение. Ето някои ключови фактори, които трябва да имате предвид:
● Изисквания за скоростОпределете нуждите си от линейна скорост въз основа на скоростта на обекта.
● Необходимост от разрешаванеСъобразете разделителната способност с допустимите отклонения при проверка.
● Осветление и околна средаПомислете за специално осветление за отразяващи или тъмни повърхности.
● Тип сензорCMOS матриците са се превърнали в масов продукт заради своята скорост и ефективност, докато CCD матриците остават в употреба за по-стари и прецизно критични системи.
● СвързаностУверете се, че вашата система поддържа интерфейса на камерата (напр. CoaXPress за високи скорости на пренос на данни).
● БюджетБалансирайте производителността с цената на системата, включително осветление, оптика и устройства за заснемане на кадри.
Ако имате съмнения, консултирайте се с експерт или доставчик по машинно зрение, за да осигурите съвместимост с дизайна на вашата система и целите на приложението.
Колко линии има монохромната линейна сканираща камера?
Стандартната монохромна камера с линейно сканиране обикновено има една линия пиксели, но някои модели имат две или повече успоредни линии. Тези многолинейни сензори могат да се използват за подобряване на качеството на изображението чрез осредняване на множество експозиции, повишаване на чувствителността или заснемане на различни ъгли на осветление.
Докато еднолинейните камери са достатъчни за повечето високоскоростни инспекции, двулинейните и четирилинейните версии предлагат по-добра производителност в тежки условия, особено там, където се изисква нисък шум или висок динамичен диапазон.
За да научите повече за технологията на линейно сканиране в приложения за изображения с ограничена светлина, вижте нашата статия:
Ускоряване на заснемането в условия на ограничена светлина с линейно сканиране TDI изображения
Защо TDI технологията набира популярност в индустриалното изобразяване
Tucsen Photonics Co., Ltd. Всички права запазени. При цитиране, моля, посочете източника:www.tucsen.com
