25/08/07Kamery linijkowe to specjalistyczne urządzenia obrazujące przeznaczone do rejestrowania obrazów o wysokiej rozdzielczości obiektów ruchomych lub ciągłych. W przeciwieństwie do tradycyjnych kamer linijkowych, które rejestrują obraz 2D w ramach jednej ekspozycji, kamery linijkowe tworzą obrazy linia po linii – idealne do zastosowań takich jak inspekcja wstęgi, analiza półprzewodników i weryfikacja opakowań.
Kamery te zazwyczaj posiadają pojedynczy rząd pikseli (lub czasami wiele rzędów), a w połączeniu z ruchomym obiektem lub systemem skanującym, mogą generować wysokiej jakości obrazy 2D obiektów praktycznie dowolnej długości. W zależności od rodzaju matrycy, kamery linijkowe zazwyczaj wykorzystują technologię CCD lub CMOS – podobną do tej stosowanej w wieluKamery CMOS— a technologia CMOS staje się coraz bardziej preferowanym wyborem ze względu na swoją szybkość i energooszczędność.
Czym jest kamera liniowa?
Kamery linijkowe są zazwyczaj optymalizowane pod kątem zastosowań przemysłowych, a nie naukowych, i mogą mieć ograniczenia w zastosowaniach o słabym oświetleniu lub wymagających bardzo wysokiej precyzji. Wysoki szum odczytu, małe piksele i ogólnie niska wydajność kwantowa mogą oznaczać, że kamery te wymagają wysokiego poziomu oświetlenia, aby uzyskać odpowiedni współczynnik SNR.
Kamery linijkowe można wykorzystywać na dwa podstawowe sposoby:
Przechwytywanie jednowymiarowe
Można rejestrować informacje jednowymiarowe, na przykład w zastosowaniach spektroskopowych. Wyniki są często przedstawiane w formie wykresu w oprogramowaniu kamery, z intensywnością na osi Y i pikselem kamery na osi X.
Przechwytywanie dwuwymiarowe
Kamerę można „skanować” w poprzek obiektu obrazowania, przesuwając kamerę lub obiekt obrazowania, a dwuwymiarowy obraz można utworzyć, przechwytując kolejne jednowymiarowe przekroje.
Ta forma obrazowania pozwala na rejestrowanie obrazów o dowolnej wielkości w wymiarze skanowania. Możliwość rejestrowania obiektów w ruchu bez rozmycia (lub artefaktów związanych z przesunięciem migawki) sprawia, że kamery linijkowe są bardzo powszechnie stosowane w zastosowaniach przemysłowych, na liniach montażowych, do inspekcji dużych obiektów i nie tylko.
Jak działa kamera liniowa?
Kamera liniowa działa w koordynacji z ruchomym obiektem lub mechanizmem skanującym. Gdy obiekt przechodzi pod kamerą, każda linia obrazu jest rejestrowana sekwencyjnie w czasie. Linie te są następnie łączone w czasie rzeczywistym lub za pomocą oprogramowania, tworząc pełny obraz 2D.
Kluczowe elementy obejmują:
● Czujnik jednowymiarowy:Zwykle pojedynczy rząd pikseli.
● Sterowanie ruchem:Transporter lub mechanizm obrotowy zapewnia równomierny ruch.
● Oświetlenie:Często oświetlenie liniowe lub współosiowe zapewniające równomierne oświetlenie.
Ponieważ obraz jest budowany linia po linii, synchronizacja jest kluczowa. Jeśli obiekt porusza się nierównomiernie lub synchronizacja jest nieprawidłowa, może wystąpić zniekształcenie obrazu.
Kamery ze skanowaniem liniowym i obszarowym
| Funkcja | Kamera liniowa | Kamera skanująca obszar |
| Przechwytywanie obrazu | Jedna linia na raz | Pełna klatka 2D na raz |
| Idealne zastosowanie | Obiekty ruchome lub ciągłe | Sceny stacjonarne lub migawkowe |
| Rozmiar obrazu | Praktycznie nieograniczona długość | Ograniczone rozmiarem czujnika |
| Integracja | Wymaga kontroli ruchu i czasu | Prostsza konfiguracja |
| Typowe zastosowania | Inspekcja sieci, drukowanie, tekstylia | Skanowanie kodów kreskowych, robotyka, obrazowanie ogólne |
Krótko mówiąc, kamery linijkowe sprawdzają się doskonale w obrazowaniu szybko poruszających się lub bardzo dużych obiektów. Kamery obszarowe lepiej sprawdzają się w zastosowaniach z obiektami statycznymi lub małymi.
Kluczowe cechy kamer liniowo-skanujących
Wybierając kamerę liniową, należy wziąć pod uwagę następujące parametry:
● Rozdzielczość:Liczba pikseli na linię, która ma wpływ na poziom szczegółowości.
● Prędkość transmisji (Hz):Liczba linii przechwytywanych na sekundę — kluczowa w przypadku szybkich inspekcji.
● Typ czujnika:CMOS (szybki, o niskim poborze mocy) kontra CCD (w niektórych przypadkach wyższa jakość obrazu).
● Interfejs: Opcje przesyłu danych, takie jak GigE, Camera Link lub CoaXPress.
● Zakres dynamiki i czułość: Ważne przy badaniu obiektów o zmiennej jasności lub współczynniku odbicia.
● Kolor kontra monochromatyczny:Kamery kolorowe wykorzystują wiele rzędów filtrów RGB; kamery monochromatyczne mogą zapewniać wyższą czułość.
Zalety i wady kamer liniowo-skanujących
Zalety
-
Potrafi rejestrować informacje jednowymiarowe z bardzo dużą prędkością (zwykle mierzoną w setkach kHz). Potrafi rejestrować obrazy dwuwymiarowe o dowolnym rozmiarze z dużą prędkością podczas skanowania obiektu.
-
Można przechwytywać informacje o kolorze bez utraty rozdzielczości dzięki zastosowaniu oddzielnych rzędów filtrów czerwonego, zielonego i niebieskiego, a niestandardowe kamery mogą oferować filtrowanie określonej długości fali.
-
Oświetlenie musi być jednowymiarowe i, w zależności od konfiguracji obrazowania, nie wymagać żadnych korekt pola płaskiego ani innych korekt w drugim (skanowanym) wymiarze.
Wady
-
Aby pozyskać dane dwuwymiarowe, wymagane są specjalistyczne konfiguracje sprzętowe i programowe.
-
Zwykle nie nadaje się do obrazowania przy słabym oświetleniu ze względu na niską efektywność kwantową, wysoki poziom szumów i małe rozmiary pikseli, szczególnie w połączeniu z krótkim czasem ekspozycji typowym dla szybkiego skanowania.
-
Zazwyczaj nie jest przeznaczony do obrazowania naukowego, dlatego liniowość i jakość obrazu mogą być słabe.
Typowe zastosowania kamer liniowo-skanujących w nauce
Kamery linijkowe są szeroko stosowane w badaniach naukowych i zaawansowanych aplikacjach obrazowania, które wymagają wysokiej rozdzielczości, precyzji i ciągłego gromadzenia danych. Typowe zastosowania obejmują:
● Obrazowanie mikroskopowe:Przechwytywanie skanów liniowych o wysokiej rozdzielczości w celu szczegółowej analizy powierzchni lub komórek.
● Spektroskopia:Rejestrowanie danych widmowych na różnych próbkach z precyzyjną rozdzielczością przestrzenną.
● Astronomia:Obrazowanie ciał niebieskich lub śledzenie szybko poruszających się celów przy minimalnych zniekształceniach.
● Materiałoznawstwo:Kontrola powierzchni i wykrywanie wad w metalach, polimerach lub kompozytach.
● Obrazowanie biomedyczne:Skanowanie tkanek biologicznych w celach diagnostycznych lub badawczych, w tym histologicznych i patologicznych.
Zastosowania te wykorzystują możliwości kamery liniowej do generowania niezwykle szczegółowych obrazów bez zniekształceń na dużych obszarach lub w dynamicznych konfiguracjach eksperymentalnych.
Ograniczenia kamer liniowych
Schemat ideowy: kamera naukowa Tucsen o wysokiej czułości ze skanowaniem liniowym/TDI
Lewy: Kamera skanująca obszar niechłodzony
Środek: Kamera naukowa TDI
Prawidłowy:Kamera skanująca obszar chłodzony
Kamery linijkowe charakteryzują się doskonałą rozdzielczością i świetnie nadają się do ciągłego obrazowania, mają jednak pewne ograniczenia, zwłaszcza w zaawansowanych środowiskach naukowych, gdzie czułość i stabilność sygnału mają kluczowe znaczenie.
Jednym z głównych ograniczeń jest ich wydajność w warunkach słabego oświetlenia. Tradycyjne kamery linijkowe wykorzystują ekspozycję jednoprzebiegową, która może nie zapewniać wystarczającego stosunku sygnału do szumu (SNR) podczas obrazowania słabo oświetlonych lub światłoczułych próbek, na przykład w mikroskopii fluorescencyjnej lub niektórych badaniach biomedycznych. Ponadto uzyskanie dokładnej synchronizacji między ruchem obiektu a akwizycją obrazu może być technicznie wymagające, zwłaszcza w konfiguracjach ze zmienną prędkością lub wibracjami.
Kolejnym ograniczeniem jest ograniczona możliwość rejestrowania wysokiej jakości obrazów bardzo wolno poruszających się lub nierównomiernie oświetlonych okazów, co może skutkować nierównomierną ekspozycją lub artefaktami ruchu.
Aby sprostać tym wyzwaniom, kamery TDI (z integracją opóźnionego czasu) stały się potężną alternatywą. Gromadząc sygnał z wielu ekspozycji podczas ruchu obiektu, kamery TDI znacząco poprawiają czułość i jakość obrazu, co czyni je szczególnie cennymi w dziedzinach naukowych wymagających obrazowania przy bardzo słabym oświetleniu, wysokim zakresie dynamiki lub precyzyjnej rozdzielczości czasowej.
Wniosek
Kamery liniowe są niezastąpionym narzędziem w branżach wymagających szybkiego i wysokiej rozdzielczości obrazowania ruchomych lub ciągłych powierzchni. Ich unikalna metoda skanowania oferuje wyraźne zalety w porównaniu z kamerami obszarowymi w odpowiednich sytuacjach, szczególnie w zastosowaniach takich jak inspekcja wstęgi, obrazowanie półprzewodników i automatyczne pakowanie.
Chociaż kamery linijkowe są używane głównie w zastosowaniach przemysłowych, użytkownicy wymagający wysokiej czułości lub pracy przy słabym oświetleniu mogą skorzystać z możliwości zapoznania się z nimikamery naukoweZaprojektowany do zastosowań wymagających precyzyjnego obrazowania.
Zrozumienie, jak działają kamery linijkowe i na co zwrócić uwagę przy wyborze odpowiedniej kamery, pomoże Ci zaprojektować inteligentniejsze i bardziej niezawodne systemy kontroli.
Często zadawane pytania
W jaki sposób kamera liniowa rejestruje obrazy kolorowe?
Kamery ze skanowaniem liniowym w kolorze zazwyczaj wykorzystują czujniki trójliniowe, które zawierają trzy równoległe linie pikseli, każda z filtrem czerwonym, zielonym lub niebieskim. Gdy obiekt przesuwa się obok czujnika, każda linia kolorów rejestruje sekwencyjnie swój kanał. Następnie są one łączone, tworząc pełnokolorowy obraz. Precyzyjna synchronizacja jest niezbędna, aby uniknąć rozbieżności kolorów, szczególnie przy dużych prędkościach.
Jak wybrać odpowiednią kamerę liniową
Wybór odpowiedniej kamery zależy od wymagań konkretnego zastosowania. Oto kilka kluczowych czynników, które należy wziąć pod uwagę:
● Wymagania dotyczące prędkości:Określ zapotrzebowanie na przepustowość łącza na podstawie prędkości obiektu.
● Potrzeby w zakresie rozdzielczości:Dopasuj rozdzielczość do tolerancji kontroli.
● Oświetlenie i otoczenie:Rozważ zastosowanie specjalnego oświetlenia w przypadku powierzchni odblaskowych lub ciemnych.
● Typ czujnika:Technologia CMOS stała się powszechnie stosowana ze względu na swoją szybkość i wydajność, podczas gdy technologie CCD są nadal stosowane w starszych systemach i systemach wymagających precyzji.
● Łączność: Upewnij się, że Twój system obsługuje interfejs kamery (np. CoaXPress w przypadku dużych szybkości transmisji danych).
● Budżet:Zrównoważyć wydajność z kosztami systemu, wliczając oświetlenie, optykę i karty przechwytujące klatki.
W razie wątpliwości skonsultuj się ze specjalistą ds. systemów wizyjnych lub dostawcą, aby upewnić się, że rozwiązanie jest zgodne z projektem Twojego systemu i celami aplikacji.
Ile linii ma monochromatyczna kamera liniowa?
Standardowa monochromatyczna kamera liniowa ma zazwyczaj jedną linię pikseli, ale niektóre modele mają dwie lub więcej równoległych linii. Te wieloliniowe czujniki można wykorzystać do poprawy jakości obrazu poprzez uśrednianie wielokrotnych ekspozycji, zwiększanie czułości lub rejestrowanie obrazu pod różnymi kątami oświetlenia.
Podczas gdy kamery jednoliniowe wystarczają do większości szybkich inspekcji, wersje dwuliniowe i czteroliniowe oferują lepszą wydajność w wymagających środowiskach, szczególnie tam, gdzie wymagany jest niski poziom szumów lub duży zakres dynamiki.
Aby dowiedzieć się więcej o technologii skanowania liniowego w zastosowaniach obrazowania przy ograniczonym oświetleniu, zapoznaj się z naszym artykułem:
Przyspieszenie akwizycji przy ograniczonym świetle dzięki obrazowaniu Line Scan TDI
Dlaczego technologia TDI zyskuje popularność w obrazowaniu przemysłowym
Tucsen Photonics Co., Ltd. Wszelkie prawa zastrzeżone. Przy cytowaniu prosimy o podanie źródła:www.tucsen.com
