25. 8. 2007Řádkové skenovací kamery jsou specializovaná zobrazovací zařízení určená k zachycení snímků s vysokým rozlišením pohybujících se nebo souvislých objektů. Na rozdíl od tradičních plošných skenovacích kamer, které zachycují 2D obraz v jedné expozici, řádkové skenovací kamery vytvářejí obrazy řádek po řádku – ideální pro aplikace, jako je inspekce pásu, analýza polovodičů a ověřování obalů.
Tyto kamery obvykle disponují jednou řadou pixelů (nebo někdy i více řadami) a v kombinaci s pohybujícím se objektem nebo skenovacím systémem dokáží produkovat vysoce kvalitní 2D snímky objektů prakticky jakékoli délky. V závislosti na typu snímače kamery s řádkovým skenováním obvykle používají technologii snímačů CCD nebo CMOS – podobnou té, která se nachází v mnoha...CMOS kamery—s CMOS se stává preferovanou volbou díky své rychlosti a energetické účinnosti.
Co je to linková skenovací kamera?
Kamery s řádkovým skenováním jsou obvykle optimalizovány spíše pro průmyslové než vědecké použití a mohou mít omezení v aplikacích za slabého osvětlení nebo s ultravysokou přesností. Vysoký šum při čtení, malé pixely a obecně nízká kvantová účinnost mohou znamenat, že tyto kamery vyžadují vysoké úrovně osvětlení k dosažení funkčního poměru signálu k šumu (SNR).
Kamery s řádkovým skenováním lze použít dvěma hlavními způsoby:
Jednorozměrné zachycení
Jednorozměrné informace lze zachytit, například ve spektroskopických aplikacích. Výsledky jsou v softwaru kamery často znázorněny v grafické podobě, s intenzitou na ose y oproti pixelu kamery na ose x.
Dvourozměrné snímání
Fotoaparát může být „skenován“ přes snímaný objekt, a to buď pohybem kamery, nebo snímaného objektu, a dvourozměrný obraz lze vytvořit zachycením po sobě jdoucích jednorozměrných řezů.
Tato forma zobrazování umožňuje zachycení libovolně velkých obrazů v rámci skenovacího rozměru. Schopnost zachytit pohybující se objekty bez rozmazání pohybem (nebo artefaktů způsobených rolovací závěrkou) znamená, že řádkové kamery se velmi často používají v průmyslových aplikacích, pro montážní linky, kontrolu velkých zobrazovaných objektů a další.
Jak funguje linková skenovací kamera?
Kamera s řádkovým skenováním pracuje v koordinaci s pohybujícím se objektem nebo skenovacím mechanismem. Jak objekt prochází pod kamerou, každý řádek obrazu je postupně zachycen v čase. Tyto řádky jsou poté v reálném čase nebo pomocí softwaru kombinovány a vytvářejí tak plnohodnotný 2D obraz.
Mezi klíčové komponenty patří:
● Jednorozměrný senzorObvykle jedna řada pixelů.
● Ovládání pohybemDopravník nebo rotační mechanismus zajišťuje rovnoměrný pohyb.
● OsvětleníČasto se používá liniové nebo koaxiální osvětlení pro konzistentní osvětlení.
Protože je obraz vytvářen řádek po řádku, je synchronizace zásadní. Pokud se objekt pohybuje nekonzistentně nebo je načasování špatné, může dojít ke zkreslení obrazu.
Kamery s řádkovým skenováním vs. plošné skenování
| Funkce | Řádková skenovací kamera | Kamera pro skenování oblasti |
| Zachycení obrazu | Jeden řádek po druhém | Celý 2D snímek najednou |
| Ideální použití | Pohybující se nebo spojité objekty | Stacionární nebo momentkové scény |
| Velikost obrázku | Prakticky neomezená délka | Omezeno velikostí senzoru |
| Integrace | Vyžaduje ovládání pohybu a načasování | Jednodušší nastavení |
| Typické aplikace | Inspekce rolet, tisk, textil | Skenování čárových kódů, robotika, obecné zobrazování |
Stručně řečeno, řádkové kamery vynikají při snímání rychle se pohybujících nebo velmi velkých objektů. Plošné kamery jsou vhodnější pro aplikace se statickými nebo malými cíli.
Klíčové vlastnosti řádkových kamer
Při výběru řádkové kamery zvažte následující specifikace:
● RozlišeníPočet pixelů na řádek, který ovlivňuje úroveň detailů.
● Rychlost linky (Hz)Počet čar zachycených za sekundu – zásadní pro vysokorychlostní inspekce.
● Typ senzoruCMOS (rychlý, s nízkou spotřebou energie) vs. CCD (v některých případech vyšší kvalita obrazu).
● RozhraníMožnosti přenosu dat, jako například GigE, Camera Link nebo CoaXPress.
● Dynamický rozsah a citlivostDůležité pro kontrolu objektů s proměnlivým jasem nebo odrazivostí.
● Barevný vs. monochromatickýBarevné kamery používají více řádků s RGB filtry; černobílé mohou nabízet vyšší citlivost.
Výhody a nevýhody řádkových kamer
Výhody
-
Dokáže zachytit jednorozměrné informace velmi vysokou rychlostí (obvykle měřeno v stovkách kHz linkové rychlosti). Dokáže zachytit dvourozměrné obrazy libovolné velikosti vysokou rychlostí při skenování napříč zobrazovaným objektem.
-
Dokáže zachytit barevné informace bez obětování rozlišení díky použití samostatných řádků filtrovaných pro červenou, zelenou a modrou barvu, nebo mohou vlastní kamery nabídnout filtrování specifických vlnových délek.
-
Osvětlení musí být pouze jednorozměrné a v závislosti na nastavení zobrazování nemusí vyžadovat žádné korekce plochého pole ani jiné korekce ve druhém (skenovaném) rozměru.
Nevýhody
-
Pro získání 2D dat je nutné speciální hardwarové a softwarové nastavení.
-
Obvykle se nehodí pro snímání za slabého osvětlení kvůli nízké kvantové efektivitě (QE), vysokému šumu a malým velikostem pixelů, zejména v kombinaci s krátkými expozičními časy typickými pro vysokorychlostní skenování.
-
Obvykle není určen pro vědecké zobrazování, takže linearita a kvalita obrazu mohou být nízké.
Běžné aplikace řádkových skenovacích kamer ve vědecké oblasti
Kamery s řádkovým skenováním se široce používají ve vědeckém výzkumu a pokročilých zobrazovacích aplikacích, které vyžadují vysoké rozlišení, přesnost a nepřetržitý sběr dat. Mezi typické použití patří:
● Mikroskopické zobrazováníPořizování čárových skenů s vysokým rozlišením pro podrobnou analýzu povrchu nebo buněk.
● SpektroskopieZáznam spektrálních dat napříč vzorky s přesným prostorovým rozlišením.
● AstronomieZobrazování nebeských objektů nebo sledování rychle se pohybujících cílů s minimálním zkreslením.
● Materiálová vědaKontrola povrchu a detekce vad v kovech, polymerech nebo kompozitech.
● Biomedicínské zobrazováníSkenování biologických tkání pro diagnostické nebo výzkumné účely, včetně histologie a patologie.
Tyto aplikace těží ze schopnosti řádkové kamery generovat vysoce detailní, nezkreslené snímky na rozsáhlých plochách nebo v dynamických experimentálních nastaveních.
Omezení řádkových skenovacích kamer
Schéma zapojení: Vysoce citlivá čárová skenovací/TDI vědecká kamera Tucsen
VlevoNechlazená kamera pro skenování oblasti
StředníVědecká kamera TDI
PrávoChlazená kamera pro skenování oblasti
Přestože řádkové kamery nabízejí vynikající rozlišení a jsou vhodné pro kontinuální snímání, mají svá omezení, zejména v pokročilých vědeckých prostředích, kde je citlivost a stabilita signálu kritická.
Jedním z hlavních omezení je jejich výkon za slabého osvětlení. Tradiční řádkové kamery se spoléhají na jednorázovou expozici, která nemusí poskytovat dostatečný poměr signálu k šumu (SNR) při zobrazování slabě osvětlených nebo světlocitlivých vzorků, jako je fluorescenční mikroskopie nebo některé biomedicínské testy. Dosažení přesné synchronizace mezi pohybem objektu a pořízením obrazu může být navíc technicky náročné, zejména v nastaveních zahrnujících proměnnou rychlost nebo vibrace.
Dalším omezením je jejich omezená schopnost zachytit vysoce kvalitní snímky velmi pomalu se pohybujících nebo nerovnoměrně osvětlených vzorků, což může vést k nekonzistentní expozici nebo artefaktům z pohybu.
Aby se tyto výzvy překonaly, objevily se jako účinná alternativa kamery TDI (Time Delay Integration). Akumulací signálu napříč více expozicemi při pohybu objektu kamery TDI výrazně zvyšují citlivost a kvalitu obrazu, což je činí obzvláště cennými ve vědeckých oblastech vyžadujících zobrazování za velmi slabého osvětlení, vysoký dynamický rozsah nebo přesné časové rozlišení.
Závěr
Řádkové skenovací kamery jsou nepostradatelnými nástroji v odvětvích, která vyžadují vysokorychlostní snímání pohyblivých nebo spojitých povrchů s vysokým rozlišením. Jejich unikátní metoda skenování nabízí oproti plošným skenovacím kamerám v určitých situacích zřetelné výhody, zejména pro aplikace, jako je inspekce pásů, zobrazování polovodičů a automatizované balení.
I když se řádkové kamery používají především v průmyslovém prostředí, uživatelé, kteří vyžadují vysokou citlivost nebo výkon za slabého osvětlení, by mohli mít prospěch z prozkoumání...vědecké kameryurčené pro přesné zobrazovací aplikace.
Pochopení fungování řádkových skenovacích kamer a toho, na co se při jejich výběru zaměřit, vám pomůže navrhnout inteligentnější a spolehlivější inspekční systémy.
Často kladené otázky
Jak řádková skenovací kamera zachycuje barevné snímky?
Barevné řádkové skenovací kamery obvykle používají trilineární senzory, které obsahují tři rovnoběžné řádky pixelů, každý s červeným, zeleným nebo modrým filtrem. Jak se objekt pohybuje kolem senzoru, každá barevná čára postupně zachycuje svůj příslušný kanál. Tyto řádky jsou poté sloučeny a vytvářejí plnobarevný obraz. Přesná synchronizace je nezbytná, aby se zabránilo nesprávnému zarovnání barev, zejména při vysokých rychlostech.
Jak vybrat správnou kameru pro řádkové skenování
Výběr správné kamery závisí na požadavcích vaší aplikace. Zde je několik klíčových faktorů, které je třeba zvážit:
● Požadavky na rychlostUrčete si potřebnou rychlost linky na základě rychlosti objektu.
● Potřeby řešeníPřizpůsobte rozlišení vašim inspekčním tolerancím.
● Osvětlení a prostředíPro reflexní nebo tmavé povrchy zvažte speciální osvětlení.
● Typ senzoruTechnologie CMOS se stala běžnou pro svou rychlost a efektivitu, zatímco CCD se nadále používají pro starší systémy a systémy s kritickou přesností.
● KonektivitaUjistěte se, že váš systém podporuje rozhraní kamery (např. CoaXPress pro vysoké datové rychlosti).
● RozpočetVyvážte výkon s náklady na systém, včetně osvětlení, optiky a zařízení pro zachycení snímků.
V případě pochybností se poraďte s odborníkem na strojové vidění nebo s dodavatelem, abyste zajistili kompatibilitu s návrhem vašeho systému a cíli aplikace.
Kolik řádků má monochromatická linková kamera?
Standardní monochromatická linková kamera má obvykle jednu linii pixelů, ale některé modely obsahují dvě nebo více rovnoběžných linií. Tyto víceřádkové senzory lze použít ke zlepšení kvality obrazu zprůměrováním více expozic, zvýšením citlivosti nebo zachycením různých úhlů osvětlení.
Zatímco jednořádkové kamery postačují pro většinu vysokorychlostních inspekcí, dvouřádkové a čtyřřádkové verze nabízejí lepší výkon v náročných prostředích, zejména tam, kde je vyžadován nízký šum nebo vysoký dynamický rozsah.
Chcete-li se dozvědět více o technologii řádkového skenování v aplikacích zobrazování s omezeným světlem, přečtěte si náš článek:
Zrychlení snímání v omezeném světle pomocí zobrazování Line Scan TDI
Proč se technologie TDI prosazuje v průmyslovém zobrazování
Tucsen Photonics Co., Ltd. Všechna práva vyhrazena. Při citaci prosím uveďte zdroj:www.tucsen.com
