2007.08.25.A vonalkamerák speciális képalkotó eszközök, amelyeket mozgó vagy folyamatos objektumok nagy felbontású képeinek rögzítésére terveztek. A hagyományos, területi szkennelésű kamerákkal ellentétben, amelyek egyetlen expozícióval 2D-s képet rögzítenek, a vonalkamerák sorról sorra építik fel a képeket – ideálisak olyan alkalmazásokhoz, mint a hálóvizsgálat, a félvezető-elemzés és a csomagolás-ellenőrzés.
Ezek a kamerák jellemzően egyetlen pixelsorral (vagy néha több sorral) rendelkeznek, és mozgó témával vagy pásztázó rendszerrel kombinálva gyakorlatilag bármilyen hosszúságú tárgyról képesek kiváló minőségű 2D-s képeket készíteni. Az érzékelő típusától függően a vonalkamerák jellemzően CCD- vagy CMOS-érzékelő technológiát használnak – hasonlóan ahhoz, ami sok más kamerában megtalálható.CMOS kamerák– a CMOS pedig a sebessége és energiahatékonysága miatt az előnyben részesített választássá vált.
Mi az a vonalszkenner kamera?
A vonalkamerákat jellemzően ipari, nem pedig tudományos felhasználásra optimalizálják, és korlátozottak lehetnek a gyenge fényviszonyok melletti vagy ultra nagy pontosságú alkalmazásokban. A magas leolvasási zaj, a kis pixelek és az általánosan alacsony kvantumhatásfok azt jelentheti, hogy ezeknek a kameráknak nagy fényerőre van szükségük a működőképes jel-zaj arány (SNR) biztosításához.
A vonalkamerák két fő módon használhatók:
1 dimenziós rögzítés
Az egydimenziós információk rögzíthetők, például spektroszkópiai alkalmazásokban. Az eredményeket gyakran grafikon formájában ábrázolják a kameraszoftverekben, az intenzitás az y tengelyen, a kamera pixele pedig az x tengelyen látható.
2 dimenziós rögzítés
A kamera „szkennelhető” a képalkotó alanyon keresztül, akár a kamera, akár a képalkotó alany mozgatásával, és egy kétdimenziós kép hozható létre egymást követő egydimenziós szeletek rögzítésével.
Ez a képalkotási forma lehetővé teszi tetszőlegesen nagy képek rögzítését a szkennelési dimenzióban. A mozgó témák mozgás közbeni elmosódás (vagy gördülő zárhatás okozta műtermékek) nélküli rögzítésének képessége azt jelenti, hogy a vonalkamerákat nagyon gyakran használják ipari alkalmazásokban, összeszerelő soroknál, nagy képalkotó témák vizsgálatához és egyebekben.
Hogyan működik egy vonalszkenner kamera?
A vonalas pásztázó kamera egy mozgó tárggyal vagy pásztázó mechanizmussal együttműködve működik. Ahogy a tárgy elhalad a kamera alatt, a kép minden egyes vonalát időben egymás után rögzíti a rendszer. Ezeket a vonalakat ezután valós időben vagy szoftver segítségével kombinálja, hogy teljes 2D-s képet hozzon létre.
A főbb összetevők a következők:
● 1 dimenziós érzékelőÁltalában egyetlen pixelsor.
● MozgásvezérlésEgy szállítószalag vagy forgó mechanizmus biztosítja az egyenletes mozgást.
● VilágításGyakran vonali vagy koaxiális világítás az egyenletes megvilágítás érdekében.
Mivel a kép sorról sorra épül fel, a szinkronizáció kritikus fontosságú. Ha az objektum egyenetlenül mozog, vagy az időzítés elromlik, a kép torzulhat.
Vonalszkenneres vs. területszkenneres kamerák
| Jellemző | Vonalszkenner kamera | Területszkenner kamera |
| Képrögzítés | Egyszerre egy sor | Teljes 2D képkocka egyszerre |
| Ideális használat | Mozgó vagy folyamatos objektumok | Álló vagy pillanatfelvételek |
| Képméret | Gyakorlatilag korlátlan hosszúságú | Szenzor mérete korlátozza |
| Integráció | Mozgás- és időzítésvezérlést igényel | Egyszerűbb beállítás |
| Tipikus alkalmazások | Webes ellenőrzés, nyomtatás, textil | Vonalkód-leolvasás, robotika, általános képalkotás |
Röviden, a vonalkamerák kiválóan alkalmasak gyorsan mozgó vagy nagyon nagy tárgyak képalkotására. A területkamerák jobban megfelelnek statikus vagy kis célpontokat tartalmazó alkalmazásokhoz.
A vonalkamerák főbb jellemzői
Vonalkamerás kamera kiválasztásakor vegye figyelembe a következő specifikációkat:
● Felbontás: A soronkénti képpontok száma, amely befolyásolja a részletességet.
● Vonalfrekvencia (Hz)Másodpercenként rögzített vonalak száma – létfontosságú a nagy sebességű ellenőrzésekhez.
● Érzékelő típusaCMOS (gyors, alacsony fogyasztású) vs. CCD (bizonyos esetekben jobb képminőség).
● FelületAdatátviteli lehetőségek, például GigE, Camera Link vagy CoaXPress.
● Dinamikatartomány és érzékenységFontos változó fényerejű vagy fényvisszaverő képességű tárgyak vizsgálatához.
● Színes vs. monokrómA színes kamerák több sort használnak RGB-szűrőkkel; a monokróm kamerák nagyobb érzékenységet kínálhatnak.
A vonalszkenneres kamerák előnyei és hátrányai
Előnyök
-
Képes egydimenziós információk nagyon nagy sebességű rögzítésére (jellemzően 100 kHz-es sorsebességben mérve). Képes tetszőleges méretű kétdimenziós képek nagy sebességű rögzítésére, amikor egy képalkotó témán szkennel.
-
Külön vörös, zöld és kék szűrésű sorok használatával képes színinformációk rögzítésére a felbontás feláldozása nélkül, vagy az egyedi kamerák specifikus hullámhossz-szűrést is kínálhatnak.
-
A megvilágításnak csak egydimenziósnak kell lennie, és a képalkotási beállításoktól függően előfordulhat, hogy nincs szükség síklátóterű vagy egyéb korrekciókra a második (szkennelt) dimenzióban.
Hátrányok
-
A kétdimenziós adatok kinyeréséhez speciális hardver- és szoftverbeállításokra van szükség.
-
Általában nem alkalmas gyenge fényviszonyok melletti képalkotásra az alacsony QE, a magas zaj és a kis pixelméretek miatt, különösen a nagy sebességű szkennelésre jellemző rövid expozíciós időkkel kombinálva.
-
Általában nem tudományos képalkotásra szánják, ezért a linearitás és a képminőség gyenge lehet.
A vonalkamerák gyakori alkalmazásai a tudományos területen
A vonalkamerákat széles körben használják tudományos kutatásban és fejlett képalkotási alkalmazásokban, amelyek nagy felbontást, pontosságot és folyamatos adatgyűjtést igényelnek. Tipikus felhasználási területek:
● Mikroszkópos képalkotásNagy felbontású vonalszkennelések rögzítése részletes felszíni vagy sejtes elemzéshez.
● SpektroszkópiaSpektrális adatok rögzítése mintákon keresztül precíz térbeli felbontással.
● CsillagászatÉgi objektumok képalkotása vagy gyorsan mozgó célpontok követése minimális torzítással.
● AnyagtudományFelületvizsgálat és hibakeresés fémekben, polimerekben vagy kompozitokban.
● Biomedicinális képalkotásBiológiai szövetek szkennelése diagnosztikai vagy kutatási célokra, beleértve a szövettani és patológiai vizsgálatokat is.
Ezek az alkalmazások kihasználják a vonalas pásztázó kamera azon képességét, hogy nagy részletességű, torzításmentes képeket generáljon nagy területeken vagy dinamikus kísérleti beállításokban.
A vonalkamerák korlátai
Vázlatos rajz: Tucsen nagy érzékenységű vonalszkenner/TDI tudományos kamera
BalraHűtetlen területű szkennelő kamera
KözépsőTDI Tudományos Kamera
JobbraHűtött területű szkennelő kamera
Bár a vonalkamerák kiváló felbontást kínálnak, és jól alkalmazhatók folyamatos képalkotásra, vannak korlátaik, különösen a fejlett tudományos környezetekben, ahol az érzékenység és a jelstabilitás kritikus fontosságú.
Az egyik fő korlát a gyenge fényviszonyok melletti teljesítményük. A hagyományos vonalkamerák egyszeri expozícióra támaszkodnak, ami nem biztos, hogy elegendő jel-zaj arányt (SNR) biztosít a gyengén megvilágított vagy fényérzékeny minták képalkotásakor, például fluoreszcens mikroszkópiában vagy bizonyos biomedicinális vizsgálatokban. Ezenkívül a tárgy mozgása és a képalkotás közötti pontos szinkronizáció elérése technikailag igényes lehet, különösen változó sebességet vagy rezgést alkalmazó beállítások esetén.
További korlátozó tényező, hogy korlátozottan képesek kiváló minőségű képeket készíteni nagyon lassan mozgó vagy egyenetlenül megvilágított mintákról, ami inkonzisztens expozíciót vagy mozgási műtermékeket eredményezhet.
Ezen kihívások leküzdésére jelentek meg a TDI (időrelé-integrációs) kamerák, mint hatékony alternatíva. Azáltal, hogy a tárgy mozgása során több expozíció során is gyűjtik a jelet, a TDI kamerák jelentősen javítják az érzékenységet és a képminőséget, így különösen értékesek azokon a tudományos területeken, amelyek ultra-alacsony fényviszonyok melletti képalkotást, nagy dinamikatartományt vagy pontos időbeli felbontást igényelnek.
Következtetés
A vonalkamerák nélkülözhetetlen eszközök azokban az iparágakban, amelyek mozgó vagy folytonos felületek nagy sebességű, nagy felbontású képalkotását igénylik. Egyedülálló szkennelési módszerük a megfelelő esetekben, különösen olyan alkalmazásokban, mint a hálóvizsgálat, a félvezető-képalkotás és az automatizált csomagolás, egyértelmű előnyöket kínál a területi szkennelési kamerákkal szemben.
Míg a vonalkamerákat elsősorban ipari környezetben használják, a nagy érzékenységet vagy gyenge fényviszonyok melletti teljesítményt igénylő felhasználók számára előnyös lehet a következők felfedezése:tudományos kamerákprecíziós képalkotási alkalmazásokhoz tervezték.
Ha megérti, hogyan működnek a vonalkamerák, és mire kell figyelni a kiválasztáskor, az segít intelligensebb és megbízhatóbb ellenőrző rendszerek tervezésében.
GYIK
Hogyan rögzít színes képeket egy vonalkamera?
A színes vonalszkenneres kamerák jellemzően háromlineáris érzékelőket használnak, amelyek három párhuzamos pixelsort tartalmaznak, mindegyiket egy piros, zöld vagy kék szűrővel. Ahogy a tárgy elhalad az érzékelő előtt, minden színvonal sorban rögzíti a megfelelő csatornát. Ezeket ezután kombinálják egy teljes színű kép létrehozásához. A pontos szinkronizálás elengedhetetlen a színek eltolódásának elkerülése érdekében, különösen nagy sebességnél.
Hogyan válasszuk ki a megfelelő vonalszkenner kamerát?
A megfelelő kamera kiválasztása az alkalmazás követelményeitől függ. Íme néhány fontos szempont, amelyet figyelembe kell venni:
● Sebességkövetelmények: Határozza meg a vonalsebesség-igényét az objektum sebessége alapján.
● Megoldási igények: Igazítsa a felbontást az ellenőrzési tűréshatárokhoz.
● Világítás és környezetFényvisszaverő vagy sötét felületekhez használjon speciális világítást.
● Érzékelő típusaA CMOS a sebességének és hatékonyságának köszönhetően vált elterjedtté, míg a CCD-ket továbbra is használják a hagyományos és precíziókritikus rendszerekben.
● CsatlakoztathatóságGyőződjön meg arról, hogy a rendszer támogatja a kamera interfészét (pl. CoaXPress a nagy adatátviteli sebességhez).
● Költségvetés: Egyensúlyozza ki a teljesítményt a rendszer költségével, beleértve a világítást, az optikát és a képkocka-rögzítőket.
Kétség esetén konzultáljon gépi látás szakértőjével vagy szállítójával, hogy megbizonyosodjon a rendszertervvel és az alkalmazás céljaival való kompatibilitásról.
Hány sora van egy monokróm vonalkamerának?
Egy szabványos monokróm vonalszkenneres kamera jellemzően egy pixelsorral rendelkezik, de egyes modellek két vagy több párhuzamos vonallal is rendelkeznek. Ezek a többvonalas érzékelők a képminőség javítására használhatók több expozíció átlagolásával, az érzékenység növelésével vagy különböző megvilágítási szögek rögzítésével.
Míg az egyvonalas kamerák elegendőek a legtöbb nagysebességű ellenőrzéshez, a két- és négyvonalas változatok jobb teljesítményt nyújtanak igényes környezetben, különösen ott, ahol alacsony zajszint vagy nagy dinamikatartomány szükséges.
Ha többet szeretne megtudni a fénykorlátozott képalkotási alkalmazásokban használt vonalas szkennelési technológiáról, tekintse meg cikkünket:
Fénykorlátozott adatgyűjtés felgyorsítása Line Scan TDI képalkotással
Miért hódít teret a TDI technológia az ipari képalkotásban?
Tucsen Photonics Co., Ltd. Minden jog fenntartva. Hivatkozáskor kérjük, tüntesse fel a forrást:www.tucsen.com
