دوربینهای اسکن خطی، دستگاههای تصویربرداری تخصصی هستند که برای ثبت تصاویر با وضوح بالا از اشیاء متحرک یا پیوسته طراحی شدهاند. برخلاف دوربینهای اسکن منطقهای سنتی که یک تصویر دوبعدی را در یک نوردهی ثبت میکنند، دوربینهای اسکن خطی تصاویر را خط به خط میسازند - ایدهآل برای کاربردهایی مانند بازرسی وب، تجزیه و تحلیل نیمههادیها و تأیید بستهبندی.
این دوربینها معمولاً دارای یک ردیف پیکسل (یا گاهی اوقات چندین ردیف) هستند و هنگامی که با یک سوژه متحرک یا سیستم اسکن ترکیب میشوند، میتوانند تصاویر دوبعدی با کیفیت بالا از اشیاء تقریباً با هر طولی تولید کنند. بسته به نوع حسگر، دوربینهای اسکن خطی معمولاً از فناوری حسگر CCD یا CMOS استفاده میکنند - مشابه آنچه در بسیاری از دوربینها یافت میشود.دوربینهای CMOS— با توجه به سرعت و بهرهوری انرژی، CMOS به گزینه ارجح تبدیل شده است.
دوربین اسکن خطی چیست؟

دوربینهای اسکن خطی معمولاً برای مصارف صنعتی و نه علمی بهینه شدهاند و ممکن است در کاربردهای کمنور یا با دقت بسیار بالا محدودیتهایی داشته باشند. نویز بالای خوانش، پیکسلهای کوچک و بهطورکلی راندمان کوانتومی پایین میتواند به این معنی باشد که این دوربینها برای ارائه یک SNR کارآمد به سطوح نور بالایی نیاز دارند.
دوربینهای اسکن خطی را میتوان به دو روش اصلی استفاده کرد:
تصویربرداری تکبعدی
اطلاعات یک بعدی را میتوان ثبت کرد، مانند کاربردهای طیفسنجی. نتایج اغلب به صورت نمودار در نرمافزار دوربین نمایش داده میشوند، که در آن شدت روی محور y و پیکسل دوربین روی محور x قرار دارد.
تصویربرداری دو بعدی
دوربین میتواند از طریق حرکت دوربین یا سوژه تصویربرداری، در سراسر یک سوژه تصویربرداری «اسکن» شود و با ثبت برشهای متوالی یک بعدی، یک تصویر دو بعدی تشکیل شود.
این شکل از تصویربرداری امکان ثبت تصاویر دلخواه بزرگ در ابعاد اسکن را فراهم میکند. توانایی ثبت سوژههای در حال حرکت بدون تاری حرکت (یا آثار شاتر چرخشی) به این معنی است که دوربینهای اسکن خطی معمولاً در کاربردهای صنعتی، برای خطوط مونتاژ، بازرسی سوژههای تصویربرداری بزرگ و موارد دیگر مورد استفاده قرار میگیرند.
دوربین اسکن خطی چگونه کار میکند؟
یک دوربین اسکن خطی با هماهنگی یک جسم متحرک یا مکانیزم اسکن کار میکند. همزمان با عبور جسم از زیر دوربین، هر خط از تصویر به صورت متوالی در زمان ثبت میشود. سپس این خطوط به صورت بلادرنگ یا از طریق نرمافزار با هم ترکیب میشوند تا یک تصویر دوبعدی کامل تولید کنند.
اجزای کلیدی شامل موارد زیر است:
● حسگر تکبعدی: معمولاً یک ردیف پیکسل.
● کنترل حرکت: یک نقاله یا مکانیزم چرخشی، حرکت یکنواخت را تضمین میکند.
● نورپردازی: اغلب نورپردازی خطی یا کواکسیال برای روشنایی یکنواخت.
از آنجا که تصویر خط به خط ساخته میشود، همگامسازی بسیار مهم است. اگر جسم به طور ناموزون حرکت کند یا زمانبندی اشتباه باشد، ممکن است اعوجاج تصویر رخ دهد.
دوربینهای اسکن خطی در مقابل اسکن منطقهای
ویژگی | دوربین اسکن خطی | دوربین اسکن منطقهای |
ضبط تصویر | یک خط در یک زمان | قاب کامل دوبعدی به طور همزمان |
استفاده ایدهآل | اشیاء متحرک یا پیوسته | صحنههای ثابت یا فوری |
اندازه تصویر | تقریباً نامحدود در طول | محدود به اندازه حسگر |
ادغام | نیاز به کنترل حرکت و زمانبندی دارد | راهاندازی سادهتر |
کاربردهای معمول | بازرسی وب، چاپ، منسوجات | اسکن بارکد، رباتیک، تصویربرداری عمومی |
به طور خلاصه، دوربینهای اسکن خطی هنگام تصویربرداری از اشیاء متحرک سریع یا بسیار بزرگ عالی هستند. دوربینهای اسکن منطقهای برای کاربردهایی با اهداف ثابت یا کوچک مناسبتر هستند.
ویژگیهای کلیدی دوربینهای اسکن خطی
هنگام انتخاب دوربین اسکن خطی، مشخصات زیر را در نظر بگیرید:
● وضوح تصویر: تعداد پیکسلها در هر خط، که بر سطح جزئیات تأثیر میگذارد.
● نرخ خط (هرتز)تعداد خطوط ثبت شده در هر ثانیه - برای بازرسیهای پرسرعت حیاتی است.
● نوع سنسورCMOS (سریع، کم مصرف) در مقابل CCD (در برخی موارد کیفیت تصویر بالاتر).
● رابط کاربریگزینههای انتقال داده مانند GigE، Camera Link یا CoaXPress.
● محدوده دینامیکی و حساسیت: برای بررسی اشیاء با روشنایی یا بازتاب متغیر مهم است.
● رنگی در مقابل تک رنگدوربینهای رنگی از چندین ردیف فیلتر RGB استفاده میکنند؛ دوربینهای تکرنگ ممکن است حساسیت بالاتری ارائه دهند.
مزایا و معایب دوربینهای اسکن خطی
مزایا
-
میتواند اطلاعات تکبعدی را با سرعت بسیار بالا (معمولاً با سرعت خط ۱۰۰ کیلوهرتز اندازهگیری میشود) ثبت کند. میتواند تصاویر دوبعدی با اندازه دلخواه را با سرعت بالا هنگام اسکن کردن در سراسر یک سوژه تصویربرداری ثبت کند.
-
میتواند اطلاعات رنگی را بدون کاهش وضوح از طریق استفاده از ردیفهای فیلتر شده جداگانه قرمز، سبز و آبی ثبت کند، یا دوربینهای سفارشی میتوانند فیلتر طول موج خاصی را ارائه دهند.
-
نورپردازی فقط باید تکبعدی باشد و بسته به تنظیمات تصویربرداری، میتواند نیازی به میدان مسطح یا سایر اصلاحات در بعد دوم (اسکن شده) نداشته باشد.
معایب
-
برای به دست آوردن دادههای دوبعدی، به تنظیمات سختافزاری و نرمافزاری تخصصی نیاز است.
-
معمولاً به دلیل QE پایین، نویز بالا و اندازه پیکسل کوچک، به خصوص در ترکیب با زمان نوردهی کوتاه معمول در اسکن پرسرعت، برای تصویربرداری در نور کم مناسب نیست.
-
معمولاً برای تصویربرداری علمی در نظر گرفته نشده است، بنابراین خطی بودن و کیفیت تصویر ممکن است ضعیف باشد.
کاربردهای رایج دوربینهای اسکن خطی در حوزه علمی
دوربینهای اسکن خطی به طور گسترده در تحقیقات علمی و کاربردهای تصویربرداری پیشرفته که نیاز به وضوح بالا، دقت و جمعآوری مداوم دادهها دارند، مورد استفاده قرار میگیرند. کاربردهای معمول عبارتند از:
● تصویربرداری میکروسکوپی: گرفتن اسکنهای خطی با وضوح بالا برای تجزیه و تحلیل دقیق سطح یا سلول.
● طیفسنجیثبت دادههای طیفی از نمونهها با وضوح مکانی دقیق.
● نجوم: تصویربرداری از اجرام آسمانی یا ردیابی اهداف سریع با حداقل اعوجاج.
● علوم موادبازرسی سطح و تشخیص نقص در فلزات، پلیمرها یا کامپوزیتها
● تصویربرداری پزشکیاسکن بافتهای بیولوژیکی برای اهداف تشخیصی یا تحقیقاتی، از جمله بافتشناسی و آسیبشناسی.
این کاربردها از توانایی دوربین اسکن خطی در تولید تصاویر با جزئیات بالا و بدون اعوجاج در مناطق وسیع یا در تنظیمات آزمایشگاهی پویا بهره میبرند.
محدودیتهای دوربینهای اسکن خطی

نمودار شماتیک: دوربین علمی Tucsen با حساسیت بالای اسکن خطی/TDI
چپدوربین اسکن ناحیهای بدون خنککننده
میانهدوربین علمی TDI
درستدوربین اسکن ناحیه خنک شونده
اگرچه دوربینهای اسکن خطی وضوح عالی ارائه میدهند و برای تصویربرداری پیوسته مناسب هستند، اما محدودیتهایی نیز دارند، به ویژه در محیطهای علمی پیشرفته که حساسیت و پایداری سیگنال بسیار مهم است.
یکی از محدودیتهای اصلی، عملکرد آنها در شرایط کمنور است. دوربینهای اسکن خطی سنتی به نوردهی تکگذر متکی هستند که ممکن است هنگام تصویربرداری از نمونههای کمنور یا حساس به نور، مانند میکروسکوپ فلورسانس یا برخی از سنجشهای زیستپزشکی، نسبت سیگنال به نویز (SNR) کافی را ارائه ندهند. علاوه بر این، دستیابی به همگامسازی دقیق بین حرکت جسم و تصویربرداری میتواند از نظر فنی دشوار باشد، بهویژه در تنظیماتی که شامل سرعت یا لرزش متغیر هستند.
محدودیت دیگر، توانایی محدود آنها در ثبت تصاویر با کیفیت بالا از نمونههای با حرکت بسیار آهسته یا نمونههای با نور ناهموار است که ممکن است منجر به نوردهی ناهماهنگ یا مصنوعات حرکتی شود.
برای غلبه بر این چالشها، دوربینهای TDI (ادغام تأخیر زمانی) به عنوان یک جایگزین قدرتمند ظهور کردهاند. دوربینهای TDI با جمعآوری سیگنال در چندین نوردهی همزمان با حرکت جسم، حساسیت و کیفیت تصویر را به میزان قابل توجهی افزایش میدهند و این امر آنها را به ویژه در زمینههای علمی که نیاز به تصویربرداری در نور بسیار کم، محدوده دینامیکی بالا یا وضوح زمانی دقیق دارند، ارزشمند میکند.
نتیجهگیری
دوربینهای اسکن خطی ابزارهای ضروری در صنایعی هستند که نیاز به تصویربرداری با سرعت و وضوح بالا از سطوح متحرک یا پیوسته دارند. روش اسکن منحصر به فرد آنها مزایای متمایزی نسبت به دوربینهای اسکن منطقهای در سناریوهای مناسب، به ویژه برای کاربردهایی مانند بازرسی وب، تصویربرداری نیمههادیها و بستهبندی خودکار، ارائه میدهد.
اگرچه دوربینهای اسکن خطی عمدتاً در محیطهای صنعتی استفاده میشوند، کاربرانی که به حساسیت بالا یا عملکرد در نور کم نیاز دارند، میتوانند از کاوش در این زمینه بهرهمند شوند.دوربینهای علمیبرای کاربردهای تصویربرداری دقیق طراحی شده است.
درک نحوه کار دوربینهای اسکن خطی و نکاتی که هنگام انتخاب آنها باید در نظر بگیرید، به شما در طراحی سیستمهای بازرسی هوشمندتر و قابل اعتمادتر کمک خواهد کرد.
سوالات متداول
دوربین اسکن خطی چگونه تصاویر رنگی میگیرد؟
دوربینهای اسکن خطی رنگی معمولاً از حسگرهای سهخطی استفاده میکنند که شامل سه خط موازی پیکسل هستند که هر کدام دارای یک فیلتر قرمز، سبز یا آبی هستند. با عبور جسم از مقابل حسگر، هر خط رنگی کانال مربوط به خود را به ترتیب ثبت میکند. سپس این خطوط با هم ترکیب میشوند تا یک تصویر تمام رنگی تشکیل دهند. همگامسازی دقیق برای جلوگیری از ناهماهنگی رنگ، به ویژه در سرعتهای بالا، ضروری است.
چگونه دوربین اسکن خطی مناسب را انتخاب کنیم؟
انتخاب دوربین مناسب به الزامات کاربرد شما بستگی دارد. در اینجا چند عامل کلیدی برای بررسی آورده شده است:
● الزامات سرعت: نیازهای نرخ خط خود را بر اساس سرعت جسم تعیین کنید.
● نیازهای حل مسئله: وضوح را با تلرانسهای بازرسی خود مطابقت دهید.
● نورپردازی و محیط زیست: برای سطوح بازتابنده یا تیره، نورپردازی ویژهای را در نظر بگیرید.
● نوع سنسورCMOS به دلیل سرعت و کارایی خود به جریان اصلی تبدیل شده است، در حالی که CCD ها همچنان برای سیستمهای قدیمی و سیستمهای با دقت بالا مورد استفاده قرار میگیرند.
● اتصال: مطمئن شوید که سیستم شما از رابط دوربین پشتیبانی میکند (مثلاً CoaXPress برای نرخ داده بالا).
● بودجه: عملکرد را با هزینه سیستم، شامل نورپردازی، اپتیک و گیرندههای قاب، متعادل کنید.
در صورت شک، با یک متخصص یا فروشنده بینایی ماشین مشورت کنید تا از سازگاری با طراحی سیستم و اهداف کاربردی خود اطمینان حاصل کنید.
یک دوربین اسکن خطی تک رنگ چند خط دارد؟
یک دوربین اسکن خطی تک رنگ استاندارد معمولاً یک خط پیکسل دارد، اما برخی مدلها دارای دو یا چند خط موازی هستند. این سنسورهای چند خطی میتوانند برای بهبود کیفیت تصویر با میانگینگیری از چندین نوردهی، افزایش حساسیت یا ثبت زوایای مختلف روشنایی استفاده شوند.
در حالی که دوربینهای تکخطی برای اکثر بازرسیهای پرسرعت کافی هستند، نسخههای دو و چهارخطی عملکرد بهتری را در محیطهای دشوار، به ویژه در مواردی که نویز کم یا محدوده دینامیکی بالا مورد نیاز است، ارائه میدهند.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد فناوری اسکن خطی در کاربردهای تصویربرداری با محدودیت نور، به مقاله ما مراجعه کنید:
افزایش سرعت تصویربرداری با محدودیت نوری با تصویربرداری Line Scan TDI
چرا فناوری TDI در تصویربرداری صنعتی در حال پیشرفت است؟
شرکت توسن فوتونیک. تمامی حقوق محفوظ است. هنگام نقل قول، لطفاً منبع را ذکر کنید:www.tucsen.com