25/08/07Les caméras linéaires sont des appareils d'imagerie spécialisés conçus pour capturer des images haute résolution d'objets en mouvement ou continus. Contrairement aux caméras matricielles traditionnelles qui capturent une image 2D en une seule exposition, les caméras linéaires produisent des images ligne par ligne, idéales pour des applications telles que l'inspection de bandes, l'analyse de semi-conducteurs et la vérification d'emballages.
Ces caméras comportent généralement une seule rangée de pixels (ou parfois plusieurs) et, associées à un sujet en mouvement ou à un système de balayage, elles peuvent produire des images 2D de haute qualité d'objets de pratiquement toutes longueurs. Selon le type de capteur, les caméras linéaires utilisent généralement une technologie CCD ou CMOS, similaire à celle de nombreux autres appareils.caméras CMOS—le CMOS devenant le choix privilégié en raison de sa vitesse et de son efficacité énergétique.
Qu'est-ce qu'une caméra à balayage linéaire ?
Les caméras linéaires sont généralement optimisées pour un usage industriel plutôt que scientifique et peuvent présenter des limites pour les applications en faible luminosité ou de très haute précision. Un bruit de lecture élevé, des pixels de petite taille et une efficacité quantique généralement faible peuvent nécessiter des niveaux de luminosité élevés pour obtenir un rapport signal/bruit exploitable.
Les caméras à balayage linéaire peuvent être utilisées de deux manières principales :
Capture unidimensionnelle
Des informations unidimensionnelles peuvent être capturées, notamment dans les applications de spectroscopie. Les résultats sont souvent représentés sous forme de graphique dans les logiciels de caméra, avec l'intensité sur l'axe des Y et les pixels de la caméra sur l'axe des X.
Capture en 2 dimensions
La caméra peut être « balayée » sur un sujet d'imagerie, soit en déplaçant la caméra, soit le sujet d'imagerie, et une image bidimensionnelle peut être formée en capturant des tranches unidimensionnelles successives.
Cette forme d'imagerie permet de capturer des images de taille arbitraire dans la dimension du scan. La possibilité de capturer des sujets en mouvement sans flou de mouvement (ni artéfacts d'obturation roulante) explique l'utilisation très courante des caméras linéaires dans les applications industrielles, comme pour les chaînes de montage, l'inspection de sujets de grande taille, etc.
Comment fonctionne une caméra à balayage linéaire ?
Une caméra linéaire fonctionne en coordination avec un objet en mouvement ou un mécanisme de balayage. Lorsque l'objet passe sous la caméra, chaque ligne de l'image est capturée séquentiellement. Ces lignes sont ensuite combinées en temps réel ou via un logiciel pour produire une image 2D complète.
Les principaux composants comprennent :
● Capteur unidimensionnel: Généralement une seule rangée de pixels.
● Contrôle de mouvement:Un convoyeur ou un mécanisme rotatif assure un mouvement uniforme.
● Éclairage:Souvent un éclairage linéaire ou coaxial pour un éclairage uniforme.
L'image étant construite ligne par ligne, la synchronisation est essentielle. Si l'objet se déplace de manière irrégulière ou si la synchronisation est incorrecte, une distorsion de l'image peut se produire.
Caméras à balayage linéaire et à balayage matriciel
| Fonctionnalité | Caméra à balayage linéaire | Caméra à balayage de zone |
| Capture d'image | Une ligne à la fois | Image 2D complète à la fois |
| Utilisation idéale | Objets en mouvement ou continus | Scènes stationnaires ou instantanées |
| Taille de l'image | Longueur pratiquement illimitée | Limité par la taille du capteur |
| Intégration | Nécessite un contrôle du mouvement et du timing | Configuration plus simple |
| Applications typiques | Inspection de bandes, impression, textiles | Lecture de codes-barres, robotique, imagerie générale |
En résumé, les caméras linéaires sont excellentes pour l'imagerie d'objets en mouvement rapide ou de très grande taille. Les caméras matricielles sont plus adaptées aux applications avec des cibles statiques ou de petite taille.
Principales caractéristiques des caméras à balayage linéaire
Lors du choix d'une caméra à balayage linéaire, tenez compte des spécifications suivantes :
● Résolution: Nombre de pixels par ligne, impactant le niveau de détail.
● Débit de ligne (Hz):Nombre de lignes capturées par seconde : essentiel pour les inspections à grande vitesse.
● Type de capteur: CMOS (rapide, faible consommation) vs. CCD (qualité d'image supérieure dans certains cas).
● Interface:Options de transfert de données telles que GigE, Camera Link ou CoaXPress.
● Plage dynamique et sensibilité:Important pour inspecter des objets à luminosité ou réflectivité variable.
● Couleur vs. Monochrome:Les caméras couleur utilisent plusieurs rangées avec des filtres RVB ; le monochrome peut offrir une sensibilité plus élevée.
Avantages et inconvénients des caméras à balayage linéaire
Avantages
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Capable de capturer des informations unidimensionnelles à très grande vitesse (généralement mesurée en centaines de kHz de fréquence de ligne). Capable de capturer des images bidimensionnelles de taille arbitraire à grande vitesse lors du balayage d'un sujet.
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Peut capturer des informations de couleur sans sacrifier la résolution grâce à l'utilisation de lignes filtrées rouge, verte et bleue séparées, ou des caméras personnalisées peuvent offrir un filtrage de longueur d'onde spécifique.
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L'éclairage doit être unidimensionnel et, selon la configuration de l'imagerie, peut ne nécessiter aucun champ plat ni aucune autre correction dans la deuxième dimension (numérisée).
Inconvénients
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Nécessite des configurations matérielles et logicielles spécialisées pour acquérir des données bidimensionnelles.
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Généralement peu adapté à l'imagerie en basse lumière en raison du faible QE, du bruit élevé et des petites tailles de pixels, en particulier combinés aux temps d'exposition courts typiques de la numérisation à grande vitesse.
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Généralement non destiné à l'imagerie scientifique, la linéarité et la qualité de l'image peuvent donc être médiocres.
Applications courantes des caméras à balayage linéaire dans le domaine scientifique
Les caméras linéaires sont largement utilisées dans la recherche scientifique et les applications d'imagerie avancées exigeant une résolution élevée, une grande précision et une acquisition continue des données. Parmi les utilisations courantes, on peut citer :
● Imagerie microscopique: Capture de lignes scannées haute résolution pour une analyse détaillée de la surface ou des cellules.
● Spectroscopie:Enregistrement de données spectrales sur des échantillons avec une résolution spatiale précise.
● Astronomie:Imagerie d'objets célestes ou suivi de cibles en mouvement rapide avec une distorsion minimale.
● Science des matériaux:Inspection de surface et détection de défauts dans les métaux, les polymères ou les composites.
● Imagerie biomédicale:Numérisation de tissus biologiques à des fins de diagnostic ou de recherche, y compris l'histologie et la pathologie.
Ces applications bénéficient de la capacité de la caméra à balayage linéaire à générer des images très détaillées et sans distorsion sur des zones étendues ou dans des configurations expérimentales dynamiques.
Limites des caméras à balayage linéaire
Schéma : Caméra scientifique à balayage linéaire haute sensibilité Tucsen/TDI
Gauche: Caméra à balayage de zone non refroidie
Milieu: Caméra scientifique TDI
Droite: Caméra à balayage de zone refroidie
Bien que les caméras à balayage linéaire offrent une excellente résolution et soient bien adaptées à l'imagerie continue, elles présentent des limites, en particulier dans les environnements scientifiques avancés où la sensibilité et la stabilité du signal sont essentielles.
L'une de leurs principales limites réside dans leurs performances en faible luminosité. Les caméras linéaires traditionnelles reposent sur une exposition en un seul passage, ce qui peut ne pas offrir un rapport signal/bruit (SNR) suffisant lors de l'imagerie d'échantillons faiblement éclairés ou photosensibles, comme en microscopie à fluorescence ou dans certains tests biomédicaux. De plus, obtenir une synchronisation précise entre le mouvement de l'objet et l'acquisition de l'image peut s'avérer techniquement exigeant, notamment dans les configurations impliquant des vitesses ou des vibrations variables.
Une autre contrainte est leur capacité limitée à capturer des images de haute qualité de spécimens se déplaçant très lentement ou inégalement éclairés, ce qui peut entraîner une exposition incohérente ou des artefacts de mouvement.
Pour surmonter ces défis, les caméras TDI (Time Delay Integration) se sont imposées comme une alternative performante. En accumulant le signal sur plusieurs expositions à mesure que l'objet se déplace, les caméras TDI améliorent considérablement la sensibilité et la qualité d'image, ce qui les rend particulièrement utiles dans les domaines scientifiques nécessitant une imagerie en très faible luminosité, une plage dynamique élevée ou une résolution temporelle précise.
Conclusion
Les caméras linéaires sont des outils indispensables dans les industries exigeant une imagerie haute vitesse et haute résolution de surfaces mobiles ou continues. Leur méthode de balayage unique offre des avantages distincts par rapport aux caméras matricielles dans les situations appropriées, notamment pour des applications telles que l'inspection de bandes, l'imagerie de semi-conducteurs et l'emballage automatisé.
Bien que les caméras à balayage linéaire soient principalement utilisées dans les environnements industriels, les utilisateurs nécessitant une sensibilité élevée ou des performances en basse lumière peuvent bénéficier de l'explorationcaméras scientifiquesconçu pour les applications d'imagerie de précision.
Comprendre le fonctionnement des caméras à balayage linéaire et ce qu'il faut rechercher lors de la sélection d'une caméra vous aidera à concevoir des systèmes d'inspection plus intelligents et plus fiables.
FAQ
Comment une caméra à balayage linéaire capture-t-elle des images en couleur ?
Les caméras couleur à balayage linéaire utilisent généralement des capteurs trilinéaires, composés de trois lignes parallèles de pixels, chacune dotée d'un filtre rouge, vert ou bleu. Lorsque l'objet passe devant le capteur, chaque ligne de couleur capture son canal respectif en séquence. Ces images sont ensuite combinées pour former une image couleur. Une synchronisation précise est essentielle pour éviter tout décalage des couleurs, notamment à grande vitesse.
Comment choisir la bonne caméra à balayage linéaire
Le choix de la caméra adaptée dépend des exigences de votre application. Voici quelques facteurs clés à prendre en compte :
● Exigences de vitesse:Déterminez vos besoins en débit de ligne en fonction de la vitesse de l'objet.
● Besoins de résolution:Adaptez la résolution à vos tolérances d'inspection.
● Éclairage et environnement:Pensez à un éclairage spécial pour les surfaces réfléchissantes ou sombres.
● Type de capteur:Le CMOS est devenu courant en raison de sa vitesse et de son efficacité, tandis que les CCD restent utilisés pour les systèmes hérités et critiques en matière de précision.
● Connectivité: Assurez-vous que votre système prend en charge l'interface de la caméra (par exemple, CoaXPress pour les débits de données élevés).
● Budget:Équilibrez les performances avec le coût du système, y compris l'éclairage, l'optique et les cartes d'acquisition d'images.
En cas de doute, consultez un expert ou un fournisseur en vision industrielle pour garantir la compatibilité avec la conception de votre système et les objectifs de votre application.
Combien de lignes possède une caméra monochrome à balayage linéaire ?
Une caméra linéaire monochrome standard possède généralement une seule ligne de pixels, mais certains modèles en possèdent deux ou plusieurs parallèles. Ces capteurs multilignes permettent d'améliorer la qualité d'image en calculant la moyenne de plusieurs expositions, en augmentant la sensibilité ou en capturant différents angles d'éclairage.
Alors que les caméras à ligne unique sont suffisantes pour la plupart des inspections à grande vitesse, les versions à deux et quatre lignes offrent de meilleures performances dans les environnements exigeants, en particulier lorsqu'un faible bruit ou une plage dynamique élevée sont requis.
Pour en savoir plus sur la technologie de balayage linéaire dans les applications d'imagerie à lumière limitée, consultez notre article :
Pourquoi la technologie TDI gagne du terrain dans l'imagerie industrielle
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