כל מה שצריך לדעת על מצלמות סריקת קווי |

מצלמות סריקת קוויים הן מכשירי הדמיה ייעודיים שנועדו ללכוד תמונות ברזולוציה גבוהה של עצמים נעים או רציפים. בניגוד למצלמות סריקת שטח מסורתיות שלוכדות תמונה דו-ממדית בחשיפה אחת, מצלמות סריקת קוויים בונות תמונות שורה אחר שורה - אידיאליות ליישומים כמו בדיקת רשת, ניתוח מוליכים למחצה ואימות אריזות.

מצלמות אלו כוללות בדרך כלל שורה אחת של פיקסלים (או לפעמים שורות מרובות), וכאשר הן משולבות עם אובייקט נע או מערכת סריקה, הן יכולות לייצר תמונות דו-ממדיות באיכות גבוהה של עצמים כמעט בכל אורך. בהתאם לסוג החיישן, מצלמות סריקת קוויות משתמשות בדרך כלל בטכנולוגיית חיישן CCD או CMOS - בדומה למה שנמצא במצלמות רבות.מצלמות CMOS—כאשר CMOS הופך לבחירה המועדפת בשל מהירותו ויעילותו האנרגטית.

מהי מצלמת סריקת קווי?

מצלמות סריקת קוויות מותאמות בדרך כלל לשימוש תעשייתי ולא מדעי, ועשויות להיות להן מגבלות ביישומים בתאורה נמוכה או ביישומים בעלי דיוק גבוה במיוחד. רעש קריאה גבוה, פיקסלים קטנים ויעילות קוונטית נמוכה בדרך כלל יכולים לגרום לכך שמצלמות אלו דורשות רמות אור גבוהות כדי לספק יחס אות לרעש (SNR) מעשי.

ניתן להשתמש במצלמות סריקת קווי בשתי דרכים עיקריות:

לכידה חד-ממדית

ניתן ללכוד מידע חד-ממדי, כמו ביישומי ספקטרוסקופיה. תוצאות מיוצגות לעתים קרובות בצורת גרף בתוכנת מצלמה, כאשר העוצמה נמצאת על ציר ה-y לעומת פיקסל המצלמה על ציר ה-x.

לכידה דו-ממדית

ניתן "לסרוק" את המצלמה על פני נושא הצילום, על ידי הזזת המצלמה או נושא הצילום, וניתן ליצור תמונה דו-ממדית על ידי לכידת פרוסות חד-ממדיות עוקבות.

צורת צילום זו מאפשרת צילום של תמונות גדולות באופן שרירותי במימד הסריקה. היכולת ללכוד נושאים בתנועה ללא טשטוש תנועה (או תופעות של תריס מתגלגל) פירושה שמצלמות סריקת קוויות נמצאות בשימוש נפוץ מאוד ביישומים תעשייתיים, עבור קווי ייצור, בדיקה של נושאי צילום גדולים ועוד.

כיצד פועלת מצלמת סריקת קווים?

מצלמת סריקת קווים פועלת בתיאום עם עצם נע או מנגנון סריקה. כאשר העצם עובר מתחת למצלמה, כל שורה בתמונה נקלטת ברצף בזמן. קווים אלה משולבים לאחר מכן בזמן אמת או באמצעות תוכנה כדי לייצר תמונה דו-ממדית מלאה.

רכיבים מרכזיים כוללים:

● חיישן חד-ממדיבדרך כלל שורה אחת של פיקסלים.
● בקרת תנועהמסוע או מנגנון מסתובב מבטיח תנועה אחידה.
● תאורהלעיתים קרובות תאורת קווית או קואקסיאלית לתאורה עקבית.

מכיוון שהתמונה בנויה שורה אחר שורה, הסנכרון הוא קריטי. אם האובייקט נע בצורה לא עקבית או שהתזמון שגוי, עלול להתרחש עיוות תמונה.

מצלמות סריקת קווי לעומת סריקת שטח

תכונה	מצלמת סריקת קו	מצלמת סריקת שטח
לכידת תמונה	שורה אחת בכל פעם	מסגרת דו-ממדית מלאה בבת אחת
שימוש אידיאלי	עצמים נעים או רציפים	סצנות נייחות או צילום בזק
גודל תמונה	כמעט בלתי מוגבל באורך	מוגבל על ידי גודל החיישן
הִשׁתַלְבוּת	דורש שליטה בתנועה ובתזמון	התקנה פשוטה יותר
יישומים אופייניים	בדיקת אתרים, הדפסה, טקסטיל	סריקת ברקוד, רובוטיקה, הדמיה כללית

בקיצור, מצלמות סריקת קוויות מצטיינות בצילום עצמים הנעים במהירות או גדולים מאוד. מצלמות סריקת שטח מתאימות יותר ליישומים עם מטרות סטטיות או קטנות.

תכונות עיקריות של מצלמות סריקת קווי

בעת בחירת מצלמת סריקת קווי, יש לקחת בחשבון את המפרטים הבאים:

● רזולוציהמספר הפיקסלים לשורה, המשפיע על רמת הפירוט.
● קצב קו (הרץ)מספר הקווים שנלכדו בשנייה - חיוני לבדיקות במהירות גבוהה.
● סוג חיישןCMOS (מהיר, צריכת חשמל נמוכה) לעומת CCD (איכות תמונה גבוהה יותר במקרים מסוימים).
● ממשקאפשרויות העברת נתונים כמו GigE, Camera Link או CoaXPress.
● טווח דינמי ורגישותחשוב לבדיקת עצמים בעלי בהירות או החזרה משתנים.
● צבע לעומת מונוכרוםמצלמות צבע משתמשות בשורות מרובות עם מסנני RGB; מונוכרום עשוי להציע רגישות גבוהה יותר.

יתרונות וחסרונות של מצלמות סריקת קווי

יתרונות

יכול ללכוד מידע חד-ממדי במהירות גבוהה מאוד (בדרך כלל נמדד בקצב קו של מאות קילו-הרץ). יכול ללכוד תמונות דו-ממדיות בגודל שרירותי במהירות גבוהה בעת סריקה על פני נושא צילום.

יכול ללכוד מידע צבע מבלי להתפשר על רזולוציה באמצעות שורות נפרדות עם סינון אדום, ירוק וכחול, או מצלמות מותאמות אישית שיכולות להציע סינון באורך גל ספציפי.

התאורה צריכה להיות חד-ממדית בלבד, ובהתאם להגדרת ההדמיה, אינה דורשת תיקונים בשדה שטוח או תיקונים אחרים בממד השני (הנסרק).

חסרונות

דורשים הגדרות חומרה ותוכנה מיוחדות כדי לרכוש נתונים דו-ממדיים.

בדרך כלל לא מתאים להדמיה בתאורה חלשה עקב QE נמוך, רעש גבוה וגדלי פיקסלים קטנים, במיוחד בשילוב עם זמני חשיפה קצרים האופייניים לסריקה במהירות גבוהה.

בדרך כלל לא מיועד להדמיה מדעית, ולכן הלינאריות ואיכות התמונה עשויות להיות ירודות.

יישומים נפוצים של מצלמות סריקת קווי בתחום המדעי

מצלמות סריקת קוויות נמצאות בשימוש נרחב במחקר מדעי וביישומי הדמיה מתקדמים הדורשים רזולוציה גבוהה, דיוק ואיסוף נתונים רציף. שימושים אופייניים כוללים:

● הדמיה מיקרוסקופיתלכידת סריקות קווים ברזולוציה גבוהה לניתוח מפורט של פני השטח או התא.
● ספקטרוסקופיהרישום נתונים ספקטרליים על פני דגימות ברזולוציה מרחבית מדויקת.
● אסטרונומיה: הדמיה של עצמים שמימיים או מעקב אחר מטרות הנעות במהירות עם עיוות מינימלי.
● מדעי החומריםבדיקת פני שטח וגילוי פגמים במתכות, פולימרים או חומרים מרוכבים.
● הדמיה ביו-רפואיתסריקת רקמות ביולוגיות למטרות אבחון או מחקר, כולל היסטולוגיה ופתולוגיה.

יישומים אלה נהנים מיכולתה של מצלמת סריקת הקווים לייצר תמונות מפורטות ביותר וללא עיוותים על פני שטחים נרחבים או במערכות ניסוי דינמיות.

מגבלות של מצלמות סריקת קווי

סריקת קווים רגישה גבוהה ומצלמה מדעית TDI של Tucsen

תרשים סכמטי: מצלמת סריקת קווים רגישה גבוהה/TDI של Tucsen

שְׁמֹאלמצלמת סריקת שטח לא מקוררת

אֶמצַעמצלמה מדעית TDI

יָמִינָהמצלמת סריקת שטח מקוררת

בעוד שמצלמות סריקת קוויות מציעות רזולוציה מצוינת ומתאימות היטב להדמיה רציפה, יש להן מגבלות, במיוחד בסביבות מדעיות מתקדמות שבהן רגישות ויציבות האות הן קריטיות.

מגבלה עיקרית אחת היא ביצועיהן בתנאי תאורה חלשים. מצלמות סריקת קו מסורתיות מסתמכות על חשיפה במעבר יחיד, אשר עשויה לא לספק יחס אות לרעש (SNR) מספיק בעת הדמיה של דגימות מוארות חלשות או רגישות לאור, כגון במיקרוסקופ פלואורסצנטי או בבדיקות ביו-רפואיות מסוימות. בנוסף, השגת סנכרון מדויק בין תנועת אובייקט לרכישת תמונה יכולה להיות תובענית מבחינה טכנית, במיוחד במערכות הכרוכות במהירות משתנה או רטט.

אילוץ נוסף הוא יכולתם המוגבלת ללכוד תמונות באיכות גבוהה של דגימות הנעות לאט מאוד או מוארות באופן לא אחיד, מה שעלול לגרום לחשיפה לא עקבית או לארטיפקטים בתנועה.

כדי להתגבר על אתגרים אלה, מצלמות TDI (שילוב השהיית זמן) צצו כחלופה רבת עוצמה. על ידי צבירת אות על פני חשיפות מרובות כאשר האובייקט נע, מצלמות TDI משפרות משמעותית את הרגישות ואת איכות התמונה, מה שהופך אותן לבעלות ערך במיוחד בתחומים מדעיים הדורשים הדמיה בתאורה נמוכה במיוחד, טווח דינמי גבוה או רזולוציה זמנית מדויקת.

מַסְקָנָה

מצלמות סריקת קוויות הן כלים הכרחיים בתעשיות הדורשות הדמיה במהירות גבוהה וברזולוציה גבוהה של משטחים נעים או רציפים. שיטת הסריקה הייחודית שלהן מציעה יתרונות ברורים על פני מצלמות סריקת שטח בתרחישים הנכונים, במיוחד עבור יישומים כמו בדיקת רשת, הדמיית מוליכים למחצה ואריזה אוטומטית.

בעוד שמצלמות סריקת קווי משמשות בעיקר בסביבות תעשייתיות, משתמשים הדורשים רגישות גבוהה או ביצועים בתאורה חלשה עשויים להפיק תועלת מחקירתמצלמות מדעיותמיועד ליישומי הדמיה מדויקים.

הבנת האופן שבו מצלמות סריקה קוויות פועלות ומה לחפש בעת בחירת אחת תעזור לכם לתכנן מערכות בדיקה חכמות ואמינות יותר.

שאלות נפוצות

כיצד מצלמת סריקת קווים לוכדת תמונות צבעוניות?

מצלמות סריקת קווי צבע משתמשות בדרך כלל בחיישנים תלת-לינאריים, המכילים שלושה קווים מקבילים של פיקסלים, כל אחד עם פילטר אדום, ירוק או כחול. כאשר האובייקט נע ליד החיישן, כל קו צבע לוכד את הערוץ המתאים לו ברצף. אלה משולבים לאחר מכן ליצירת תמונה בצבע מלא. סנכרון מדויק חיוני כדי למנוע חוסר יישור צבעים, במיוחד במהירויות גבוהות.

כיצד לבחור את מצלמת סריקת הקו הנכונה

בחירת המצלמה הנכונה תלויה בדרישות היישום שלך. הנה כמה גורמים מרכזיים שיש לקחת בחשבון:

● דרישות מהירותקבע את צרכי קצב הקו שלך בהתבסס על מהירות האובייקט.
● צורכי פתרוןהתאם את הרזולוציה לסבולות הבדיקה שלך.
● תאורה וסביבהשקלו תאורה מיוחדת עבור משטחים מחזירי אור או כהים.
● סוג חיישןCMOS הפך למיינסטרים בזכות המהירות והיעילות שלו, בעוד ש-CCDs נותרו בשימוש עבור מערכות מדור קודם ומערכות קריטיות לדיוק.
● קישוריותודא שהמערכת שלך תומכת בממשק של המצלמה (למשל, CoaXPress עבור קצבי נתונים גבוהים).
● תקציבאיזון בין ביצועים לעלות המערכת, כולל תאורה, אופטיקה ותופסי פריימים.

במקרה של ספק, התייעצו עם מומחה או ספק בתחום ראיית מכונה כדי להבטיח תאימות לתכנון המערכת ולמטרות היישום שלכם.

כמה קווים יש במצלמת סריקת קווים מונוכרום?

מצלמת סריקת קווים מונוכרום סטנדרטית כוללת בדרך כלל קו פיקסלים אחד, אך בחלק מהדגמים יש שני קווים מקבילים או יותר. ניתן להשתמש בחיישנים מרובי קווים אלה כדי לשפר את איכות התמונה על ידי חישוב ממוצע של חשיפות מרובות, שיפור הרגישות או לכידת זוויות תאורה שונות.

בעוד שמצלמות בעלות קו יחיד מספיקות לרוב הבדיקות במהירות גבוהה, גרסאות בעלות שני וארבע שורות מציעות ביצועים טובים יותר בסביבות תובעניות, במיוחד כאשר נדרש רעש נמוך או טווח דינמי גבוה.

למידע נוסף על טכנולוגיית סריקת קווים ביישומי הדמיה מוגבלי אור, עיינו במאמר שלנו:

האצת רכישה מוגבלת אור עם דימות TDI של סריקת קו

מדוע טכנולוגיית TDI צוברת תאוצה בתחום ההדמיה התעשייתית

Tucsen Photonics Co., Ltd. כל הזכויות שמורות. בעת ציטוט, אנא ציינו את המקור:www.tucsen.com