25.8.2007Viivakamerat ovat erikoistuneita kuvantamislaitteita, jotka on suunniteltu ottamaan tarkkoja kuvia liikkuvista tai jatkuvista kohteista. Toisin kuin perinteiset aluekamerat, jotka ottavat 2D-kuvan yhdellä valotuksella, viivakamerat rakentavat kuvia rivi riviltä – ihanteellisia sovelluksiin, kuten radan tarkastukseen, puolijohdeanalyysiin ja pakkausten varmentamiseen.
Näissä kameroissa on tyypillisesti yksi pikselirivi (tai joskus useita rivejä), ja yhdistettynä liikkuvaan kohteeseen tai skannausjärjestelmään ne voivat tuottaa korkealaatuisia 2D-kuvia käytännössä minkä tahansa pituisista kohteista. Anturin tyypistä riippuen viivakamerat käyttävät tyypillisesti joko CCD- tai CMOS-kennotekniikkaa – samanlaista kuin monissa muissa laitteissa.CMOS-kamerat—CMOS-tekniikasta on tulossa ensisijainen valinta sen nopeuden ja energiatehokkuuden ansiosta.
Mikä on linjaskannauskamera?
Viivakamerat on tyypillisesti optimoitu teolliseen eikä tieteelliseen käyttöön, ja niillä voi olla rajoituksia hämärässä tai erittäin tarkoissa sovelluksissa. Suuri lukukohina, pienet pikselit ja yleisesti ottaen alhainen kvanttihyötysuhde voivat tarkoittaa, että nämä kamerat tarvitsevat korkeita valaistustasoja toimivan signaali-kohinasuhteen tuottamiseksi.
Viivaskannauskameroita voidaan käyttää kahdella päätavalla:
1-ulotteinen tallennus
Yksiulotteista tietoa voidaan tallentaa, esimerkiksi spektroskopiasovelluksissa. Tulokset esitetään usein graafisesti kameraohjelmistoissa, jossa intensiteetti on y-akselilla ja kameran pikseli x-akselilla.
2-ulotteinen tallennus
Kameraa voidaan "skannata" kuvauskohteen yli joko liikuttamalla kameraa tai kuvauskohdetta, ja kaksiulotteinen kuva voidaan muodostaa ottamalla peräkkäisiä yksiulotteisia viipaleita.
Tämäntyyppinen kuvantaminen mahdollistaa mielivaltaisen suurien kuvien ottamisen skannaussuunnassa. Mahdollisuus tallentaa liikkuvia kohteita ilman liike-epäterävyyttä (tai liikkuvan sulkimen artefakteja) tarkoittaa, että viivaskannerikameroita käytetään hyvin yleisesti teollisissa sovelluksissa, kokoonpanolinjoilla, suurten kuvauskohteiden tarkastuksessa ja muualla.
Miten linjaskannauskamera toimii?
Viivaskannauskamera toimii koordinoidusti liikkuvan kohteen tai skannausmekanismin kanssa. Kun kohde kulkee kameran ali, jokainen kuvan viiva tallennetaan peräkkäin ajassa. Nämä viivat yhdistetään sitten reaaliajassa tai ohjelmiston avulla täydellisen 2D-kuvan tuottamiseksi.
Keskeisiä komponentteja ovat:
● Yksiulotteinen anturiTyypillisesti yksi pikselirivi.
● LiikeohjausKuljetin tai pyörivä mekanismi varmistaa tasaisen liikkeen.
● ValaistusUsein linja- tai koaksiaalivalaistus tasaisen valaistuksen takaamiseksi.
Koska kuva rakennetaan rivi riviltä, synkronointi on kriittistä. Jos kohde liikkuu epäjohdonmukaisesti tai ajoitus on pielessä, kuvassa voi esiintyä vääristymiä.
Viivaskannaus- vs. alueskannauskamerat
| Ominaisuus | Linjaskannauskamera | Alueskannauskamera |
| Kuvanotto | Yksi rivi kerrallaan | Koko 2D-ruutu kerralla |
| Ihanteellinen käyttö | Liikkuvat tai jatkuvat kohteet | Paikallaan olevat tai otokset |
| Kuvan koko | Lähes rajaton pituus | Anturin koon rajoittama |
| Integraatio | Vaatii liikkeen ja ajoituksen hallintaa | Yksinkertaisempi asennus |
| Tyypilliset sovellukset | Verkkotarkastus, painatus, tekstiilit | Viivakoodin skannaus, robotiikka, yleinen kuvantaminen |
Lyhyesti sanottuna viivakamerat ovat erinomaisia nopeasti liikkuvien tai erittäin suurten kohteiden kuvaamisessa. Aluekamerat sopivat paremmin sovelluksiin, joissa kuvataan staattisia tai pieniä kohteita.
Viivaskannauskameroiden tärkeimmät ominaisuudet
Kun valitset linjaskannauskameraa, ota huomioon seuraavat ominaisuudet:
● ResoluutioPikseleiden määrä riviä kohden, joka vaikuttaa yksityiskohtien tasoon.
● Linjataajuus (Hz)Sekunnissa tallennettujen viivojen määrä – elintärkeää nopeissa tarkastuksissa.
● Anturin tyyppiCMOS (nopea, vähän virtaa kuluttava) vs. CCD (joissakin tapauksissa korkeampi kuvanlaatu).
● KäyttöliittymäTiedonsiirtovaihtoehdot, kuten GigE, Camera Link tai CoaXPress.
● Dynaaminen alue ja herkkyysTärkeää tarkastettaessa kohteita, joiden kirkkaus tai heijastavuus vaihtelee.
● Värillinen vs. mustavalkoinenVärikamerat käyttävät useita rivejä RGB-suodattimilla; yksivärikamerat saattavat tarjota suuremman herkkyyden.
Viivaskannauskameroiden plussat ja miinukset
Hyvät puolet
-
Pystyy tallentamaan yksiulotteista tietoa erittäin suurella nopeudella (tyypillisesti mitattuna satojen kHz:ien linjanopeudella). Pystyy tallentamaan mielivaltaisen kokoisia kaksiulotteisia kuvia suurella nopeudella skannattaessa kuvauskohteen poikki.
-
Voi tallentaa väritietoja tinkimättä resoluutiosta käyttämällä erillisiä punaisen, vihreän ja sinisen suodatettuja rivejä, tai mukautetut kamerat voivat tarjota tietyn aallonpituuden suodatuksen.
-
Valaistuksen tarvitsee olla vain yksiulotteinen, eikä kuvantamisasetuksista riippuen välttämättä tarvita tasokuvakentän tai muita korjauksia toisessa (skannatussa) ulottuvuudessa.
Haittoja
-
Kaksiulotteisen datan hankkiminen vaatii erikoislaitteiston ja -ohjelmiston.
-
Ei tyypillisesti sovellu hyvin hämäräkuvaukseen alhaisen kvanttiekvenssin, suuren kohinan ja pienten pikselikokojen vuoksi, erityisesti yhdistettynä nopeille skannauksille tyypillisiin lyhyisiin valotusaikoihin.
-
Ei yleensä tarkoitettu tieteelliseen kuvantamiseen, joten lineaarisuus ja kuvanlaatu voivat olla heikkoja.
Viivaskannauskameroiden yleisiä sovelluksia tieteellisellä alalla
Viivakameroita käytetään laajalti tieteellisessä tutkimuksessa ja edistyneissä kuvantamissovelluksissa, jotka vaativat korkeaa resoluutiota, tarkkuutta ja jatkuvaa tiedonkeruuta. Tyypillisiä käyttötarkoituksia ovat:
● MikroskopiakuvantaminenKorkean resoluution viivakuvausten ottaminen yksityiskohtaista pinta- tai soluanalyysiä varten.
● SpektroskopiaSpektridatan tallentaminen näytteistä tarkalla spatiaalisella resoluutiolla.
● TähtitiedeTaivaankappaleiden kuvaaminen tai nopeasti liikkuvien kohteiden seuraaminen minimaalisella vääristymällä.
● MateriaalitiedeMetallien, polymeerien tai komposiittien pinnan tarkastus ja vikojen havaitseminen.
● Biolääketieteellinen kuvantaminenBiologisten kudosten skannaus diagnostisiin tai tutkimustarkoituksiin, mukaan lukien histologia ja patologia.
Nämä sovellukset hyötyvät viivakameran kyvystä tuottaa erittäin yksityiskohtaisia, vääristymättömiä kuvia laajoilla alueilla tai dynaamisissa kokeellisissa kokoonpanoissa.
Viivaskannauskameroiden rajoitukset
Kaaviokuva: Tucsenin herkkä linjaskannaus-/TDI-tieteellinen kamera
VasenJäähdyttämätön alueskannauskamera
KeskimmäinenTDI-tieteellinen kamera
OikeaJäähdytetty alueskannauskamera
Vaikka viivakamerat tarjoavat erinomaisen resoluution ja sopivat hyvin jatkuvaan kuvantamiseen, niillä on rajoituksensa, erityisesti edistyneissä tieteellisissä ympäristöissä, joissa herkkyys ja signaalin vakaus ovat kriittisiä.
Yksi merkittävä rajoitus on niiden suorituskyky hämärässä. Perinteiset viivakamerat perustuvat yhden valotusvaiheen käyttöön, mikä ei välttämättä tarjoa riittävää signaali-kohinasuhdetta (SNR) heikosti valaistuja tai valoherkkiä näytteitä kuvatessa, kuten fluoresenssimikroskopiassa tai tietyissä biolääketieteellisissä määrityksissä. Lisäksi tarkan synkronoinnin saavuttaminen kohteen liikkeen ja kuvantamisen välillä voi olla teknisesti vaativaa, erityisesti muuttuvaa nopeutta tai tärinää sisältävissä kokoonpanoissa.
Toinen rajoitus on niiden rajallinen kyky ottaa korkealaatuisia kuvia erittäin hitaasti liikkuvista tai epätasaisesti valaistuista näytteistä, mikä voi johtaa epäjohdonmukaiseen valotukseen tai liikeartefakteihin.
Näiden haasteiden ratkaisemiseksi TDI-kamerat (Time Delay Integration) ovat nousseet tehokkaaksi vaihtoehdoksi. Keräämällä signaalia useiden valotusten ajalta kohteen liikkuessa TDI-kamerat parantavat merkittävästi herkkyyttä ja kuvanlaatua, mikä tekee niistä erityisen arvokkaita tieteen aloilla, jotka vaativat kuvaamista erittäin hämärässä, laajaa dynaamista aluetta tai tarkkaa ajallista resoluutiota.
Johtopäätös
Viivaskannauskamerat ovat välttämättömiä työkaluja teollisuudenaloilla, jotka vaativat liikkuvien tai jatkuvien pintojen nopeaa ja tarkkaa kuvantamista. Niiden ainutlaatuinen skannausmenetelmä tarjoaa selkeitä etuja alueellisiin skannauskameroihin verrattuna oikeissa tilanteissa, erityisesti sovelluksissa, kuten radan tarkastus, puolijohdekuvantaminen ja automatisoitu pakkaus.
Vaikka viivakameroita käytetään pääasiassa teollisuusympäristöissä, käyttäjät, jotka vaativat suurta herkkyyttä tai suorituskykyä hämärässä, voivat hyötyä tutkimallatieteelliset kameratsuunniteltu tarkkuuskuvantamissovelluksiin.
Ymmärtämällä, miten viivakamerat toimivat ja mitä niitä valittaessa kannattaa ottaa huomioon, voit suunnitella älykkäämpiä ja luotettavampia tarkastusjärjestelmiä.
Usein kysytyt kysymykset
Miten viivakamera tallentaa värikuvia?
Väriviivaskannerit käyttävät tyypillisesti kolmijakoisia antureita, jotka sisältävät kolme rinnakkaista pikseliviivaa, joissa kussakin on punainen, vihreä tai sininen suodatin. Kun kohde liikkuu anturin ohi, jokainen väriviiva tallentaa oman kanavansa peräkkäin. Nämä yhdistetään sitten täysvärikuvaksi. Tarkka synkronointi on välttämätöntä värien kohdistusvirheiden välttämiseksi, erityisesti suurilla nopeuksilla.
Kuinka valita oikea linjaskannauskamera
Oikean kameran valinta riippuu sovelluksesi vaatimuksista. Tässä on joitakin keskeisiä huomioon otettavia tekijöitä:
● NopeusvaatimuksetMääritä linjanopeustarpeesi objektin nopeuden perusteella.
● RatkaisutarpeetSovita resoluutio tarkastustoleranssien mukaiseksi.
● Valaistus ja ympäristöHarkitse erityisvalaistusta heijastaville tai tummille pinnoille.
● Anturin tyyppiCMOS-tekniikasta on tullut valtavirtaa nopeutensa ja tehokkuutensa ansiosta, kun taas CCD-elementtejä käytetään edelleen perinteisissä ja tarkkuuskriittisissä järjestelmissä.
● YhteydetVarmista, että järjestelmäsi tukee kameran käyttöliittymää (esim. CoaXPress suurille tiedonsiirtonopeuksille).
● BudjettiTasapainota suorituskyky järjestelmäkustannusten kanssa, mukaan lukien valaistus, optiikka ja kuvankaappaajat.
Jos olet epävarma, ota yhteyttä konenäköasiantuntijaan tai toimittajaan varmistaaksesi yhteensopivuuden järjestelmäsuunnittelusi ja sovellustavoitteidesi kanssa.
Kuinka monta viivaa on yksivärisessä viivakamerassa?
Tavallisessa yksivärisessä viivakamerassa on tyypillisesti yksi pikselirivi, mutta joissakin malleissa on kaksi tai useampi rinnakkainen rivi. Näitä monirivisiä antureita voidaan käyttää kuvanlaadun parantamiseen laskemalla useiden valotusten keskiarvo, parantamalla herkkyyttä tai tallentamalla erilaisia valaistuskulmia.
Vaikka yksilinjaiset kamerat riittävät useimpiin nopeisiin tarkastuksiin, kaksi- ja nelilinjaiset versiot tarjoavat paremman suorituskyvyn vaativissa ympäristöissä, erityisesti silloin, kun tarvitaan vähän kohinaa tai laajaa dynamiikka-aluetta.
Lisätietoja viivakuvaustekniikasta valoa vaativissa kuvantamissovelluksissa on artikkelissamme:
Valorajoitetun hankinnan nopeuttaminen Line Scan TDI Imagingilla
Miksi TDI-teknologia on valtaamassa alaa teollisessa kuvantamisessa
Tucsen Photonics Co., Ltd. Kaikki oikeudet pidätetään. Mainitse lähde lainatessasi:www.tucsen.com
