25/08/07As cámaras de varrido lineal son dispositivos de imaxe especializados deseñados para capturar imaxes de alta resolución de obxectos en movemento ou continuos. A diferenza das cámaras de varrido de área tradicionais que capturan unha imaxe 2D nunha soa exposición, as cámaras de varrido lineal crean imaxes liña por liña, o que é ideal para aplicacións como a inspección de bandas, a análise de semicondutores e a verificación de envases.
Estas cámaras adoitan contar cunha única fila de píxeles (ou ás veces varias filas) e, cando se combinan cun suxeito en movemento ou un sistema de dixitalización, poden producir imaxes 2D de alta calidade de obxectos de practicamente calquera lonxitude. Dependendo do tipo de sensor, as cámaras de dixitalización lineal adoitan usar tecnoloxía de sensores CCD ou CMOS, similar á que se atopa en moitas outras.cámaras CMOS—co CMOS converténdose na opción preferida debido á súa velocidade e eficiencia enerxética.
Que é unha cámara de varrido lineal?
As cámaras de varrido lineal adoitan estar optimizadas para o seu uso industrial en lugar de científico, e poden ter limitacións en aplicacións de pouca luz ou de ultra alta precisión. O alto ruído de lectura, os píxeles pequenos e a baixa eficiencia cuántica, en xeral, poden significar que estas cámaras requiren niveis de luz elevados para ofrecer unha SNR viable.
As cámaras de varrido lineal pódense usar principalmente de dúas maneiras:
Captura unidimensional
A información unidimensional pódese capturar, como nas aplicacións de espectroscopia. Os resultados adoitan representarse en forma de gráfico no software da cámara, coa intensidade no eixe y fronte ao píxel da cámara no eixe x.
Captura bidimensional
A cámara pode "escanearse" a través dun suxeito imaxen, movendo a cámara ou o suxeito imaxen, e pódese formar unha imaxe bidimensional capturando cortes unidimensionais sucesivos.
Esta forma de obtención de imaxes permite a captura de imaxes arbitrariamente grandes na dimensión de escaneo. A capacidade de capturar suxeitos en movemento sen desenfoque de movemento (ou artefactos de obturador rodante) significa que as cámaras de escaneo lineal se usan con moita frecuencia en aplicacións industriais, para liñas de montaxe, inspección de suxeitos de imaxe de grandes dimensións e moito máis.
Como funciona unha cámara de varrido lineal?
Unha cámara de varrido lineal funciona en coordinación cun obxecto en movemento ou mecanismo de varrido. A medida que o obxecto pasa por debaixo da cámara, cada liña da imaxe captúrase secuencialmente no tempo. Estas liñas combínanse entón en tempo real ou mediante software para producir unha imaxe 2D completa.
Os compoñentes clave inclúen:
● Sensor unidimensionalNormalmente unha única fila de píxeles.
● Control de movementoUn transportador ou un mecanismo rotatorio garante un movemento uniforme.
● IluminaciónA miúdo iluminación lineal ou coaxial para unha iluminación consistente.
Dado que a imaxe se constrúe liña por liña, a sincronización é fundamental. Se o obxecto se move de forma inconsistente ou a sincronización é incorrecta, pode producirse distorsión da imaxe.
Cámaras de dixitalización lineal vs. cámaras de dixitalización de área
| Característica | Cámara de dixitalización lineal | Cámara de dixitalización de área |
| Captura de imaxes | Unha liña á vez | Fotograma 2D completo á vez |
| Uso ideal | Obxectos en movemento ou continuos | Escenas estacionarias ou instantáneas |
| Tamaño da imaxe | Lonxitude practicamente ilimitada | Limitado polo tamaño do sensor |
| Integración | Require control de movemento e tempo | Configuración máis sinxela |
| Aplicacións típicas | Inspección web, impresión, téxtiles | Escaneado de códigos de barras, robótica, imaxe xeral |
En resumo, as cámaras de varrido lineal son excelentes para obter imaxes de obxectos en movemento rápido ou moi grandes. As cámaras de varrido de área son máis axeitadas para aplicacións con obxectivos estáticos ou pequenos.
Características principais das cámaras de dixitalización lineal
Ao elixir unha cámara de varrido lineal, teña en conta as seguintes especificacións:
● ResoluciónNúmero de píxeles por liña, que afecta o nivel de detalle.
● Velocidade de liña (Hz)Número de liñas capturadas por segundo: vital para as inspeccións de alta velocidade.
● Tipo de sensorCMOS (rápido e de baixo consumo) fronte a CCD (maior calidade de imaxe nalgúns casos).
● InterfaceOpcións de transferencia de datos como GigE, Camera Link ou CoaXPress.
● Rango dinámico e sensibilidadeImportante para inspeccionar obxectos con brillo ou reflectividade variables.
● Cor vs. monocromoAs cámaras a cor empregan varias filas con filtros RGB; as monocromáticas poden ofrecer unha maior sensibilidade.
Vantaxes e desvantaxes das cámaras de dixitalización lineal
Vantaxes
-
Pode capturar información unidimensional a moi alta velocidade (normalmente medida en centos de kHz de velocidade de liña). Pode capturar imaxes bidimensionais de tamaño arbitrario a alta velocidade ao escanear un suxeito de imaxe.
-
Pode capturar información sobre a cor sen sacrificar a resolución mediante o uso de filas separadas con filtros de vermello, verde e azul, ou cámaras personalizadas que poden ofrecer un filtrado de lonxitudes de onda específicas.
-
A iluminación só precisa ser unidimensional e, dependendo da configuración da imaxe, non require campo plano nin outras correccións na segunda dimensión (escaneada).
Contras
-
Requiren configuracións especializadas de hardware e software para adquirir datos bidimensionais.
-
Normalmente non é axeitado para imaxes con pouca luz debido á baixa QE, ao alto ruído e aos pequenos tamaños de píxeles, especialmente combinado cos curtos tempos de exposición típicos da dixitalización de alta velocidade.
-
Non adoita estar pensado para imaxes científicas, polo que a linealidade e a calidade da imaxe poden ser deficientes.
Aplicacións comúns das cámaras de varrido lineal no campo científico
As cámaras de varrido lineal úsanse amplamente na investigación científica e en aplicacións avanzadas de imaxe que requiren alta resolución, precisión e adquisición continua de datos. Os usos típicos inclúen:
● Imaxes de microscopíaCaptura de dixitalizacións lineais de alta resolución para análises detalladas de superficies ou células.
● EspectroscopiaRexistro de datos espectrais en mostras cunha resolución espacial precisa.
● Astronomía: Imaxes de obxectos celestes ou seguimento de obxectivos en movemento rápido cunha distorsión mínima.
● Ciencia dos materiaisInspección de superficies e detección de defectos en metais, polímeros ou materiais compostos.
● Imaxe biomédicaExploración de tecidos biolóxicos con fins diagnósticos ou de investigación, incluíndo histoloxía e patoloxía.
Estas aplicacións benefícianse da capacidade da cámara de varrido lineal para xerar imaxes moi detalladas e sen distorsións en áreas extensas ou en configuracións experimentais dinámicas.
Limitacións das cámaras de dixitalización lineal
Diagrama esquemático: Cámara científica de dixitalización lineal/TDI de alta sensibilidade de Tucsen
EsquerdaCámara de dixitalización de área non refrixerada
MedioCámara científica TDI
DereitaCámara de dixitalización de área arrefriada
Aínda que as cámaras de varrido lineal ofrecen unha resolución excelente e son axeitadas para a obtención de imaxes continuas, teñen limitacións, especialmente en entornos científicos avanzados onde a sensibilidade e a estabilidade do sinal son fundamentais.
Unha das principais limitacións é o seu rendemento en condicións de pouca luz. As cámaras tradicionais de varrido lineal baséanse na exposición dunha soa pasada, que pode non proporcionar unha relación sinal-ruído (SNR) suficiente ao visualizar mostras pouco iluminadas ou fotosensibles, como na microscopía de fluorescencia ou en certos ensaios biomédicos. Ademais, lograr unha sincronización precisa entre o movemento do obxecto e a adquisición da imaxe pode ser tecnicamente esixente, especialmente en configuracións que implican velocidade variable ou vibración.
Outra limitación é a súa capacidade limitada para capturar imaxes de alta calidade de mostras de movemento moi lento ou iluminadas de xeito desigual, o que pode resultar nunha exposición inconsistente ou en artefactos de movemento.
Para superar estes desafíos, as cámaras TDI (integración de retardo temporal) xurdiron como unha alternativa poderosa. Ao acumular sinal en múltiples exposicións a medida que o obxecto se move, as cámaras TDI melloran significativamente a sensibilidade e a calidade da imaxe, o que as fai especialmente valiosas en campos científicos que requiren imaxes con pouca luz, un alto rango dinámico ou unha resolución temporal precisa.
Conclusión
As cámaras de dixitalización lineal son ferramentas indispensables en industrias que esixen imaxes de alta velocidade e alta resolución de superficies móbiles ou continuas. O seu método de dixitalización único ofrece vantaxes claras sobre as cámaras de dixitalización de área nos escenarios axeitados, especialmente para aplicacións como a inspección de bandas, a imaxe de semicondutores e o envasado automatizado.
Aínda que as cámaras de varrido lineal se usan principalmente en entornos industriais, os usuarios que requiren alta sensibilidade ou rendemento con pouca luz poden beneficiarse de explorarcámaras científicasdeseñado para aplicacións de imaxe de precisión.
Comprender como funcionan as cámaras de varrido lineal e que buscar ao seleccionar unha axudarache a deseñar sistemas de inspección máis intelixentes e fiables.
Preguntas frecuentes
Como captura imaxes en cor unha cámara de varrido lineal?
As cámaras de exploración de liñas de cor adoitan empregar sensores trilineais, que conteñen tres liñas paralelas de píxeles, cada unha cun filtro vermello, verde ou azul. A medida que o obxecto se move ao longo do sensor, cada liña de cor captura o seu respectivo canal en secuencia. Estes combínanse entón para formar unha imaxe a toda cor. A sincronización precisa é esencial para evitar a desalineación das cores, especialmente a altas velocidades.
Como elixir a cámara de dixitalización lineal axeitada
A selección da cámara axeitada depende dos requisitos da túa aplicación. Estes son algúns factores clave a ter en conta:
● Requisitos de velocidade: Determina as túas necesidades de velocidade de liña en función da velocidade do obxecto.
● Necesidades de resolución: Axuste a resolución ás súas tolerancias de inspección.
● Iluminación e ambienteConsidere unha iluminación especial para superficies reflectantes ou escuras.
● Tipo de sensorO CMOS converteuse na tecnoloxía máis común pola súa velocidade e eficiencia, mentres que os CCD seguen a utilizarse para sistemas herdados e de precisión crítica.
● ConectividadeAsegúrate de que o teu sistema sexa compatible coa interface da cámara (por exemplo, CoaXPress para altas taxas de datos).
● OrzamentoEquilibrar o rendemento co custo do sistema, incluíndo a iluminación, a óptica e os capturadores de fotogramas.
En caso de dúbida, consulte cun experto ou provedor en visión artificial para garantir a compatibilidade co deseño do seu sistema e os obxectivos da aplicación.
Cantas liñas ten unha cámara de dixitalización lineal monocromática?
Unha cámara de dixitalización lineal monocromática estándar adoita ter unha liña de píxeles, pero algúns modelos presentan dúas ou máis liñas paralelas. Estes sensores multiliña pódense usar para mellorar a calidade da imaxe calculando a media de múltiples exposicións, mellorando a sensibilidade ou capturando diferentes ángulos de iluminación.
Aínda que as cámaras dunha soa liña son suficientes para a maioría das inspeccións de alta velocidade, as versións de dobre e catro liñas ofrecen un mellor rendemento en contornas esixentes, especialmente onde se require baixo ruído ou alto rango dinámico.
Para obter máis información sobre a tecnoloxía de dixitalización lineal en aplicacións de imaxe con pouca luz, consulta o noso artigo:
Aceleración da adquisición con limitación de luz con imaxes TDI de exploración lineal
Por que a tecnoloxía TDI está a gañar terreo na imaxe industrial
Tucsen Photonics Co., Ltd. Todos os dereitos reservados. Ao citar, indique a fonte:www.tucsen.com
