25/08/07Camerele cu scanare liniară sunt dispozitive specializate de imagistică, concepute pentru a captura imagini de înaltă rezoluție ale obiectelor în mișcare sau continue. Spre deosebire de camerele tradiționale cu scanare de suprafață care capturează o imagine 2D într-o singură expunere, camerele cu scanare liniară construiesc imagini linie cu linie - ideale pentru aplicații precum inspecția benzilor web, analiza semiconductorilor și verificarea ambalajelor.
Aceste camere au de obicei un singur rând de pixeli (sau uneori mai multe rânduri) și, atunci când sunt combinate cu un subiect în mișcare sau un sistem de scanare, pot produce imagini 2D de înaltă calitate ale obiectelor de aproape orice lungime. În funcție de tipul de senzor, camerele cu scanare liniară utilizează de obicei tehnologia senzorilor CCD sau CMOS - similară cu cea găsită în multe alte camere.Camere CMOS—CMOS devenind alegerea preferată datorită vitezei și eficienței energetice.
Ce este o cameră cu scanare liniară?
Camerele cu scanare liniară sunt de obicei optimizate pentru utilizare industrială mai degrabă decât științifică și pot avea limitări în aplicații cu lumină slabă sau de precizie ultra-înaltă. Zgomotul ridicat de citire, pixelii mici și, în general, eficiența cuantică scăzută pot însemna că aceste camere necesită niveluri ridicate de lumină pentru a oferi un semnal semnal (SNR) funcțional.
Camerele cu scanare liniară pot fi utilizate în două moduri principale:
Captură unidimensională
Informațiile unidimensionale pot fi captate, cum ar fi în aplicațiile de spectroscopie. Rezultatele sunt adesea reprezentate sub formă de grafic în software-ul camerei, cu intensitatea pe axa y în funcție de pixelul camerei pe axa x.
Captură bidimensională
Camera poate fi „scanată” peste un subiect în imagine, fie prin mișcarea camerei, fie a subiectului în imagine, iar o imagine bidimensională poate fi formată prin captarea unor felii unidimensionale succesive.
Această formă de imagistică permite capturarea unor imagini arbitrar de mari în dimensiunea de scanare. Capacitatea de a captura subiecți în mișcare fără estompare de mișcare (sau artefacte de tip rolling shutter) înseamnă că camerele de scanare liniară sunt foarte frecvent utilizate în aplicații industriale, pentru linii de asamblare, inspecția subiecților mari în imagini și multe altele.
Cum funcționează o cameră cu scanare liniară?
O cameră de scanare liniară funcționează în coordonare cu un obiect în mișcare sau cu un mecanism de scanare. Pe măsură ce obiectul trece pe sub cameră, fiecare linie a imaginii este capturată secvențial în timp. Aceste linii sunt apoi combinate în timp real sau prin intermediul unui software pentru a produce o imagine 2D completă.
Componentele cheie includ:
● Senzor unidimensionalDe obicei, un singur rând de pixeli.
● Controlul mișcăriiUn transportor sau un mecanism rotativ asigură o mișcare uniformă.
● IluminatAdesea iluminare liniară sau coaxială pentru o iluminare constantă.
Deoarece imaginea este construită linie cu linie, sincronizarea este esențială. Dacă obiectul se mișcă inconsistent sau dacă sincronizarea este greșită, poate apărea distorsiunea imaginii.
Camere cu scanare liniară vs. camere cu scanare de suprafață
| Caracteristică | Cameră de scanare liniară | Cameră de scanare a zonei |
| Captură de imagine | Câte o linie pe rând | Cadru 2D complet simultan |
| Utilizare ideală | Obiecte în mișcare sau continue | Scene staționare sau instantanee |
| Dimensiunea imaginii | Practic nelimitată în lungime | Limitat de dimensiunea senzorului |
| Integrare | Necesită controlul mișcării și al timpului | Configurare mai simplă |
| Aplicații tipice | Inspecție web, imprimare, textile | Scanare coduri de bare, robotică, imagistică generală |
Pe scurt, camerele cu scanare liniară sunt excelente atunci când fotografiază obiecte în mișcare rapidă sau foarte mari. Camerele cu scanare de zonă sunt mai potrivite pentru aplicații cu ținte statice sau mici.
Caracteristici cheie ale camerelor cu scanare liniară
Atunci când alegeți o cameră cu scanare liniară, luați în considerare următoarele specificații:
● RezoluțieNumărul de pixeli pe linie, care influențează nivelul de detaliu.
● Rată de linie (Hz)Numărul de linii capturate pe secundă — vital pentru inspecțiile de mare viteză.
● Tip senzorCMOS (rapid, consum redus de energie) vs. CCD (calitate mai mare a imaginii în unele cazuri).
● InterfațăOpțiuni de transfer de date precum GigE, Camera Link sau CoaXPress.
● Gamă dinamică și sensibilitateImportant pentru inspectarea obiectelor cu luminozitate sau reflectivitate variabilă.
● Culoare vs. monocromCamerele color utilizează mai multe rânduri cu filtre RGB; monocromele pot oferi o sensibilitate mai mare.
Avantajele și dezavantajele camerelor cu scanare liniară
Avantaje
-
Poate captura informații unidimensionale la viteză foarte mare (de obicei măsurată în sute de kHz cu o rată de linie). Poate captura imagini bidimensionale de dimensiuni arbitrare la viteză mare atunci când scanează pe un subiect din imagine.
-
Poate captura informații despre culoare fără a sacrifica rezoluția prin utilizarea unor rânduri separate filtrate pentru roșu, verde și albastru sau camerele personalizate pot oferi filtrare specifică a lungimii de undă.
-
Iluminarea trebuie să fie doar unidimensională și, în funcție de configurația imagisticii, nu poate necesita corecții de câmp plat sau alte corecții în a doua dimensiune (scanată).
Contra
-
Necesită configurații hardware și software specializate pentru achiziționarea de date bidimensionale.
-
De obicei, nu este potrivit pentru imagistica în condiții de lumină slabă din cauza QE scăzut, a zgomotului ridicat și a dimensiunilor mici ale pixelilor, în special în combinație cu timpii scurți de expunere tipici scanării de mare viteză.
-
Nu este destinat de obicei imagisticii științifice, prin urmare liniaritatea și calitatea imaginii pot fi slabe.
Aplicații comune ale camerelor cu scanare liniară în domeniul științific
Camerele cu scanare liniară sunt utilizate pe scară largă în cercetarea științifică și în aplicații avansate de imagistică care necesită rezoluție înaltă, precizie și achiziție continuă de date. Utilizările tipice includ:
● Imagistică microscopicăCapturarea de scanări liniare de înaltă rezoluție pentru analize detaliate ale suprafeței sau celulare.
● SpectroscopieÎnregistrarea datelor spectrale pe probe cu rezoluție spațială precisă.
● AstronomieImagistica obiectelor cerești sau urmărirea țintelor în mișcare rapidă cu distorsiuni minime.
● Știința MaterialelorInspecția suprafețelor și detectarea defectelor în metale, polimeri sau compozite.
● Imagistică biomedicalăScanarea țesuturilor biologice în scopuri de diagnostic sau cercetare, inclusiv histologie și patologie.
Aceste aplicații beneficiază de capacitatea camerei de scanare liniară de a genera imagini extrem de detaliate, fără distorsiuni, pe zone extinse sau în configurații experimentale dinamice.
Limitările camerelor cu scanare liniară
Diagramă schematică: Cameră științifică Tucsen de înaltă sensibilitate cu scanare liniară/TDI
StângaCameră de scanare a zonei nerăcite
MijlocCameră științifică TDI
CorectCameră de scanare a zonei răcite
Deși camerele cu scanare liniară oferă o rezoluție excelentă și sunt potrivite pentru imagistica continuă, acestea au limitări, în special în mediile științifice avansate unde sensibilitatea și stabilitatea semnalului sunt critice.
O limitare majoră este performanța lor în condiții de lumină slabă. Camerele tradiționale cu scanare liniară se bazează pe expunere cu o singură trecere, care poate să nu ofere un raport semnal-zgomot (SNR) suficient atunci când se imagistică probe slab iluminate sau sensibile la lumină, cum ar fi în microscopia cu fluorescență sau anumite teste biomedicale. În plus, obținerea unei sincronizări precise între mișcarea obiectului și achiziția imaginii poate fi solicitantă din punct de vedere tehnic, în special în configurațiile care implică viteză variabilă sau vibrații.
O altă constrângere este capacitatea lor limitată de a captura imagini de înaltă calitate ale unor specimene care se mișcă foarte lent sau care sunt iluminate neuniform, ceea ce poate duce la o expunere inconsistentă sau la artefacte de mișcare.
Pentru a depăși aceste provocări, camerele TDI (Time Delay Integration - Integrare cu Întârziere Temporală) au apărut ca o alternativă puternică. Prin acumularea semnalului pe parcursul mai multor expuneri pe măsură ce obiectul se mișcă, camerele TDI îmbunătățesc semnificativ sensibilitatea și calitatea imaginii, ceea ce le face deosebit de valoroase în domeniile științifice care necesită imagistică în condiții de lumină ultra-slabă, gamă dinamică ridicată sau rezoluție temporală precisă.
Concluzie
Camerele de scanare liniară sunt instrumente indispensabile în industriile care necesită imagistică de mare viteză și rezoluție a suprafețelor în mișcare sau continue. Metoda lor unică de scanare oferă avantaje distincte față de camerele de scanare de suprafață în scenariile potrivite, în special pentru aplicații precum inspecția web, imagistica semiconductorilor și ambalarea automată.
Deși camerele cu scanare liniară sunt utilizate în principal în medii industriale, utilizatorii care necesită o sensibilitate ridicată sau performanță în condiții de lumină slabă pot beneficia de explorarea...camere științificeconceput pentru aplicații de imagistică de precizie.
Înțelegerea modului în care funcționează camerele cu scanare liniară și la ce să fii atent atunci când alegi una te va ajuta să proiectezi sisteme de inspecție mai inteligente și mai fiabile.
Întrebări frecvente
Cum capturează o cameră cu scanare liniară imagini color?
Camerele cu scanare a liniilor de culoare utilizează de obicei senzori triliniari, care conțin trei linii paralele de pixeli, fiecare cu un filtru roșu, verde sau albastru. Pe măsură ce obiectul trece pe lângă senzor, fiecare linie de culoare capturează canalul corespunzător în secvență. Acestea sunt apoi combinate pentru a forma o imagine complet color. Sincronizarea precisă este esențială pentru a evita nealinierea culorilor, în special la viteze mari.
Cum să alegi camera de scanare liniară potrivită
Alegerea camerei potrivite depinde de cerințele aplicației dumneavoastră. Iată câțiva factori cheie de luat în considerare:
● Cerințe de vitezăDeterminați nevoile dumneavoastră de viteză a liniei în funcție de viteza obiectului.
● Nevoi de rezoluțiePotriviți rezoluția cu toleranțele de inspecție.
● Iluminat și mediuLuați în considerare iluminarea specială pentru suprafețele reflectorizante sau întunecate.
● Tip senzorCMOS a devenit popular datorită vitezei și eficienței sale, în timp ce CCD-urile rămân în uz pentru sistemele vechi și cele critice pentru precizie.
● ConectivitateAsigurați-vă că sistemul dumneavoastră este compatibil cu interfața camerei (de exemplu, CoaXPress pentru rate mari de transfer de date).
● BugetEchilibrați performanța cu costul sistemului, inclusiv iluminarea, optica și sistemele de captare a cadrelor.
Dacă aveți dubii, consultați un expert sau un furnizor în domeniul vederii artificiale pentru a asigura compatibilitatea cu designul sistemului și obiectivele aplicației dumneavoastră.
Câte linii are o cameră monocromă cu scanare liniară?
O cameră standard monocromă cu scanare liniară are de obicei o linie de pixeli, dar unele modele prezintă două sau mai multe linii paralele. Acești senzori multi-linie pot fi utilizați pentru a îmbunătăți calitatea imaginii prin medierea expunerilor multiple, creșterea sensibilității sau captarea diferitelor unghiuri de iluminare.
Deși camerele cu o singură linie sunt suficiente pentru majoritatea inspecțiilor de mare viteză, versiunile cu două și patru linii oferă performanțe mai bune în medii solicitante, în special acolo unde este necesar zgomot redus sau o gamă dinamică ridicată.
Pentru a afla mai multe despre tehnologia de scanare liniară în aplicațiile de imagistică cu lumină limitată, consultați articolul nostru:
Accelerarea achiziției cu lumină limitată cu imagistica lineară TDI
De ce tehnologia TDI câștigă teren în imagistica industrială
Tucsen Photonics Co., Ltd. Toate drepturile rezervate. Când citați, vă rugăm să menționați sursa:www.tucsen.com
