25/08/07Le telecamere a scansione lineare sono dispositivi di imaging specializzati progettati per catturare immagini ad alta risoluzione di oggetti in movimento o continui. A differenza delle tradizionali telecamere a scansione area, che catturano un'immagine 2D in una singola esposizione, le telecamere a scansione lineare costruiscono immagini linea per linea, ideali per applicazioni come l'ispezione di nastri, l'analisi di semiconduttori e la verifica di imballaggi.
Queste telecamere presentano in genere una singola riga di pixel (o talvolta più righe) e, se combinate con un soggetto in movimento o un sistema di scansione, possono produrre immagini 2D di alta qualità di oggetti di qualsiasi lunghezza. A seconda del tipo di sensore, le telecamere a scansione lineare utilizzano in genere la tecnologia CCD o CMOS, simile a quella utilizzata in molti sistemi.telecamere CMOS—con il CMOS che sta diventando la scelta preferita grazie alla sua velocità ed efficienza energetica.
Che cos'è una telecamera a scansione lineare?
Le telecamere a scansione lineare sono in genere ottimizzate per uso industriale piuttosto che scientifico e possono presentare limitazioni in applicazioni in condizioni di scarsa illuminazione o ad altissima precisione. L'elevato rumore di lettura, i pixel di piccole dimensioni e la bassa efficienza quantica generalmente possono richiedere livelli di luce elevati per fornire un rapporto segnale-rumore (SNR) accettabile.
Le telecamere a scansione lineare possono essere utilizzate principalmente in due modi:
Cattura unidimensionale
È possibile acquisire informazioni unidimensionali, come nelle applicazioni di spettroscopia. I risultati sono spesso rappresentati sotto forma di grafico nel software della fotocamera, con l'intensità sull'asse y e il pixel della fotocamera sull'asse x.
Cattura bidimensionale
La telecamera può essere "scansionata" su un soggetto da riprendere, spostando la telecamera o il soggetto stesso, e un'immagine bidimensionale può essere formata catturando successive sezioni unidimensionali.
Questa forma di imaging consente l'acquisizione di immagini di dimensioni arbitrarie nella dimensione di scansione. La capacità di catturare soggetti in movimento senza sfocature da movimento (o artefatti da rolling shutter) rende le telecamere a scansione lineare molto diffuse in applicazioni industriali, per linee di assemblaggio, ispezione di soggetti di grandi dimensioni e altro ancora.
Come funziona una telecamera a scansione lineare?
Una telecamera a scansione lineare funziona in sinergia con un oggetto in movimento o un meccanismo di scansione. Quando l'oggetto passa sotto la telecamera, ogni linea dell'immagine viene catturata in sequenza nel tempo. Queste linee vengono poi combinate in tempo reale o tramite software per produrre un'immagine 2D completa.
I componenti chiave includono:
● Sensore unidimensionale: In genere una singola riga di pixel.
● Controllo del movimento: Un meccanismo trasportatore o rotante garantisce un movimento uniforme.
● Illuminazione: Spesso illuminazione lineare o coassiale per un'illuminazione uniforme.
Poiché l'immagine viene costruita linea per linea, la sincronizzazione è fondamentale. Se l'oggetto si muove in modo incoerente o la sincronizzazione non è corretta, può verificarsi una distorsione dell'immagine.
Telecamere a scansione lineare vs. a scansione d'area
| Caratteristica | Telecamera a scansione lineare | Fotocamera per scansione dell'area |
| Acquisizione dell'immagine | Una riga alla volta | Fotogramma 2D completo in una volta |
| Uso ideale | Oggetti in movimento o continui | Scene fisse o istantanee |
| Dimensione dell'immagine | Lunghezza praticamente illimitata | Limitato dalle dimensioni del sensore |
| Integrazione | Richiede controllo del movimento e della tempistica | Configurazione più semplice |
| Applicazioni tipiche | Ispezione web, stampa, tessili | Scansione di codici a barre, robotica, imaging generale |
In breve, le telecamere a scansione lineare sono eccellenti per l'acquisizione di immagini di oggetti in rapido movimento o di grandi dimensioni. Le telecamere a scansione area sono più adatte per applicazioni con target statici o di piccole dimensioni.
Caratteristiche principali delle telecamere a scansione lineare
Quando si sceglie una telecamera a scansione lineare, tenere in considerazione le seguenti specifiche:
● Risoluzione: Numero di pixel per riga, che influisce sul livello di dettaglio.
● Frequenza di linea (Hz): Numero di linee catturate al secondo: essenziale per ispezioni ad alta velocità.
● Tipo di sensore: CMOS (veloce, basso consumo) vs. CCD (qualità dell'immagine più elevata in alcuni casi).
● Interfaccia: Opzioni di trasferimento dati come GigE, Camera Link o CoaXPress.
● Gamma dinamica e sensibilità: Importante per ispezionare oggetti con luminosità o riflettività variabili.
● Colore vs. Monocromatico: Le telecamere a colori utilizzano più file con filtri RGB; quelle monocromatiche possono offrire una sensibilità maggiore.
Pro e contro delle telecamere a scansione lineare
Professionisti
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Può catturare informazioni unidimensionali ad altissima velocità (tipicamente misurata in centinaia di kHz di velocità di linea). Può catturare immagini bidimensionali di dimensioni arbitrarie ad alta velocità durante la scansione di un soggetto.
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È possibile catturare informazioni sul colore senza sacrificare la risoluzione mediante l'uso di righe separate filtrate in rosso, verde e blu, oppure le telecamere personalizzate possono offrire un filtraggio di lunghezza d'onda specifica.
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L'illuminazione deve essere solo unidimensionale e, a seconda della configurazione dell'immagine, potrebbe non richiedere correzioni flat-field o di altro tipo nella seconda dimensione (scansionata).
Contro
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Sono necessarie configurazioni hardware e software specialistiche per acquisire dati bidimensionali.
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In genere non è adatto all'imaging in condizioni di scarsa illuminazione a causa del basso QE, dell'elevato rumore e delle piccole dimensioni dei pixel, in particolare se combinati con i brevi tempi di esposizione tipici della scansione ad alta velocità.
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Solitamente non è destinato all'imaging scientifico, pertanto la linearità e la qualità dell'immagine potrebbero essere scarse.
Applicazioni comuni delle telecamere a scansione lineare nel campo scientifico
Le telecamere a scansione lineare sono ampiamente utilizzate nella ricerca scientifica e nelle applicazioni di imaging avanzate che richiedono alta risoluzione, precisione e acquisizione dati continua. Gli utilizzi tipici includono:
● Immagini microscopiche: Acquisizione di scansioni lineari ad alta risoluzione per analisi dettagliate di superfici o cellule.
● Spettroscopia: Registrazione di dati spettrali su campioni con risoluzione spaziale precisa.
● Astronomia: Ripresa di oggetti celesti o tracciamento di bersagli in rapido movimento con distorsione minima.
● Scienza dei materiali: Ispezione superficiale e rilevamento di difetti in metalli, polimeri o compositi.
● Imaging biomedico: Scansione di tessuti biologici a fini diagnostici o di ricerca, tra cui istologia e patologia.
Queste applicazioni traggono vantaggio dalla capacità della telecamera a scansione lineare di generare immagini estremamente dettagliate e prive di distorsioni su aree estese o in configurazioni sperimentali dinamiche.
Limitazioni delle telecamere a scansione lineare
Diagramma schematico: telecamera scientifica Tucsen ad alta sensibilità con scansione lineare/TDI
Sinistra: Fotocamera a scansione di area non raffreddata
Mezzo: Fotocamera scientifica TDI
Giusto: Fotocamera a scansione di area raffreddata
Sebbene le telecamere a scansione lineare offrano un'eccellente risoluzione e siano adatte all'imaging continuo, presentano dei limiti, in particolare negli ambienti scientifici avanzati in cui la sensibilità e la stabilità del segnale sono fondamentali.
Una delle principali limitazioni è rappresentata dalle prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione. Le tradizionali telecamere a scansione lineare si basano sull'esposizione a singolo passaggio, che potrebbe non fornire un rapporto segnale/rumore (SNR) sufficiente quando si acquisiscono immagini di campioni scarsamente illuminati o sensibili alla luce, come nella microscopia a fluorescenza o in alcuni test biomedici. Inoltre, ottenere una sincronizzazione accurata tra il movimento dell'oggetto e l'acquisizione dell'immagine può essere tecnicamente impegnativo, soprattutto in configurazioni che prevedono velocità o vibrazioni variabili.
Un altro limite è la loro limitata capacità di catturare immagini di alta qualità di campioni che si muovono molto lentamente o non sono illuminati in modo uniforme, il che può comportare un'esposizione non uniforme o artefatti di movimento.
Per superare queste sfide, le telecamere TDI (Time Delay Integration) si sono affermate come una valida alternativa. Accumulando il segnale attraverso più esposizioni mentre l'oggetto si muove, le telecamere TDI migliorano significativamente la sensibilità e la qualità dell'immagine, rendendole particolarmente utili nei campi scientifici che richiedono imaging in condizioni di luce estremamente bassa, elevata gamma dinamica o risoluzione temporale precisa.
Conclusione
Le telecamere a scansione lineare sono strumenti indispensabili nei settori che richiedono immagini ad alta velocità e alta risoluzione di superfici continue o in movimento. Il loro esclusivo metodo di scansione offre notevoli vantaggi rispetto alle telecamere a scansione area, in determinati scenari, in particolare per applicazioni come l'ispezione di nastri, l'imaging di semiconduttori e il confezionamento automatizzato.
Sebbene le telecamere a scansione lineare siano utilizzate principalmente in ambienti industriali, gli utenti che necessitano di elevata sensibilità o prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione potrebbero trarre vantaggio dall'esplorazionefotocamere scientificheprogettato per applicazioni di imaging di precisione.
Capire come funzionano le telecamere a scansione lineare e cosa cercare quando ne scegli una ti aiuterà a progettare sistemi di ispezione più intelligenti e affidabili.
Domande frequenti
In che modo una telecamera a scansione lineare cattura le immagini a colori?
Le telecamere a scansione lineare a colori utilizzano in genere sensori trilineari, che contengono tre linee parallele di pixel, ciascuna con un filtro rosso, verde o blu. Quando l'oggetto si muove oltre il sensore, ogni linea colorata cattura il rispettivo canale in sequenza. Questi vengono poi combinati per formare un'immagine a colori. Una sincronizzazione precisa è essenziale per evitare disallineamenti cromatici, soprattutto ad alte velocità.
Come scegliere la telecamera di scansione lineare giusta
La scelta della telecamera giusta dipende dai requisiti della tua applicazione. Ecco alcuni fattori chiave da considerare:
● Requisiti di velocità: Determina le tue esigenze di velocità di linea in base alla velocità dell'oggetto.
● Risoluzione delle esigenze: Adatta la risoluzione alle tolleranze di ispezione.
● Illuminazione e ambiente: Considerare un'illuminazione speciale per superfici riflettenti o scure.
● Tipo di sensore: La tecnologia CMOS è diventata di uso comune per la sua velocità ed efficienza, mentre i CCD continuano a essere utilizzati per sistemi legacy e di precisione critica.
● Connettività: Assicurati che il tuo sistema supporti l'interfaccia della fotocamera (ad esempio, CoaXPress per velocità di dati elevate).
● Bilancio: Bilanciare le prestazioni con i costi del sistema, inclusi illuminazione, ottica e frame grabber.
In caso di dubbi, consultare un esperto di visione artificiale o un fornitore per garantire la compatibilità con la progettazione del sistema e gli obiettivi applicativi.
Quante linee ha una telecamera monocromatica a scansione lineare?
Una telecamera a scansione lineare monocromatica standard in genere ha una sola linea di pixel, ma alcuni modelli ne presentano due o più parallele. Questi sensori multilinea possono essere utilizzati per migliorare la qualità dell'immagine calcolando la media di più esposizioni, aumentando la sensibilità o catturando diverse angolazioni di illuminazione.
Mentre le telecamere a linea singola sono sufficienti per la maggior parte delle ispezioni ad alta velocità, le versioni a linea doppia e quadrupla offrono prestazioni migliori in ambienti difficili, in particolare quando è richiesto un basso rumore o un'elevata gamma dinamica.
Per saperne di più sulla tecnologia di scansione lineare nelle applicazioni di imaging in condizioni di luce limitata, consulta il nostro articolo:
Accelerazione dell'acquisizione in condizioni di luce limitata con Line Scan TDI Imaging
Perché la tecnologia TDI sta guadagnando terreno nell'imaging industriale
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