2007-08-25Linijinio skenavimo kameros yra specializuoti vaizdo gavimo įrenginiai, skirti fiksuoti didelės raiškos judančių arba ištisinių objektų vaizdus. Skirtingai nuo tradicinių plotinio skenavimo kamerų, kurios vienu metu fiksuoja 2D vaizdą, linijinio skenavimo kameros vaizdus kuria eilutė po eilutės – idealiai tinka tokioms reikmėms kaip tinklo patikra, puslaidininkių analizė ir pakuočių patikra.
Šios kameros paprastai turi vieną pikselių eilutę (o kartais ir kelias eilutes), ir, derinamos su judančiu objektu arba skenavimo sistema, jos gali sukurti aukštos kokybės 2D objektų vaizdus, kurių ilgis yra beveik bet koks. Priklausomai nuo jutiklio tipo, linijinio skenavimo kameros paprastai naudoja CCD arba CMOS jutiklių technologiją – panašiai kaip daugelyje kitų.CMOS kameros– CMOS tampa populiariausiu pasirinkimu dėl savo greičio ir energijos vartojimo efektyvumo.
Kas yra linijinio skenavimo kamera?
Linijinio skenavimo kameros paprastai yra optimizuotos pramoniniam, o ne moksliniam naudojimui ir gali turėti apribojimų esant silpnam apšvietimui arba itin didelio tikslumo taikymams. Didelis nuskaitymo triukšmas, maži pikseliai ir apskritai mažas kvantinis efektyvumas gali reikšti, kad šioms kameroms reikalingas didelis apšvietimo lygis, kad būtų pasiektas tinkamas signalo ir triukšmo santykis (SNR).
Linijinio skenavimo kameros gali būti naudojamos dviem pagrindiniais būdais:
1 dimensijos fiksavimas
Galima užfiksuoti vienmatę informaciją, pavyzdžiui, spektroskopijos taikymuose. Rezultatai kamerų programinėje įrangoje dažnai pateikiami grafiko pavidalu, y ašyje nurodant intensyvumą, o x ašyje – kameros pikselių skaičių.
Dvimatis fiksavimas
Kamera gali būti „skenuojama“ per vaizdo objektą, judinant kamerą arba vaizdo objektą, o dvimatis vaizdas gali būti suformuotas fiksuojant nuoseklius vienmačius pjūvius.
Šis vaizdavimo būdas leidžia užfiksuoti bet kokio dydžio vaizdus skenavimo dimensijoje. Galimybė užfiksuoti judančius objektus be judesio suliejimo (arba riedančio užrakto artefaktų) reiškia, kad linijinio skenavimo kameros labai dažnai naudojamos pramonėje, surinkimo linijose, didelių vaizdavimo objektų apžiūroje ir kitose srityse.
Kaip veikia linijinio skenavimo kamera?
Linijinio skenavimo kamera veikia koordinuotai su judančiu objektu arba skenavimo mechanizmu. Objektui praeinant po kamera, kiekviena vaizdo linija fiksuojama nuosekliai laike. Tada šios linijos sujungiamos realiuoju laiku arba naudojant programinę įrangą, kad būtų sukurtas visas 2D vaizdas.
Pagrindiniai komponentai:
● Vienmatis jutiklisPaprastai viena pikselių eilutė.
● Judesio valdymasKonvejeris arba besisukantis mechanizmas užtikrina tolygų judėjimą.
● ApšvietimasDažnai naudojamas linijinis arba koaksialinis apšvietimas, užtikrinantis pastovų apšvietimą.
Kadangi vaizdas kuriamas eilutė po eilutės, sinchronizavimas yra labai svarbus. Jei objektas juda nepastoviai arba laikas neatitinka tikrovės, gali atsirasti vaizdo iškraipymas.
Linijinio ir plotinio skenavimo kameros
| Funkcija | Linijinio skenavimo kamera | Ploto skenavimo kamera |
| Vaizdo fiksavimas | Po vieną eilutę | Visas 2D kadras vienu metu |
| Idealus naudojimas | Judantys arba tęstiniai objektai | Stacionarios arba momentinės scenos |
| Vaizdo dydis | Beveik neriboto ilgio | Riboja jutiklio dydis |
| Integracija | Reikalingas judesio ir laiko valdymas | Paprastesnis nustatymas |
| Tipinės taikymo sritys | Tinklinė patikra, spausdinimas, tekstilė | Brūkšninių kodų nuskaitymas, robotika, bendras vaizdavimas |
Trumpai tariant, linijinio skenavimo kameros puikiai tinka vaizduojant greitai judančius arba labai didelius objektus. Ploto skenavimo kameros labiau tinka taikymams su statiniais arba mažais taikiniais.
Pagrindinės linijinių skenavimo kamerų savybės
Renkantis linijinio skenavimo kamerą, atsižvelkite į šias specifikacijas:
● RezoliucijaPikselių skaičius eilutėje, turintis įtakos detalumo lygiui.
● Linijos dažnis (Hz)Per sekundę užfiksuotų linijų skaičius – tai gyvybiškai svarbu atliekant greitus patikrinimus.
● Jutiklio tipasCMOS (greita, mažo galingumo) ir CCD (kai kuriais atvejais aukštesnė vaizdo kokybė).
● SąsajaDuomenų perdavimo parinktys, pvz., „GigE“, „Camera Link“ arba „CoaXPress“.
● Dinaminis diapazonas ir jautrumasSvarbu apžiūrėti objektus, kurių ryškumas ar atspindumas kinta.
● Spalvotas ir vienspalvis vaizdasSpalvotose kamerose naudojamos kelios eilutės su RGB filtrais; vienspalvėse kamerose gali būti didesnis jautrumas.
Linijinių skenavimo kamerų privalumai ir trūkumai
Privalumai
-
Gali labai dideliu greičiu užfiksuoti vienmatę informaciją (paprastai matuojamą šimtais kHz linijų dažniu). Skenuojant vaizduojamą objektą, gali dideliu greičiu užfiksuoti bet kokio dydžio dvimačius vaizdus.
-
Gali užfiksuoti spalvų informaciją neprarandant skiriamosios gebos, naudodamas atskiras raudonai, žaliai ir mėlynai filtruotas eilutes, arba pasirinktinės kameros gali pasiūlyti specifinį bangos ilgio filtravimą.
-
Apšvietimas turi būti tik vienmatis ir, priklausomai nuo vaizdo gavimo nustatymų, gali nereikėti plokščio lauko ar kitų korekcijų antrajame (nuskaitytame) matmenyje.
Trūkumai
-
Reikalinga speciali aparatinė ir programinė įranga, kad būtų galima gauti dvimatę informaciją.
-
Paprastai netinka vaizdavimui esant prastam apšvietimui dėl mažo QE, didelio triukšmo ir mažų pikselių dydžių, ypač derinant su trumpu ekspozicijos laiku, būdingu greitajam skenavimui.
-
Paprastai neskirta moksliniam vaizdavimui, todėl tiesiškumas ir vaizdo kokybė gali būti prasta.
Dažnas linijinio skenavimo kamerų taikymas mokslo srityje
Linijinio skenavimo kameros plačiai naudojamos moksliniuose tyrimuose ir pažangiose vaizdo gavimo srityse, kurioms reikalinga didelė skiriamoji geba, tikslumas ir nuolatinis duomenų rinkimas. Tipiniai naudojimo būdai:
● Mikroskopinis vaizdavimasDidelės skiriamosios gebos linijinių skenavimų fiksavimas išsamiai paviršiaus arba ląstelių analizei.
● SpektroskopijaSpektrinių duomenų įrašymas skirtinguose mėginiuose su tikslia erdvine skiriamąja geba.
● AstronomijaDangaus objektų vaizdavimas arba greitai judančių taikinių sekimas su minimaliu iškraipymu.
● Medžiagų mokslasPaviršiaus apžiūra ir defektų aptikimas metaluose, polimeruose ar kompozituose.
● Biomedicininis vaizdavimasBiologinių audinių skenavimas diagnostikos ar tyrimų tikslais, įskaitant histologiją ir patologiją.
Šiose srityse naudingas linijinio skenavimo kameros gebėjimas generuoti labai detalius, be iškraipymų vaizdus dideliuose plotuose arba dinaminėse eksperimentinėse aplinkose.
Linijinių skenavimo kamerų apribojimai
Scheminė diagrama: „Tucsen“ didelio jautrumo linijinio skenavimo / TDI mokslinė kamera
KairėNeaušintos srities skenavimo kamera
VidurysTDI mokslinė kamera
DešinėAušinamas plotas skenavimo kamera
Nors linijinio skenavimo kameros pasižymi puikia skiriamąja geba ir puikiai tinka nuolatiniam vaizdavimui, jos turi apribojimų, ypač pažangioje mokslinėje aplinkoje, kur jautrumas ir signalo stabilumas yra labai svarbūs.
Vienas pagrindinių apribojimų yra jų veikimas esant prastam apšvietimui. Tradicinės linijinio skenavimo kameros naudoja vienkartinę ekspoziciją, kuri gali neužtikrinti pakankamo signalo ir triukšmo santykio (SNR) vaizduojant silpnai apšviestus arba šviesai jautrius mėginius, pavyzdžiui, atliekant fluorescencinę mikroskopiją ar tam tikrus biomedicininius tyrimus. Be to, tikslios objekto judėjimo ir vaizdo gavimo sinchronizacijos pasiekimas gali būti techniškai sudėtingas, ypač esant kintamam greičiui ar vibracijai.
Kitas apribojimas yra jų ribotas gebėjimas užfiksuoti aukštos kokybės labai lėtai judančių arba netolygiai apšviestų mėginių vaizdus, dėl kurių ekspozicija gali būti nepastovi arba gali atsirasti judesio artefaktų.
Siekiant įveikti šiuos iššūkius, kaip galinga alternatyva atsirado TDI (laiko uždelsimo integravimo) kameros. Kaupdamos signalą per kelias ekspozicijas objektui judant, TDI kameros žymiai padidina jautrumą ir vaizdo kokybę, todėl jos ypač vertingos mokslo srityse, kuriose reikalingas vaizdavimas itin prasto apšvietimo sąlygomis, didelis dinaminis diapazonas arba tiksli laikinė skiriamoji geba.
Išvada
Linijinio skenavimo kameros yra nepakeičiami įrankiai pramonės šakose, kurioms reikalingas greitas ir didelės skiriamosios gebos judančių arba ištisinių paviršių vaizdavimas. Jų unikalus skenavimo metodas suteikia aiškių pranašumų, palyginti su ploto skenavimo kameromis, tinkamais atvejais, ypač tokiose srityse kaip rulonų patikra, puslaidininkių vaizdavimas ir automatizuotas pakavimas.
Nors linijinio skenavimo kameros daugiausia naudojamos pramoninėje aplinkoje, vartotojams, kuriems reikalingas didelis jautrumas arba veikimas esant prastam apšvietimui, gali būti naudinga ištirtimokslinės kamerosskirtas tiksliam vaizdavimui.
Supratimas, kaip veikia linijinio skenavimo kameros ir į ką atkreipti dėmesį renkantis, padės jums sukurti išmanesnes ir patikimesnes patikros sistemas.
DUK
Kaip linijinio skenavimo kamera fiksuoja spalvotus vaizdus?
Spalvotos linijinės skenavimo kameros paprastai naudoja trilinijinius jutiklius, kuriuos sudaro trys lygiagrečios pikselių linijos, kurių kiekviena turi raudoną, žalią arba mėlyną filtrą. Objektui judant pro jutiklį, kiekviena spalvų linija nuosekliai fiksuoja atitinkamą kanalą. Tada jie sujungiami, kad būtų sukurtas spalvotas vaizdas. Tikslus sinchronizavimas yra būtinas siekiant išvengti spalvų nesutapimo, ypač dideliu greičiu.
Kaip pasirinkti tinkamą linijinio skenavimo kamerą
Tinkamo fotoaparato pasirinkimas priklauso nuo jūsų taikymo reikalavimų. Štai keli pagrindiniai veiksniai, į kuriuos reikia atsižvelgti:
● Greičio reikalavimaiNustatykite savo linijų spartos poreikius pagal objekto greitį.
● Sprendimų poreikiai: Pritaikykite skiriamąją gebą prie savo patikrinimo tolerancijų.
● Apšvietimas ir aplinkaApsvarstykite specialų apšvietimą atspindintiems arba tamsiems paviršiams.
● Jutiklio tipasCMOS tapo įprasta technologija dėl savo greičio ir efektyvumo, o CCD ir toliau naudojami senesnėse ir tikslumo požiūriu svarbiose sistemose.
● RyšysĮsitikinkite, kad jūsų sistema palaiko kameros sąsają (pvz., „CoaXPress“, jei duomenų perdavimo sparta didelė).
● BiudžetasSubalansuokite našumą su sistemos kaina, įskaitant apšvietimą, optiką ir kadrų griebtuvus.
Kilus abejonių, pasikonsultuokite su mašininio matymo ekspertu arba tiekėju, kad įsitikintumėte, jog sistema atitinka jūsų sistemos projektą ir taikymo tikslus.
Kiek linijų turi monochrominė linijinio skenavimo kamera?
Standartinė nespalvota linijinio skenavimo kamera paprastai turi vieną pikselių liniją, tačiau kai kuriuose modeliuose yra dvi ar daugiau lygiagrečių linijų. Šie daugialinijiniai jutikliai gali būti naudojami vaizdo kokybei pagerinti apskaičiuojant kelių ekspozicijų vidurkį, didinant jautrumą arba fiksuojant skirtingus apšvietimo kampus.
Nors vienos linijos kameros pakanka daugumai greitų patikrinimų, dviejų ir keturių linijų versijos siūlo geresnius rezultatus sudėtingoje aplinkoje, ypač kai reikalingas mažas triukšmas arba didelis dinaminis diapazonas.
Norėdami sužinoti daugiau apie linijinio skenavimo technologiją, skirtą vaizdavimui šviesos ribotoje aplinkoje, žr. mūsų straipsnį:
Šviesos riboto duomenų gavimo pagreitinimas naudojant „Line Scan TDI Imaging“
Kodėl TDI technologija populiarėja pramoniniame vaizdavime
„Tucsen Photonics Co., Ltd.“ Visos teisės saugomos. Cituojant prašome nurodyti šaltinį:www.tucsen.com
