25/08/07Linjeskanningskameraer er spesialiserte bildebehandlingsenheter som er utviklet for å ta bilder med høy oppløsning av objekter i bevegelse eller sammenhengende objekter. I motsetning til tradisjonelle områdeskanningskameraer som tar et 2D-bilde i én eksponering, bygger linjeskanningskameraer bilder linje for linje – ideelt for applikasjoner som nettinspeksjon, halvlederanalyse og pakningsverifisering.
Disse kameraene har vanligvis én rad med piksler (eller noen ganger flere rader), og når de kombineres med et bevegelig motiv eller et skannesystem, kan de produsere 2D-bilder av høy kvalitet av objekter i så godt som alle lengder. Avhengig av sensortypen bruker linjeskanningskameraer vanligvis enten CCD- eller CMOS-sensorteknologi – likt det som finnes i mangeCMOS-kameraer– med CMOS som det foretrukne valget på grunn av hastighet og energieffektivitet.
Hva er et linjeskanningskamera?
Linjeskanningskameraer er vanligvis optimalisert for industriell snarere enn vitenskapelig bruk, og kan ha begrensninger i applikasjoner med lite lys eller ultrahøy presisjon. Høy avlesningsstøy, små piksler og generelt lav kvanteeffektivitet kan bety at disse kameraene krever høye lysnivåer for å levere et brukbart signal-støy-forhold.
Linjeskanningskameraer kan brukes på to hovedmåter:
1-dimensjonal opptak
Endimensjonal informasjon kan fanges opp, for eksempel i spektroskopiapplikasjoner. Resultatene presenteres ofte i grafform i kameraprogramvare, med intensitet på y-aksen kontra kamerapiksel på x-aksen.
2-dimensjonal opptak
Kameraet kan «skannes» over et avbildningsmotiv, enten ved å bevege kameraet eller avbildningsmotivet, og et todimensjonalt bilde kan dannes ved å fange opp etterfølgende endimensjonale snitt.
Denne formen for avbildning tillater opptak av vilkårlig store bilder i skannedimensjonen. Muligheten til å fange motiver i bevegelse uten bevegelsesuskarphet (eller rullende lukkerartefakter) betyr at linjeskanningskameraer er svært vanlige i industrielle applikasjoner, for samlebånd, inspeksjon av store avbildningsmotiver og mer.
Hvordan fungerer et linjeskanningskamera?
Et linjeskanningskamera fungerer i samordning med et objekt i bevegelse eller en skannemekanisme. Når objektet passerer under kameraet, blir hver linje i bildet fanget sekvensielt i tid. Disse linjene kombineres deretter i sanntid eller via programvare for å produsere et fullstendig 2D-bilde.
Viktige komponenter inkluderer:
● 1-dimensjonal sensorVanligvis en enkelt rad med piksler.
● BevegelseskontrollEn transportør eller roterende mekanisme sikrer jevn bevegelse.
● BelysningOfte linje- eller koaksialbelysning for jevn belysning.
Fordi bildet bygges linje for linje, er synkronisering avgjørende. Hvis objektet beveger seg inkonsekvent eller timingen er feil, kan det oppstå bildeforvrengning.
Linjeskanningskameraer kontra områdeskanningskameraer
| Trekk | Linjeskanningskamera | Områdeskanningskamera |
| Bildeopptak | Én linje om gangen | Full 2D-ramme samtidig |
| Ideell bruk | Bevegelige eller kontinuerlige objekter | Stasjonære eller øyeblikksbilder |
| Bildestørrelse | Nesten ubegrenset i lengde | Begrenset av sensorstørrelse |
| Integrering | Krever bevegelses- og timingkontroll | Enklere oppsett |
| Typiske bruksområder | Nettinspeksjon, trykking, tekstiler | Strekkodeskanning, robotikk, generell bildebehandling |
Kort sagt, linjeskanningskameraer utmerker seg når de avbilder objekter i rask bevegelse eller veldig store objekter. Arealskanningskameraer er bedre egnet for applikasjoner med statiske eller små mål.
Viktige funksjoner ved linjeskanningskameraer
Når du velger et linjeskanningskamera, bør du vurdere følgende spesifikasjoner:
● OppløsningAntall piksler per linje, som påvirker detaljnivået.
● Linjehastighet (Hz)Antall linjer registrert per sekund – viktig for høyhastighetsinspeksjoner.
● SensortypeCMOS (rask, lavt strømforbruk) vs. CCD (høyere bildekvalitet i noen tilfeller).
● GrensesnittDataoverføringsalternativer som GigE, Camera Link eller CoaXPress.
● Dynamisk rekkevidde og følsomhetViktig for inspeksjon av objekter med variabel lysstyrke eller refleksjonsevne.
● Farge kontra monokromFargekameraer bruker flere rader med RGB-filtre; monokrom kan gi høyere følsomhet.
Fordeler og ulemper med linjeskanningskameraer
Fordeler
-
Kan fange 1-dimensjonal informasjon med svært høy hastighet (vanligvis målt i linjehastighet på hundrevis av kHz). Kan fange 2-dimensjonale bilder av vilkårlig størrelse med høy hastighet når man skanner over et avbildet motiv.
-
Kan fange opp fargeinformasjon uten å ofre oppløsning ved bruk av separate rød-, grønn- og blåfiltrerte rader, eller tilpassede kameraer kan tilby spesifikk bølgelengdefiltrering.
-
Belysningen trenger bare å være 1-dimensjonal, og avhengig av bildeoppsettet kan den ikke kreve flatfelt- eller andre korreksjoner i den andre (skannede) dimensjonen.
Ulemper
-
Krever spesialiserte maskinvare- og programvareoppsett for å innhente todimensjonale data.
-
Vanligvis ikke godt egnet for avbildning i svakt lys på grunn av lav QE, mye støy og små pikselstørrelser, spesielt kombinert med de korte eksponeringstidene som er typiske for høyhastighetsskanning.
-
Vanligvis ikke beregnet for vitenskapelig avbildning, så lineariteten og bildekvaliteten kan være dårlig.
Vanlige bruksområder for linjeskanningskameraer innen vitenskap
Linjeskanningskameraer er mye brukt i vitenskapelig forskning og avanserte bildebehandlingsapplikasjoner som krever høy oppløsning, presisjon og kontinuerlig datainnsamling. Typiske bruksområder inkluderer:
● Mikroskopiavbildning: Ta høyoppløselige linjeskanninger for detaljert overflate- eller celleanalyse.
● SpektroskopiRegistrering av spektrale data på tvers av prøver med presis romlig oppløsning.
● AstronomiAvbildning av himmellegemer eller sporing av mål i rask bevegelse med minimal forvrengning.
● MaterialvitenskapOverflateinspeksjon og defektdeteksjon i metaller, polymerer eller kompositter.
● Biomedisinsk avbildningSkanning av biologisk vev for diagnostiske eller forskningsformål, inkludert histologi og patologi.
Disse applikasjonene drar nytte av linjeskanningskameraets evne til å generere svært detaljerte, forvrengningsfrie bilder over store områder eller i dynamiske eksperimentelle oppsett.
Begrensninger ved linjeskanningskameraer
Skjematisk diagram: Tucsen høyfølsom linjeskanning/TDI vitenskapelig kamera
IgjenUkjølt områdeskanningskamera
MidtTDI vitenskapelig kamera
HøyreKamera for skanning av kjølt område
Selv om linjeskanningskameraer tilbyr utmerket oppløsning og er godt egnet for kontinuerlig avbildning, har de begrensninger, spesielt i avanserte vitenskapelige miljøer der følsomhet og signalstabilitet er avgjørende.
En vesentlig begrensning er ytelsen under dårlige lysforhold. Tradisjonelle linjeskanningskameraer er avhengige av enkeltpasseringseksponering, noe som kanskje ikke gir tilstrekkelig signal-til-støy-forhold (SNR) ved avbildning av svakt belyste eller lysfølsomme prøver, for eksempel i fluorescensmikroskopi eller visse biomedisinske analyser. I tillegg kan det være teknisk krevende å oppnå nøyaktig synkronisering mellom objektbevegelse og bildeopptak, spesielt i oppsett som involverer variabel hastighet eller vibrasjon.
En annen begrensning er deres begrensede evne til å ta bilder av høy kvalitet av svært saktegående eller ujevnt opplyste prøver, noe som kan føre til inkonsekvent eksponering eller bevegelsesartefakter.
For å overvinne disse utfordringene har TDI-kameraer (Time Delay Integration) dukket opp som et kraftig alternativ. Ved å akkumulere signal over flere eksponeringer mens objektet beveger seg, forbedrer TDI-kameraer følsomheten og bildekvaliteten betydelig, noe som gjør dem spesielt verdifulle innen vitenskapelige felt som krever ultralavt lys, høyt dynamisk område eller presis tidsoppløsning.
Konklusjon
Linjeskanningskameraer er uunnværlige verktøy i bransjer som krever høyhastighets, høyoppløselig avbildning av bevegelige eller kontinuerlige overflater. Deres unike skannemetode gir klare fordeler i forhold til områdeskanningskameraer i de rette scenariene, spesielt for applikasjoner som nettinspeksjon, halvlederavbildning og automatisert emballasje.
Selv om linjeskanningskameraer primært brukes i industrielle omgivelser, kan brukere som krever høy følsomhet eller ytelse i svakt lys ha nytte av å utforskevitenskapelige kameraerdesignet for presisjonsavbildningsapplikasjoner.
Å forstå hvordan linjeskanningskameraer fungerer og hva du skal se etter når du velger et, vil hjelpe deg med å designe smartere og mer pålitelige inspeksjonssystemer.
Vanlige spørsmål
Hvordan tar et linjeskanningskamera fargebilder?
Fargelinjekameraer bruker vanligvis trilineære sensorer, som inneholder tre parallelle linjer med piksler, hver med et rødt, grønt eller blått filter. Når objektet beveger seg forbi sensoren, fanger hver fargelinje opp sin respektive kanal i rekkefølge. Disse kombineres deretter for å danne et fullfargebilde. Presis synkronisering er viktig for å unngå fargefeiljustering, spesielt ved høye hastigheter.
Slik velger du riktig linjeskanningskamera
Valg av riktig kamera avhenger av kravene til bruksområdet ditt. Her er noen viktige faktorer å vurdere:
● HastighetskravBestem linjehastighetsbehovene dine basert på objekthastighet.
● LøsningsbehovTilpass oppløsningen til inspeksjonstoleransene dine.
● Belysning og miljøVurder spesiell belysning for reflekterende eller mørke overflater.
● SensortypeCMOS har blitt vanlig for sin hastighet og effektivitet, mens CCD-er fortsatt er i bruk for eldre og presisjonskritiske systemer.
● TilkoblingSørg for at systemet ditt støtter kameraets grensesnitt (f.eks. CoaXPress for høye datahastigheter).
● BudsjettBalanse mellom ytelse og systemkostnader, inkludert belysning, optikk og bildefangere.
Hvis du er i tvil, bør du kontakte en maskinsynsekspert eller leverandør for å sikre kompatibilitet med systemdesignet og applikasjonsmålene dine.
Hvor mange linjer har et monokrom linjeskanningskamera?
Et standard monokrom linjeskanningskamera har vanligvis én linje med piksler, men noen modeller har to eller flere parallelle linjer. Disse flerlinjesensorene kan brukes til å forbedre bildekvaliteten ved å beregne gjennomsnittet av flere eksponeringer, forbedre følsomheten eller fange opp forskjellige lysvinkler.
Selv om enkeltlinjekameraer er tilstrekkelige for de fleste høyhastighetsinspeksjoner, tilbyr versjoner med to og fire linjer bedre ytelse i krevende miljøer, spesielt der det kreves lav støy eller høyt dynamisk område.
For å lære mer om linjeskanningsteknologi i lysbegrensede bildebehandlingsapplikasjoner, se artikkelen vår:
Få fart på lysbegrenset opptak med Line Scan TDI Imaging
Hvorfor TDI-teknologi vinner terreng innen industriell bildebehandling
Tucsen Photonics Co., Ltd. Alle rettigheter forbeholdt. Vennligst oppgi kilden ved sitering:www.tucsen.com
