Todo lo que necesita saber sobre las cámaras de escaneo lineal |

Las cámaras de escaneo lineal son dispositivos de imagen especializados, diseñados para capturar imágenes de alta resolución de objetos en movimiento o continuos. A diferencia de las cámaras de escaneo de área tradicionales, que capturan una imagen 2D en una sola exposición, las cámaras de escaneo lineal generan imágenes línea por línea, ideales para aplicaciones como la inspección de bandas, el análisis de semiconductores y la verificación de empaques.

Estas cámaras suelen contar con una sola fila de píxeles (o, a veces, varias) y, al combinarse con un sujeto en movimiento o un sistema de escaneo, pueden producir imágenes 2D de alta calidad de objetos de prácticamente cualquier longitud. Dependiendo del tipo de sensor, las cámaras de escaneo lineal suelen utilizar tecnología de sensor CCD o CMOS, similar a la que se encuentra en muchas...Cámaras CMOS—con CMOS convirtiéndose en la opción preferida debido a su velocidad y eficiencia energética.

¿Qué es una cámara de escaneo lineal?

Las cámaras de escaneo lineal suelen estar optimizadas para uso industrial, no científico, y pueden presentar limitaciones en aplicaciones con poca luz o de ultraalta precisión. El alto ruido de lectura, los píxeles pequeños y la baja eficiencia cuántica general pueden implicar que estas cámaras requieran altos niveles de luz para ofrecer una relación señal/ruido (SNR) viable.

Las cámaras de escaneo lineal se pueden utilizar de dos maneras principales:

Captura unidimensional

Se puede capturar información unidimensional, como en aplicaciones de espectroscopia. Los resultados suelen representarse gráficamente en el software de la cámara, con la intensidad en el eje y y el píxel de la cámara en el eje x.

Captura bidimensional

Se puede "escanear" la cámara a través de un sujeto en imágenes, ya sea moviendo la cámara o el sujeto, y se puede formar una imagen bidimensional capturando cortes unidimensionales sucesivos.

Este tipo de procesamiento de imágenes permite capturar imágenes de cualquier tamaño en la dimensión del escaneo. La capacidad de capturar sujetos en movimiento sin desenfoque de movimiento (ni artefactos de obturador rodante) hace que las cámaras de escaneo lineal se utilicen con mucha frecuencia en aplicaciones industriales, líneas de montaje, inspección de sujetos de gran tamaño, etc.

¿Cómo funciona una cámara de escaneo lineal?

Una cámara de escaneo lineal funciona en coordinación con un objeto en movimiento o un mecanismo de escaneo. A medida que el objeto pasa por debajo de la cámara, cada línea de la imagen se captura secuencialmente. Estas líneas se combinan en tiempo real o mediante software para producir una imagen 2D completa.

Los componentes clave incluyen:

● Sensor unidimensional:Normalmente una sola fila de píxeles.
● Control de movimiento:Un transportador o mecanismo giratorio asegura un movimiento uniforme.
● Iluminación:A menudo, iluminación lineal o coaxial para una iluminación constante.

Dado que la imagen se construye línea por línea, la sincronización es crucial. Si el objeto se mueve de forma inconsistente o la sincronización no es correcta, la imagen puede distorsionarse.

Cámaras de escaneo lineal vs. cámaras de escaneo de área

Característica	Cámara de escaneo lineal	Cámara de escaneo de área
Captura de imagen	Una línea a la vez	Fotograma 2D completo a la vez
Uso ideal	Objetos en movimiento o continuos	Escenas fijas o instantáneas
Tamaño de la imagen	Prácticamente ilimitado en longitud	Limitado por el tamaño del sensor
Integración	Requiere control de movimiento y tiempo.	Configuración más sencilla
Aplicaciones típicas	Inspección web, impresión, textiles	Escaneo de códigos de barras, robótica, imágenes en general

En resumen, las cámaras de escaneo lineal son excelentes para capturar imágenes de objetos muy grandes o en rápido movimiento. Las cámaras de escaneo de área son más adecuadas para aplicaciones con objetivos estáticos o pequeños.

Características principales de las cámaras de escaneo lineal

Al elegir una cámara de escaneo lineal, tenga en cuenta las siguientes especificaciones:

● Resolución:Número de píxeles por línea, que afecta el nivel de detalle.
● Velocidad de línea (Hz):Número de líneas capturadas por segundo: vital para inspecciones de alta velocidad.
● Tipo de sensor:CMOS (rápido, bajo consumo) vs. CCD (mayor calidad de imagen en algunos casos).
● Interfaz:Opciones de transferencia de datos como GigE, Camera Link o CoaXPress.
● Rango dinámico y sensibilidad:Importante para inspeccionar objetos con brillo o reflectividad variables.
● Color vs. Monocromo:Las cámaras a color utilizan múltiples filas con filtros RGB; las monocromáticas pueden ofrecer una mayor sensibilidad.

Pros y contras de las cámaras de escaneo lineal

Ventajas

Puede capturar información unidimensional a muy alta velocidad (normalmente medida en frecuencias de línea de cientos de kHz). Puede capturar imágenes bidimensionales de tamaño arbitrario a alta velocidad al escanear un objeto.

Puede capturar información de color sin sacrificar la resolución mediante el uso de filas separadas con filtros rojo, verde y azul, o las cámaras personalizadas pueden ofrecer un filtrado de longitud de onda específico.

La iluminación solo debe ser unidimensional y, dependiendo de la configuración de la imagen, puede que no requiera campo plano ni otras correcciones en la segunda dimensión (escaneada).

Contras

Se requieren configuraciones de hardware y software especializadas para adquirir datos bidimensionales.

Generalmente no es adecuado para imágenes con poca luz debido a la baja QE, el alto ruido y los pequeños tamaños de píxeles, especialmente combinados con los cortos tiempos de exposición típicos del escaneo de alta velocidad.

Generalmente no está destinado a imágenes científicas, por lo que la linealidad y la calidad de la imagen pueden ser deficientes.

Aplicaciones comunes de las cámaras de escaneo lineal en el campo científico

Las cámaras de escaneo lineal se utilizan ampliamente en la investigación científica y en aplicaciones avanzadas de imagen que exigen alta resolución, precisión y adquisición continua de datos. Sus usos típicos incluyen:

● Imágenes de microscopía:Captura de escaneos lineales de alta resolución para análisis detallados de superficies o celulares.
● Espectroscopia:Registro de datos espectrales en muestras con resolución espacial precisa.
● Astronomía:Obtención de imágenes de objetos celestes o seguimiento de objetivos en rápido movimiento con una distorsión mínima.
● Ciencia de los materiales:Inspección de superficies y detección de defectos en metales, polímeros o compuestos.
● Imágenes biomédicas:Escaneo de tejidos biológicos con fines de diagnóstico o investigación, incluida la histología y la patología.

Estas aplicaciones se benefician de la capacidad de la cámara de escaneo lineal para generar imágenes altamente detalladas y sin distorsiones en áreas extendidas o en configuraciones experimentales dinámicas.

Limitaciones de las cámaras de escaneo lineal

Cámara científica Tucsen de escaneo lineal y TDI de alta sensibilidad

Diagrama esquemático: Cámara científica Tucsen de escaneo lineal/TDI de alta sensibilidad

Izquierda: Cámara de escaneo de área no refrigerada

MedioCámara científica TDI

Bien: Cámara de escaneo de área refrigerada

Si bien las cámaras de escaneo lineal ofrecen una excelente resolución y son adecuadas para la obtención de imágenes continuas, tienen limitaciones, en particular en entornos científicos avanzados donde la sensibilidad y la estabilidad de la señal son fundamentales.

Una limitación importante es su rendimiento en condiciones de poca luz. Las cámaras de escaneo lineal tradicionales utilizan una exposición de una sola pasada, lo que puede no proporcionar una relación señal-ruido (SNR) suficiente al capturar imágenes de muestras con poca iluminación o fotosensibles, como en la microscopía de fluorescencia o en ciertos ensayos biomédicos. Además, lograr una sincronización precisa entre el movimiento del objeto y la adquisición de imágenes puede ser técnicamente exigente, especialmente en configuraciones que implican velocidad variable o vibración.

Otra limitación es su capacidad limitada para capturar imágenes de alta calidad de especímenes que se mueven muy lentamente o con iluminación desigual, lo que puede generar una exposición inconsistente o artefactos de movimiento.

Para superar estos desafíos, las cámaras TDI (integración con retardo de tiempo) se han convertido en una potente alternativa. Al acumular la señal en múltiples exposiciones a medida que el objeto se mueve, las cámaras TDI mejoran significativamente la sensibilidad y la calidad de imagen, lo que las hace especialmente valiosas en campos científicos que requieren imágenes con luz ultrabaja, alto rango dinámico o una resolución temporal precisa.

Conclusión

Las cámaras de escaneo lineal son herramientas indispensables en industrias que requieren imágenes de alta velocidad y alta resolución de superficies móviles o continuas. Su exclusivo método de escaneo ofrece ventajas significativas sobre las cámaras de escaneo de área en los escenarios adecuados, especialmente para aplicaciones como la inspección de bandas, la captura de imágenes de semiconductores y el envasado automatizado.

Si bien las cámaras de escaneo lineal se utilizan principalmente en entornos industriales, los usuarios que requieren alta sensibilidad o rendimiento con poca luz pueden beneficiarse al explorarcámaras científicasDiseñado para aplicaciones de imágenes de precisión.

Comprender cómo funcionan las cámaras de escaneo lineal y qué buscar al seleccionar una lo ayudará a diseñar sistemas de inspección más inteligentes y confiables.

Preguntas frecuentes

¿Cómo una cámara de escaneo lineal captura imágenes en color?

Las cámaras de escaneo de líneas a color suelen utilizar sensores trilineales, que contienen tres líneas paralelas de píxeles, cada una con un filtro rojo, verde o azul. A medida que el objeto pasa por el sensor, cada línea de color captura su canal correspondiente en secuencia. Estos se combinan para formar una imagen a todo color. Una sincronización precisa es esencial para evitar la desalineación del color, especialmente a altas velocidades.

Cómo elegir la cámara de escaneo lineal adecuada

La selección de la cámara adecuada depende de los requisitos de su aplicación. Aquí hay algunos factores clave a considerar:

● Requisitos de velocidad:Determine sus necesidades de velocidad de línea en función de la velocidad del objeto.
● Necesidades de resolución:Adapte la resolución a sus tolerancias de inspección.
● Iluminación y ambiente:Considere una iluminación especial para superficies reflectantes u oscuras.
● Tipo de sensor:El CMOS se ha vuelto popular debido a su velocidad y eficiencia, mientras que los CCD continúan utilizándose para sistemas heredados y de precisión crítica.
● Conectividad:Asegúrese de que su sistema admita la interfaz de la cámara (por ejemplo, CoaXPress para altas velocidades de datos).
● Presupuesto:Equilibre el rendimiento con el costo del sistema, incluida la iluminación, la óptica y los capturadores de imágenes.

En caso de duda, consulte con un experto o proveedor de visión artificial para garantizar la compatibilidad con el diseño de su sistema y los objetivos de su aplicación.

¿Cuántas líneas tiene una cámara monocromática con escaneo lineal?

Una cámara monocromática estándar de escaneo lineal suele tener una línea de píxeles, pero algunos modelos incluyen dos o más líneas paralelas. Estos sensores multilínea permiten mejorar la calidad de la imagen promediando múltiples exposiciones, mejorando la sensibilidad o capturando diferentes ángulos de iluminación.

Si bien las cámaras de una sola línea son suficientes para la mayoría de las inspecciones de alta velocidad, las versiones de dos y cuatro líneas ofrecen un mejor rendimiento en entornos exigentes, especialmente donde se requiere bajo nivel de ruido o alto rango dinámico.

Para obtener más información sobre la tecnología de escaneo lineal en aplicaciones de imágenes con luz limitada, consulte nuestro artículo:

Aceleración de la adquisición con luz limitada con imágenes TDI de escaneo lineal

Por qué la tecnología TDI está ganando terreno en la imagen industrial