25/08/07Οι κάμερες γραμμικής σάρωσης είναι εξειδικευμένες συσκευές απεικόνισης που έχουν σχεδιαστεί για να καταγράφουν εικόνες υψηλής ανάλυσης κινούμενων ή συνεχόμενων αντικειμένων. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές κάμερες σάρωσης περιοχής που καταγράφουν μια δισδιάστατη εικόνα σε μία μόνο έκθεση, οι κάμερες γραμμικής σάρωσης δημιουργούν εικόνες γραμμή προς γραμμή—ιδανικές για εφαρμογές όπως η επιθεώρηση ιστού, η ανάλυση ημιαγωγών και η επαλήθευση συσκευασίας.
Αυτές οι κάμερες συνήθως διαθέτουν μία μόνο σειρά pixel (ή μερικές φορές πολλαπλές σειρές) και, όταν συνδυάζονται με ένα κινούμενο θέμα ή σύστημα σάρωσης, μπορούν να παράγουν εικόνες 2D υψηλής ποιότητας αντικειμένων σχεδόν οποιουδήποτε μήκους. Ανάλογα με τον τύπο του αισθητήρα, οι κάμερες γραμμικής σάρωσης χρησιμοποιούν συνήθως τεχνολογία αισθητήρα CCD ή CMOS—παρόμοια με αυτήν που συναντάται σε πολλέςΚάμερες CMOS—με το CMOS να γίνεται η προτιμώμενη επιλογή λόγω της ταχύτητας και της ενεργειακής του απόδοσης.
Τι είναι μια κάμερα σάρωσης γραμμής;
Οι κάμερες γραμμικής σάρωσης συνήθως βελτιστοποιούνται για βιομηχανική παρά για επιστημονική χρήση και ενδέχεται να έχουν περιορισμούς σε εφαρμογές χαμηλού φωτισμού ή εξαιρετικά υψηλής ακρίβειας. Ο υψηλός θόρυβος ανάγνωσης, τα μικρά pixel και η γενικά χαμηλή κβαντική απόδοση μπορεί να σημαίνουν ότι αυτές οι κάμερες απαιτούν υψηλά επίπεδα φωτός για να παρέχουν ένα λειτουργικό SNR.
Οι κάμερες σάρωσης γραμμής μπορούν να χρησιμοποιηθούν με δύο βασικούς τρόπους:
Μονοδιάστατη λήψη
Μπορούν να καταγραφούν μονοδιάστατες πληροφορίες, όπως σε εφαρμογές φασματοσκοπίας. Τα αποτελέσματα συχνά αναπαρίστανται σε μορφή γραφήματος σε λογισμικό κάμερας, με την ένταση στον άξονα y έναντι του pixel της κάμερας στον άξονα x.
Δισδιάστατη λήψη
Η κάμερα μπορεί να «σαρωθεί» σε όλο το μήκος ενός απεικονιζόμενου θέματος, είτε μετακινώντας την κάμερα είτε το απεικονιζόμενο θέμα, και μια δισδιάστατη εικόνα μπορεί να σχηματιστεί καταγράφοντας διαδοχικές μονοδιάστατες τομές.
Αυτή η μορφή απεικόνισης επιτρέπει τη λήψη αυθαίρετα μεγάλων εικόνων στη διάσταση σάρωσης. Η δυνατότητα λήψης θεμάτων εν κινήσει χωρίς θάμπωμα κίνησης (ή τεχνουργήματα ρολού κλείστρου) σημαίνει ότι οι κάμερες γραμμικής σάρωσης χρησιμοποιούνται πολύ συχνά σε βιομηχανικές εφαρμογές, για γραμμές συναρμολόγησης, επιθεώρηση μεγάλων θεμάτων απεικόνισης και πολλά άλλα.
Πώς λειτουργεί μια κάμερα σάρωσης γραμμής;
Μια κάμερα σάρωσης γραμμών λειτουργεί σε συντονισμό με ένα κινούμενο αντικείμενο ή μηχανισμό σάρωσης. Καθώς το αντικείμενο περνάει κάτω από την κάμερα, κάθε γραμμή της εικόνας καταγράφεται διαδοχικά στο χρόνο. Αυτές οι γραμμές στη συνέχεια συνδυάζονται σε πραγματικό χρόνο ή μέσω λογισμικού για να δημιουργήσουν μια πλήρη δισδιάστατη εικόνα.
Βασικά στοιχεία περιλαμβάνουν:
● Μονοδιάστατος αισθητήρας: Συνήθως μία μόνο σειρά pixel.
● Έλεγχος κίνησηςΈνας μεταφορικός ιμάντας ή ένας περιστρεφόμενος μηχανισμός εξασφαλίζει ομοιόμορφη κίνηση.
● ΦωτισμόςΣυχνά γραμμικός ή ομοαξονικός φωτισμός για συνεπή φωτισμό.
Επειδή η εικόνα δημιουργείται γραμμή προς γραμμή, ο συγχρονισμός είναι κρίσιμος. Εάν το αντικείμενο κινείται ασυνεπώς ή ο χρονισμός είναι λανθασμένος, μπορεί να προκληθεί παραμόρφωση της εικόνας.
Κάμερες σάρωσης γραμμής έναντι καμερών σάρωσης περιοχής
| Χαρακτηριστικό | Κάμερα σάρωσης γραμμής | Κάμερα σάρωσης περιοχής |
| Λήψη εικόνας | Μία γραμμή τη φορά | Πλήρες καρέ 2D ταυτόχρονα |
| Ιδανική Χρήση | Κινούμενα ή συνεχή αντικείμενα | Στατικές ή στιγμιότυπες σκηνές |
| Μέγεθος εικόνας | Σχεδόν απεριόριστο σε μήκος | Περιορίζεται από το μέγεθος του αισθητήρα |
| Ολοκλήρωση | Απαιτεί έλεγχο κίνησης και χρονισμού | Απλούστερη ρύθμιση |
| Τυπικές εφαρμογές | Επιθεώρηση ιστού, εκτύπωση, υφάσματα | Σάρωση γραμμωτού κώδικα, ρομποτική, γενική απεικόνιση |
Με λίγα λόγια, οι κάμερες γραμμικής σάρωσης υπερέχουν όταν απεικονίζουν αντικείμενα που κινούνται γρήγορα ή πολύ μεγάλα. Οι κάμερες σάρωσης περιοχής είναι πιο κατάλληλες για εφαρμογές με στατικούς ή μικρούς στόχους.
Βασικά χαρακτηριστικά των καμερών γραμμικής σάρωσης
Όταν επιλέγετε μια κάμερα γραμμικής σάρωσης, λάβετε υπόψη τις ακόλουθες προδιαγραφές:
● Ανάλυση: Αριθμός pixel ανά γραμμή, που επηρεάζει το επίπεδο λεπτομέρειας.
● Ρυθμός γραμμής (Hz)Αριθμός γραμμών που καταγράφονται ανά δευτερόλεπτο—ζωτικής σημασίας για επιθεωρήσεις υψηλής ταχύτητας.
● Τύπος αισθητήραCMOS (γρήγορη, χαμηλής ισχύος) έναντι CCD (υψηλότερη ποιότητα εικόνας σε ορισμένες περιπτώσεις).
● ΔιεπαφήΕπιλογές μεταφοράς δεδομένων όπως GigE, Camera Link ή CoaXPress.
● Δυναμικό εύρος και ευαισθησίαΣημαντικό για την επιθεώρηση αντικειμένων με μεταβλητή φωτεινότητα ή ανακλαστικότητα.
● Έγχρωμο vs. ΜονόχρωμοΟι έγχρωμες κάμερες χρησιμοποιούν πολλαπλές σειρές με φίλτρα RGB. Η μονόχρωμη κάμερα μπορεί να προσφέρει υψηλότερη ευαισθησία.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των καμερών γραμμικής σάρωσης
Πλεονεκτήματα
-
Μπορεί να καταγράψει μονοδιάστατες πληροφορίες με πολύ υψηλή ταχύτητα (συνήθως μετρούμενη σε ρυθμό γραμμής 100s kHz). Μπορεί να καταγράψει δισδιάστατες εικόνες αυθαίρετου μεγέθους με υψηλή ταχύτητα κατά τη σάρωση σε ένα αντικείμενο απεικόνισης.
-
Μπορεί να καταγράψει πληροφορίες χρώματος χωρίς να θυσιάσει την ανάλυση μέσω της χρήσης ξεχωριστών γραμμών φιλτραρισμένων με κόκκινο, πράσινο και μπλε ή οι προσαρμοσμένες κάμερες μπορούν να προσφέρουν συγκεκριμένο φιλτράρισμα μήκους κύματος.
-
Ο φωτισμός χρειάζεται να είναι μόνο μονοδιάστατος και, ανάλογα με τη ρύθμιση απεικόνισης, μπορεί να μην απαιτεί διορθώσεις επίπεδου πεδίου ή άλλες διορθώσεις στη δεύτερη (σαρωμένη) διάσταση.
Μειονεκτήματα
-
Απαιτούνται εξειδικευμένες ρυθμίσεις υλικού και λογισμικού για την απόκτηση δισδιάστατων δεδομένων.
-
Συνήθως δεν είναι κατάλληλο για απεικόνιση σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού λόγω χαμηλού QE, υψηλού θορύβου και μικρών μεγεθών pixel, ειδικά σε συνδυασμό με τους μικρούς χρόνους έκθεσης που είναι τυπικοί για σάρωση υψηλής ταχύτητας.
-
Συνήθως δεν προορίζεται για επιστημονική απεικόνιση, επομένως η γραμμικότητα και η ποιότητα της εικόνας ενδέχεται να είναι κακές.
Κοινές εφαρμογές των καμερών γραμμικής σάρωσης στον επιστημονικό τομέα
Οι κάμερες γραμμικής σάρωσης χρησιμοποιούνται ευρέως στην επιστημονική έρευνα και σε προηγμένες εφαρμογές απεικόνισης που απαιτούν υψηλή ανάλυση, ακρίβεια και συνεχή λήψη δεδομένων. Τυπικές χρήσεις περιλαμβάνουν:
● Μικροσκοπική απεικόνισηΛήψη γραμμικών σαρώσεων υψηλής ανάλυσης για λεπτομερή ανάλυση επιφάνειας ή κυττάρων.
● ΦασματοσκοπίαΚαταγραφή φασματικών δεδομένων σε δείγματα με ακριβή χωρική ανάλυση.
● ΑστρονομίαΑπεικόνιση ουράνιων αντικειμένων ή παρακολούθηση γρήγορα κινούμενων στόχων με ελάχιστη παραμόρφωση.
● Επιστήμη ΥλικώνΕπιθεώρηση επιφάνειας και ανίχνευση ελαττωμάτων σε μέταλλα, πολυμερή ή σύνθετα υλικά.
● Βιοϊατρική ΑπεικόνισηΣάρωση βιολογικών ιστών για διαγνωστικούς ή ερευνητικούς σκοπούς, συμπεριλαμβανομένης της ιστολογίας και της παθολογίας.
Αυτές οι εφαρμογές επωφελούνται από την ικανότητα της κάμερας γραμμικής σάρωσης να δημιουργεί εικόνες υψηλής λεπτομέρειας, χωρίς παραμόρφωση, σε εκτεταμένες περιοχές ή σε δυναμικές πειραματικές διατάξεις.
Περιορισμοί των καμερών σάρωσης γραμμής
Σχηματικό διάγραμμα: Επιστημονική κάμερα Tucsen υψηλής ευαισθησίας με σάρωση γραμμής/TDI
Αριστερά: Κάμερα σάρωσης περιοχής χωρίς ψύξη
ΜέσοΕπιστημονική κάμερα TDI
Δικαίωμα: Κάμερα σάρωσης ψυχόμενης περιοχής
Ενώ οι κάμερες γραμμικής σάρωσης προσφέρουν εξαιρετική ανάλυση και είναι κατάλληλες για συνεχή απεικόνιση, έχουν περιορισμούς, ιδιαίτερα σε προηγμένα επιστημονικά περιβάλλοντα όπου η ευαισθησία και η σταθερότητα του σήματος είναι κρίσιμες.
Ένας σημαντικός περιορισμός είναι η απόδοσή τους σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού. Οι παραδοσιακές κάμερες γραμμικής σάρωσης βασίζονται σε έκθεση μονού περάσματος, η οποία ενδέχεται να μην παρέχει επαρκή λόγο σήματος προς θόρυβο (SNR) κατά την απεικόνιση δειγμάτων με χαμηλό φωτισμό ή ευαίσθητα στο φως, όπως σε μικροσκοπία φθορισμού ή σε ορισμένες βιοϊατρικές δοκιμασίες. Επιπλέον, η επίτευξη ακριβούς συγχρονισμού μεταξύ της κίνησης του αντικειμένου και της λήψης εικόνας μπορεί να είναι τεχνικά απαιτητική, ειδικά σε διατάξεις που περιλαμβάνουν μεταβλητή ταχύτητα ή δόνηση.
Ένας άλλος περιορισμός είναι η περιορισμένη ικανότητά τους να καταγράφουν εικόνες υψηλής ποιότητας από πολύ αργά κινούμενα ή ανομοιόμορφα φωτισμένα δείγματα, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε ασυνεπή έκθεση ή σε αντικείμενα κίνησης.
Για να ξεπεραστούν αυτές οι προκλήσεις, οι κάμερες TDI (Time Delay Integration - Ολοκλήρωση Χρονικής Καθυστέρησης) έχουν αναδειχθεί ως μια ισχυρή εναλλακτική λύση. Συσσωρεύοντας σήμα σε πολλαπλές εκθέσεις καθώς το αντικείμενο κινείται, οι κάμερες TDI βελτιώνουν σημαντικά την ευαισθησία και την ποιότητα της εικόνας, καθιστώντας τες ιδιαίτερα πολύτιμες σε επιστημονικούς τομείς που απαιτούν απεικόνιση σε εξαιρετικά χαμηλό φωτισμό, υψηλό δυναμικό εύρος ή ακριβή χρονική ανάλυση.
Σύναψη
Οι κάμερες σάρωσης γραμμών είναι απαραίτητα εργαλεία σε βιομηχανίες που απαιτούν απεικόνιση υψηλής ταχύτητας και ανάλυσης κινούμενων ή συνεχών επιφανειών. Η μοναδική μέθοδος σάρωσης που προσφέρουν προσφέρει ξεχωριστά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις κάμερες σάρωσης περιοχής στα κατάλληλα σενάρια, ειδικά για εφαρμογές όπως η επιθεώρηση ιστού, η απεικόνιση ημιαγωγών και η αυτοματοποιημένη συσκευασία.
Ενώ οι κάμερες γραμμικής σάρωσης χρησιμοποιούνται κυρίως σε βιομηχανικά περιβάλλοντα, οι χρήστες που απαιτούν υψηλή ευαισθησία ή απόδοση σε χαμηλό φωτισμό μπορούν να επωφεληθούν από την εξερεύνησηεπιστημονικές κάμερεςΣχεδιασμένο για εφαρμογές απεικόνισης ακριβείας.
Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των καμερών γραμμικής σάρωσης και των στοιχείων που πρέπει να προσέξετε κατά την επιλογή μιας, θα σας βοηθήσει να σχεδιάσετε πιο έξυπνα και αξιόπιστα συστήματα επιθεώρησης.
Συχνές ερωτήσεις
Πώς καταγράφει μια κάμερα γραμμικής σάρωσης έγχρωμες εικόνες;
Οι κάμερες σάρωσης χρωματικών γραμμών χρησιμοποιούν συνήθως τριγραμμικούς αισθητήρες, οι οποίοι περιέχουν τρεις παράλληλες γραμμές pixel, καθεμία με ένα κόκκινο, πράσινο ή μπλε φίλτρο. Καθώς το αντικείμενο κινείται πέρα από τον αισθητήρα, κάθε γραμμή χρώματος καταγράφει το αντίστοιχο κανάλι της σε ακολουθία. Αυτά στη συνέχεια συνδυάζονται για να σχηματίσουν μια εικόνα πλήρους χρώματος. Ο ακριβής συγχρονισμός είναι απαραίτητος για την αποφυγή της κακής ευθυγράμμισης των χρωμάτων, ειδικά σε υψηλές ταχύτητες.
Πώς να επιλέξετε τη σωστή κάμερα σάρωσης γραμμής
Η επιλογή της σωστής κάμερας εξαρτάται από τις απαιτήσεις της εφαρμογής σας. Ακολουθούν ορισμένοι βασικοί παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη:
● Απαιτήσεις ταχύτηταςΠροσδιορίστε τις ανάγκες σας σε ρυθμό γραμμής με βάση την ταχύτητα του αντικειμένου.
● Ανάγκες επίλυσηςΑντιστοιχίστε την ανάλυση στις ανοχές επιθεώρησής σας.
● Φωτισμός και ΠεριβάλλονΣκεφτείτε το ενδεχόμενο ειδικού φωτισμού για ανακλαστικές ή σκοτεινές επιφάνειες.
● Τύπος αισθητήραΤο CMOS έχει γίνει το κύριο χαρακτηριστικό λόγω της ταχύτητας και της αποτελεσματικότητάς του, ενώ οι μονάδες CCD εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται για παλαιότερα συστήματα και συστήματα κρίσιμης ακρίβειας.
● ΣυνδεσιμότηταΒεβαιωθείτε ότι το σύστημά σας υποστηρίζει τη διεπαφή της κάμερας (π.χ., CoaXPress για υψηλούς ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων).
● ΠροϋπολογισμόςΙσορροπήστε την απόδοση με το κόστος του συστήματος, συμπεριλαμβανομένου του φωτισμού, των οπτικών και των συλλεκτών καρέ.
Σε περίπτωση αμφιβολίας, συμβουλευτείτε έναν ειδικό ή προμηθευτή μηχανικής όρασης για να διασφαλίσετε τη συμβατότητα με τον σχεδιασμό του συστήματός σας και τους στόχους της εφαρμογής σας.
Πόσες γραμμές έχει μια μονόχρωμη κάμερα σάρωσης γραμμών;
Μια τυπική μονόχρωμη κάμερα σάρωσης γραμμών έχει συνήθως μία γραμμή pixel, αλλά ορισμένα μοντέλα διαθέτουν δύο ή περισσότερες παράλληλες γραμμές. Αυτοί οι αισθητήρες πολλαπλών γραμμών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της ποιότητας της εικόνας υπολογίζοντας τον μέσο όρο πολλαπλών εκθέσεων, βελτιώνοντας την ευαισθησία ή καταγράφοντας διαφορετικές γωνίες φωτισμού.
Ενώ οι κάμερες μίας γραμμής επαρκούν για τις περισσότερες επιθεωρήσεις υψηλής ταχύτητας, οι εκδόσεις διπλής και τετραπλής γραμμής προσφέρουν καλύτερη απόδοση σε απαιτητικά περιβάλλοντα, ειδικά όπου απαιτείται χαμηλός θόρυβος ή υψηλό δυναμικό εύρος.
Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την τεχνολογία γραμμικής σάρωσης σε εφαρμογές απεικόνισης με περιορισμένο φωτισμό, ανατρέξτε στο άρθρο μας:
Γιατί η τεχνολογία TDI κερδίζει έδαφος στη βιομηχανική απεικόνιση
Tucsen Photonics Co., Ltd. Με επιφύλαξη παντός δικαιώματος. Κατά την αναφορά, παρακαλούμε να αναφέρετε την πηγή:www.tucsen.com
