25/08/07Linjescanningskameraer er specialiserede billeddannelsesenheder designet til at optage billeder i høj opløsning af bevægelige eller kontinuerlige objekter. I modsætning til traditionelle områdescanningskameraer, der optager et 2D-billede i en enkelt eksponering, opbygger linjescanningskameraer billeder linje for linje – ideelt til applikationer som webinspektion, halvlederanalyse og pakningsverifikation.
Disse kameraer har typisk en enkelt række pixels (eller nogle gange flere rækker), og når de kombineres med et bevægeligt motiv eller et scanningssystem, kan de producere 2D-billeder i høj kvalitet af objekter af stort set enhver længde. Afhængigt af sensortypen bruger linjescanningskameraer typisk enten CCD- eller CMOS-sensorteknologi – svarende til det, der findes i mangeCMOS-kameraer—hvor CMOS bliver det foretrukne valg på grund af dets hastighed og energieffektivitet.
Hvad er et linjescanningskamera?
Linjescanningskameraer er typisk optimeret til industriel snarere end videnskabelig brug og kan have begrænsninger i applikationer med svagt lys eller ultrahøj præcision. Høj aflæsningsstøj, små pixels og generelt lav kvanteeffektivitet kan betyde, at disse kameraer kræver høje lysniveauer for at levere et brugbart signal-støj-forhold.
Linjescanningskameraer kan bruges på to primære måder:
1-dimensionel optagelse
Endimensionel information kan indfanges, f.eks. i spektroskopiapplikationer. Resultater repræsenteres ofte i grafform i kamerasoftware, med intensitet på y-aksen versus kamerapixel på x-aksen.
2-dimensionel optagelse
Kameraet kan 'scannes' hen over et billedmotiv enten ved at bevæge kameraet eller det billedmotiverede motiv, og et todimensionelt billede kan dannes ved at optage successive 1-dimensionelle skiver.
Denne form for billeddannelse muliggør optagelse af vilkårligt store billeder i scanningsdimensionen. Muligheden for at optage motiver i bevægelse uden bevægelsesslør (eller rullende lukkerartefakter) betyder, at linjescanningskameraer er meget almindeligt anvendt i industrielle applikationer, til samlebånd, inspektion af store billedmotiver og mere.
Hvordan fungerer et linjescanningskamera?
Et linjescanningskamera fungerer i samarbejde med et objekt i bevægelse eller en scanningsmekanisme. Når objektet passerer under kameraet, optages hver linje i billedet sekventielt i tid. Disse linjer kombineres derefter i realtid eller via software for at producere et fuldt 2D-billede.
Nøglekomponenter inkluderer:
● 1-dimensionel sensorTypisk en enkelt række pixels.
● BevægelseskontrolEn transportør eller roterende mekanisme sikrer jævn bevægelse.
● BelysningOfte linje- eller koaksialbelysning for ensartet belysning.
Da billedet er bygget linje for linje, er synkronisering afgørende. Hvis objektet bevæger sig ujævnt, eller timingen er forkert, kan der opstå billedforvrængning.
Linjescan- vs. områdescan-kameraer
| Funktion | Linjescanningskamera | Områdescanningskamera |
| Billedoptagelse | Én linje ad gangen | Fuld 2D-billedvisning på én gang |
| Ideel brug | Bevægelige eller kontinuerlige objekter | Stationære scener eller snapshot-scener |
| Billedstørrelse | Næsten ubegrænset i længde | Begrænset af sensorstørrelse |
| Integration | Kræver bevægelses- og timingkontrol | Enklere opsætning |
| Typiske anvendelser | Webinspektion, trykning, tekstiler | Stregkodescanning, robotteknologi, generel billeddannelse |
Kort sagt, linjescanningskameraer er fremragende til at afbilde objekter i hurtig bevægelse eller meget store objekter. Arealscanningskameraer er bedre egnet til applikationer med statiske eller små mål.
Nøglefunktioner ved linjescanningskameraer
Når du vælger et linjescanningskamera, skal du overveje følgende specifikationer:
● OpløsningAntal pixels pr. linje, der påvirker detaljeniveauet.
● Linjehastighed (Hz)Antal linjer optaget pr. sekund – afgørende for højhastighedsinspektioner.
● SensortypeCMOS (hurtig, lavt strømforbrug) vs. CCD (højere billedkvalitet i nogle tilfælde).
● GrænsefladeDataoverførselsmuligheder som GigE, Camera Link eller CoaXPress.
● Dynamisk område og følsomhedVigtigt for inspektion af objekter med variabel lysstyrke eller reflektionsevne.
● Farve vs. monokromFarvekameraer bruger flere rækker med RGB-filtre; monokrome kameraer kan tilbyde højere følsomhed.
Fordele og ulemper ved linjescanningskameraer
Fordele
-
Kan optage 1-dimensionel information med meget høj hastighed (typisk målt i linjehastighed på 100'ere af kHz). Kan optage 2-dimensionelle billeder af vilkårlig størrelse med høj hastighed, når der scannes hen over et billedmotiv.
-
Kan opfange farveinformation uden at ofre opløsning ved hjælp af separate rød-, grøn- og blåfiltrerede rækker, eller brugerdefinerede kameraer kan tilbyde specifik bølgelængdefiltrering.
-
Belysningen behøver kun at være 1-dimensionel og kan, afhængigt af billeddannelsesopsætningen, ikke kræve fladfelt- eller andre korrektioner i den anden (scannede) dimension.
Ulemper
-
Kræver specialiseret hardware- og softwareopsætning for at indsamle 2-dimensionelle data.
-
Typisk ikke velegnet til billeder i svagt lys på grund af lav QE, høj støj og små pixelstørrelser, især kombineret med de korte eksponeringstider, der er typiske for højhastighedsscanning.
-
Normalt ikke beregnet til videnskabelig billeddannelse, så lineariteten og billedkvaliteten kan være dårlig.
Almindelige anvendelser af linjescanningskameraer inden for det videnskabelige område
Linjescanningskameraer anvendes i vid udstrækning i videnskabelig forskning og avancerede billeddannelsesapplikationer, der kræver høj opløsning, præcision og kontinuerlig dataindsamling. Typiske anvendelser omfatter:
● Mikroskopisk billeddannelseOptagelse af linjescanninger i høj opløsning til detaljeret overflade- eller celleanalyse.
● SpektroskopiOptagelse af spektrale data på tværs af prøver med præcis rumlig opløsning.
● AstronomiBilleddannelse af himmellegemer eller sporing af hurtigt bevægende mål med minimal forvrængning.
● MaterialevidenskabOverfladeinspektion og defektdetektion i metaller, polymerer eller kompositter.
● Biomedicinsk billeddannelseScanning af biologisk væv til diagnostiske eller forskningsmæssige formål, herunder histologi og patologi.
Disse applikationer drager fordel af linjescanningskameraets evne til at generere meget detaljerede, forvrængningsfri billeder over store områder eller i dynamiske eksperimentelle opsætninger.
Begrænsninger ved linjescanningskameraer
Skematisk diagram: Tucsen højfølsom linjescanning/TDI videnskabeligt kamera
VenstreUkølet områdescanningskamera
MidtTDI Videnskabeligt Kamera
HøjreKølet områdescanningskamera
Selvom linjescanningskameraer tilbyder fremragende opløsning og er velegnede til kontinuerlig billeddannelse, har de begrænsninger, især i avancerede videnskabelige miljøer, hvor følsomhed og signalstabilitet er afgørende.
En væsentlig begrænsning er deres ydeevne under forhold med svagt lys. Traditionelle linjescanningskameraer er afhængige af single-pass-eksponering, hvilket muligvis ikke giver tilstrækkeligt signal-støj-forhold (SNR) ved billeddannelse af svagt belyste eller lysfølsomme prøver, såsom i fluorescensmikroskopi eller visse biomedicinske assays. Derudover kan det være teknisk krævende at opnå nøjagtig synkronisering mellem objektbevægelse og billedoptagelse, især i opsætninger, der involverer variabel hastighed eller vibration.
En anden begrænsning er deres begrænsede evne til at optage billeder i høj kvalitet af meget langsomt bevægende eller ujævnt belyste prøver, hvilket kan resultere i inkonsekvent eksponering eller bevægelsesartefakter.
For at overvinde disse udfordringer er TDI-kameraer (Time Delay Integration) dukket op som et effektivt alternativ. Ved at akkumulere signal på tværs af flere eksponeringer, efterhånden som objektet bevæger sig, forbedrer TDI-kameraer følsomheden og billedkvaliteten betydeligt, hvilket gør dem særligt værdifulde inden for videnskabelige områder, der kræver billeddannelse i ultralavt lys, højt dynamisk område eller præcis tidsmæssig opløsning.
Konklusion
Linjescanningskameraer er uundværlige værktøjer i brancher, der kræver højhastighedsbilleddannelse af bevægelige eller kontinuerlige overflader med høj opløsning. Deres unikke scanningsmetode tilbyder klare fordele i forhold til områdescanningskameraer i de rette scenarier, især til applikationer som webinspektion, halvlederbilleddannelse og automatiseret pakning.
Selvom linjescanningskameraer primært bruges i industrielle miljøer, kan brugere, der kræver høj følsomhed eller ydeevne i svagt lys, drage fordel af at udforskevidenskabelige kameraerdesignet til præcisionsbilleddannelsesapplikationer.
At forstå, hvordan linjescanningskameraer fungerer, og hvad man skal kigge efter, når man vælger et, vil hjælpe dig med at designe smartere og mere pålidelige inspektionssystemer.
Ofte stillede spørgsmål
Hvordan optager et linjescanningskamera farvebilleder?
Farvelinjescanningskameraer bruger typisk trilineære sensorer, som indeholder tre parallelle linjer af pixels, hver med et rødt, grønt eller blåt filter. Når objektet bevæger sig forbi sensoren, opfanger hver farvelinje sin respektive kanal i rækkefølge. Disse kombineres derefter for at danne et fuldfarvebillede. Præcis synkronisering er afgørende for at undgå farveforskydning, især ved høje hastigheder.
Sådan vælger du det rigtige linjescanningskamera
Valg af det rigtige kamera afhænger af din anvendelses krav. Her er nogle vigtige faktorer at overveje:
● HastighedskravBestem dine behov for linjehastighed baseret på objekthastighed.
● LøsningsbehovTilpas opløsningen til dine inspektionstolerancer.
● Belysning og miljøOvervej særlig belysning til reflekterende eller mørke overflader.
● SensortypeCMOS er blevet mainstream på grund af sin hastighed og effektivitet, mens CCD'er stadig er i brug til ældre og præcisionskritiske systemer.
● ForbindelseSørg for, at dit system understøtter kameraets grænseflade (f.eks. CoaXPress til høje datahastigheder).
● BudgetBalancer ydeevne med systemomkostninger, inklusive belysning, optik og billedfangere.
Hvis du er i tvivl, bør du kontakte en maskinsynsekspert eller leverandør for at sikre kompatibilitet med dit systemdesign og dine applikationsmål.
Hvor mange linjer har et monokrom linjescanningskamera?
Et standard monokrom linjescanningskamera har typisk én linje med pixels, men nogle modeller har to eller flere parallelle linjer. Disse flerlinjede sensorer kan bruges til at forbedre billedkvaliteten ved at beregne gennemsnittet af flere eksponeringer, forbedre følsomheden eller optage forskellige lysvinkler.
Mens enkeltlinjekameraer er tilstrækkelige til de fleste højhastighedsinspektioner, tilbyder dobbelt- og firelinjeversioner bedre ydeevne i krævende miljøer, især hvor der kræves lav støj eller et højt dynamisk område.
For at lære mere om linjescanningsteknologi i lysbegrænsede billeddannelsesapplikationer, se vores artikel:
Fremskynder lysbegrænset optagelse med Line Scan TDI Imaging
Hvorfor TDI-teknologi vinder frem inden for industriel billeddannelse
Tucsen Photonics Co., Ltd. Alle rettigheder forbeholdes. Angiv venligst kilden ved henvisning:www.tucsen.com
