Tudo o que você precisa saber sobre câmeras de varredura de linha |

Câmeras de varredura linear são dispositivos de imagem especializados, projetados para capturar imagens de alta resolução de objetos em movimento ou contínuos. Ao contrário das câmeras de varredura de área tradicionais, que capturam uma imagem 2D em uma única exposição, as câmeras de varredura linear geram imagens linha por linha — ideais para aplicações como inspeção de bandas, análise de semicondutores e verificação de embalagens.

Essas câmeras normalmente apresentam uma única fileira de pixels (ou, às vezes, várias fileiras) e, quando combinadas com um objeto em movimento ou um sistema de varredura, podem produzir imagens 2D de alta qualidade de objetos de praticamente qualquer comprimento. Dependendo do tipo de sensor, as câmeras de varredura linear normalmente usam tecnologia de sensor CCD ou CMOS — semelhante à encontrada em muitas câmeras.Câmeras CMOS—com o CMOS se tornando a escolha preferida devido à sua velocidade e eficiência energética.

O que é uma câmera de varredura de linha?

Câmeras de varredura linear são normalmente otimizadas para uso industrial, em vez de científico, e podem apresentar limitações em aplicações com pouca luz ou de altíssima precisão. Alto ruído de leitura, pixels pequenos e, geralmente, baixa eficiência quântica podem significar que essas câmeras exigem altos níveis de luz para fornecer uma relação sinal-ruído (SNR) viável.

As câmeras de varredura de linha podem ser usadas de duas maneiras principais:

Captura unidimensional

Informações unidimensionais podem ser capturadas, como em aplicações de espectroscopia. Os resultados são frequentemente representados em forma de gráfico no software da câmera, com a intensidade no eixo y versus o pixel da câmera no eixo x.

Captura bidimensional

A câmera pode ser "escaneada" sobre um objeto de imagem, movendo a câmera ou o objeto de imagem, e uma imagem bidimensional pode ser formada pela captura de fatias unidimensionais sucessivas.

Esta forma de geração de imagens permite a captura de imagens arbitrariamente grandes na dimensão de varredura. A capacidade de capturar objetos em movimento sem desfoque de movimento (ou artefatos de obturador de rolamento) significa que as câmeras de varredura linear são muito comumente usadas em aplicações industriais, linhas de montagem, inspeção de objetos de imagem de grande porte e muito mais.

Como funciona uma câmera de varredura de linha?

Uma câmera de varredura linear funciona em coordenação com um objeto em movimento ou mecanismo de varredura. À medida que o objeto passa por baixo da câmera, cada linha da imagem é capturada sequencialmente no tempo. Essas linhas são então combinadas em tempo real ou via software para produzir uma imagem 2D completa.

Os principais componentes incluem:

● Sensor unidimensional: Normalmente uma única linha de pixels.
● Controle de movimento:Um transportador ou mecanismo rotativo garante um movimento uniforme.
● Iluminação: Geralmente iluminação em linha ou coaxial para iluminação consistente.

Como a imagem é construída linha por linha, a sincronização é crucial. Se o objeto se mover de forma inconsistente ou o tempo estiver incorreto, pode ocorrer distorção da imagem.

Câmeras de varredura de linha vs. varredura de área

Recurso	Câmera de varredura de linha	Câmera de varredura de área
Captura de imagem	Uma linha de cada vez	Quadro 2D completo de uma só vez
Uso ideal	Objetos em movimento ou contínuos	Cenas estacionárias ou instantâneas
Tamanho da imagem	Praticamente ilimitado em comprimento	Limitado pelo tamanho do sensor
Integração	Requer controle de movimento e tempo	Configuração mais simples
Aplicações típicas	Inspeção de web, impressão, têxteis	Leitura de código de barras, robótica, imagens em geral

Em resumo, as câmeras de varredura de linha são excelentes para capturar imagens de objetos em movimento rápido ou muito grandes. As câmeras de varredura de área são mais adequadas para aplicações com alvos estáticos ou pequenos.

Principais recursos das câmeras de varredura de linha

Ao escolher uma câmera de varredura de linha, considere as seguintes especificações:

● Resolução: Número de pixels por linha, impactando o nível de detalhes.
● Taxa de linha (Hz): Número de linhas capturadas por segundo — vital para inspeções de alta velocidade.
● Tipo de sensor: CMOS (rápido, baixo consumo de energia) vs. CCD (maior qualidade de imagem em alguns casos).
● Interface: Opções de transferência de dados como GigE, Camera Link ou CoaXPress.
● Faixa dinâmica e sensibilidade: Importante para inspecionar objetos com brilho ou refletividade variável.
● Colorido vs. Monocromático: Câmeras coloridas usam várias fileiras com filtros RGB; monocromáticas podem oferecer maior sensibilidade.

Prós e contras das câmeras de varredura de linha

Prós

Consegue capturar informações unidimensionais em altíssima velocidade (normalmente medida em centenas de kHz de taxa de linha). Consegue capturar imagens bidimensionais de tamanho arbitrário em alta velocidade ao escanear um objeto de imagem.

É possível capturar informações de cores sem sacrificar a resolução por meio do uso de linhas separadas filtradas em vermelho, verde e azul, ou câmeras personalizadas podem oferecer filtragem de comprimento de onda específico.

A iluminação só precisa ser unidimensional e, dependendo da configuração da imagem, pode não exigir campo plano ou outras correções na segunda dimensão (digitalizada).

Contras

Requer configurações especializadas de hardware e software para adquirir dados bidimensionais.

Geralmente não é adequado para imagens com pouca luz devido ao baixo QE, alto ruído e tamanhos pequenos de pixels, especialmente combinados com os curtos tempos de exposição típicos de varredura de alta velocidade.

Normalmente não é indicado para imagens científicas, portanto a linearidade e a qualidade da imagem podem ser ruins.

Aplicações comuns de câmeras de varredura de linha no campo científico

Câmeras de varredura linear são amplamente utilizadas em pesquisas científicas e aplicações avançadas de imagem que exigem alta resolução, precisão e aquisição contínua de dados. Usos típicos incluem:

● Imagem de microscopia: Captura de varreduras de linhas de alta resolução para análise detalhada de superfície ou celular.
● Espectroscopia: Registro de dados espectrais em amostras com resolução espacial precisa.
● Astronomia: Imagens de objetos celestes ou rastreamento de alvos em movimento rápido com distorção mínima.
● Ciência dos Materiais: Inspeção de superfície e detecção de defeitos em metais, polímeros ou compósitos.
● Imagem Biomédica: Digitalização de tecidos biológicos para fins de diagnóstico ou pesquisa, incluindo histologia e patologia.

Essas aplicações se beneficiam da capacidade da câmera de varredura de linha de gerar imagens altamente detalhadas e sem distorção em áreas extensas ou em configurações experimentais dinâmicas.

Limitações das câmeras de varredura de linha

Câmera científica TDI e varredura de linha de alta sensibilidade Tucsen

Diagrama esquemático: Câmera científica Tucsen de varredura de linha de alta sensibilidade/TDI

Esquerda: Câmera de varredura de área não resfriada

Meio: Câmera científica TDI

Certo: Câmera de varredura de área resfriada

Embora as câmeras de varredura de linha ofereçam excelente resolução e sejam adequadas para imagens contínuas, elas têm limitações, especialmente em ambientes científicos avançados, onde a sensibilidade e a estabilidade do sinal são essenciais.

Uma limitação importante é seu desempenho em condições de baixa luminosidade. Câmeras de varredura linear tradicionais dependem da exposição de passagem única, que pode não fornecer relação sinal-ruído (SNR) suficiente ao capturar imagens de amostras fracamente iluminadas ou sensíveis à luz, como em microscopia de fluorescência ou em certos ensaios biomédicos. Além disso, obter a sincronização precisa entre o movimento do objeto e a aquisição da imagem pode ser tecnicamente desafiador, especialmente em configurações que envolvem velocidade variável ou vibração.

Outra limitação é sua capacidade limitada de capturar imagens de alta qualidade de espécimes em movimento muito lento ou com iluminação irregular, o que pode resultar em exposição inconsistente ou artefatos de movimento.

Para superar esses desafios, as câmeras TDI (Integração com Atraso de Tempo) surgiram como uma alternativa poderosa. Ao acumular sinal em múltiplas exposições conforme o objeto se move, as câmeras TDI melhoram significativamente a sensibilidade e a qualidade da imagem, tornando-as especialmente valiosas em campos científicos que exigem imagens em condições de luminosidade ultrabaixa, alta faixa dinâmica ou resolução temporal precisa.

Conclusão

Câmeras de varredura de linha são ferramentas indispensáveis em setores que exigem imagens de alta velocidade e alta resolução de superfícies móveis ou contínuas. Seu método exclusivo de varredura oferece vantagens distintas em relação às câmeras de varredura de área nos cenários certos, especialmente para aplicações como inspeção de bandas, imagens de semicondutores e embalagens automatizadas.

Embora as câmeras de varredura de linha sejam usadas principalmente em ambientes industriais, os usuários que exigem alta sensibilidade ou desempenho com pouca luz podem se beneficiar da exploraçãocâmeras científicasprojetado para aplicações de imagens de precisão.

Entender como as câmeras de varredura de linha funcionam e o que procurar ao selecionar uma ajudará você a projetar sistemas de inspeção mais inteligentes e confiáveis.

Perguntas frequentes

Como uma câmera de varredura de linha captura imagens coloridas?

Câmeras de varredura de linha colorida normalmente usam sensores trilineares, que contêm três linhas paralelas de pixels, cada uma com um filtro vermelho, verde ou azul. À medida que o objeto passa pelo sensor, cada linha colorida captura seu respectivo canal em sequência. Estes são então combinados para formar uma imagem colorida. A sincronização precisa é essencial para evitar desalinhamento de cores, especialmente em altas velocidades.

Como escolher a câmera de varredura de linha certa

A escolha da câmera certa depende dos requisitos da sua aplicação. Aqui estão alguns fatores importantes a serem considerados:

● Requisitos de velocidade: Determine suas necessidades de taxa de linha com base na velocidade do objeto.
● Necessidades de Resolução: Combine a resolução com suas tolerâncias de inspeção.
● Iluminação e Ambiente: Considere iluminação especial para superfícies reflexivas ou escuras.
● Tipo de sensor: O CMOS se tornou popular por sua velocidade e eficiência, enquanto os CCDs continuam em uso para sistemas legados e de precisão crítica.
● Conectividade: Certifique-se de que seu sistema suporta a interface da câmera (por exemplo, CoaXPress para altas taxas de dados).
● Orçamento: Equilibre o desempenho com o custo do sistema, incluindo iluminação, ótica e frame grabbers.

Em caso de dúvida, consulte um especialista ou fornecedor de visão computacional para garantir a compatibilidade com o design do seu sistema e os objetivos da aplicação.

Quantas linhas uma câmera monocromática de varredura de linhas tem?

Uma câmera monocromática de varredura linear padrão normalmente possui uma linha de pixels, mas alguns modelos apresentam duas ou mais linhas paralelas. Esses sensores multilinha podem ser usados para melhorar a qualidade da imagem, calculando a média de múltiplas exposições, aumentando a sensibilidade ou capturando diferentes ângulos de iluminação.

Embora as câmeras de linha única sejam suficientes para a maioria das inspeções de alta velocidade, as versões de linha dupla e quádrupla oferecem melhor desempenho em ambientes exigentes, especialmente onde é necessário baixo ruído ou alta faixa dinâmica.

Para saber mais sobre a tecnologia de varredura de linha em aplicações de imagens com limitação de luz, consulte nosso artigo:

Acelerando a aquisição com luz limitada com Line Scan TDI Imaging

Por que a tecnologia TDI está ganhando espaço na imagem industrial