Предотвращение размытия, искажений и полос на изображении с помощью TDI Camera Sync

ВТДИ (Интеграция с задержкой по времениК числу наиболее распространенных проблем, с которыми сталкиваются пользователи, относятся проблемы, связанные с системой формирования изображения, размытием изображения и геометрическими искажениями. При появлении этих артефактов многие пользователи инстинктивно предполагают, что камера неисправна. Однако на практике истинным определяющим фактором стабильности изображения TDI является синхронизация между движением предметного столика, временем срабатывания триггера и скоростью передачи данных камеры.

В данной статье объясняется теоретическая взаимосвязь между скоростью линии и скоростью перемещения предметного столика, предлагается систематический алгоритм отладки проблем синхронизации, а также на реальном инженерном примере демонстрируется, как добиться высокоточной и стабильной TDI-визуализации.

Теоретическая зависимость между скоростью вращения камеры TDI и скоростью перемещения платформы.

Линейная сканирующая камера TDI достигает высокого отношения сигнал/шум за счет интегрирования заряда по нескольким линиям сенсора. Во время движения объекта скорость переноса заряда должна оставаться строго синхронизированной со смещением объекта в поле зрения; в противном случае накопленный сигнал перестает представлять собой когерентное интегрирование.

В идеальной конфигурации каждая передача заряда от линии к линии точно соответствует перемещению одного пикселя объекта. Следовательно, теоретическая зависимость между скоростью линии и скоростью платформы выглядит следующим образом:

F=V/P′

Строковая частота = Скорость перемещения платформы ÷ Шаг пикселя

F = скорость передачи данных по линии (Гц)

V = скорость движения платформы (мм/с)

P′ = эффективный шаг пикселя в пространстве объекта (мм)

Эффективный шаг пикселя в пространстве объектов (P′) определяется оптическим увеличением:

P′=P/M

Эффективный шаг пикселя в пространстве объекта = Размер пикселя камеры ÷ Оптическое увеличение

P = размер пикселя камеры (мм)

M = оптическое увеличение

Объединив два уравнения, получаем:

F=V*M/P

Скорость перемещения по линиям = Скорость перемещения столика × Увеличение ÷ Размер пикселя

Пример:

При размере пикселя 5 мкм, увеличении 2× и скорости перемещения предметного столика 100 мм/с:

100x2÷0,005=40 000 Гц

Таким образом, для поддержания надлежащей синхронизации частота обновления линии должна составлять 40 кГц.

Когда скорость сканирования не соответствует скорости перемещения платформы, последовательность интеграции TDI смещается, что напрямую приводит к геометрическим искажениям. Это несоответствие является наиболее фундаментальной и частой причиной деформации изображения в высокоскоростных системах линейного сканирования.

Типичные артефакты изображения и их первопричины

В идеале платформа должна двигаться по стабильной траектории с постоянной скоростью. Однако в реальных условиях колебания скорости, вибрация и отклонения от направления движения нарушают синхронизацию между скоростью передачи данных TDI и движением объекта. Эти эффекты десинхронизации приводят к появлению нескольких характерных артефактов изображения:

i) Сжатие или растяжение изображения (несоответствие скорости)

Рисунок 1. Сжатие или растяжение изображения, вызванное несоответствием скорости перемещения предметного столика и скорости потока TDI.

● Скорость движения ступени > Скорость линии

Объект перемещается более чем на один пиксель за один шаг интегрирования, накапливая избыточный сигнал.

Результат: сжатие изображения или «сжатие» вдоль направления сканирования (рис. 1, в центре).

● Скорость движения ступени < Скорость линии

Датчик интегрирует данные быстрее, чем происходит движение объекта, что приводит к недостаточному накоплению информации.

Результат: растянутые элементы или видимые артефакты в виде шлейфа (рис. 1, справа).

ii) Размытие изображения (движение не совпадает с направлением сканирования)

Интеграция TDI происходит строго вдоль направления переноса заряда датчика. Если объект демонстрирует ортогональные колебания, боковое движение или вращение, то интеграция заряда перестает корректно совпадать.

Результат: общее размытие изображения из-за неправильной интеграции (рис. 2).

Рисунок 2. Размытие изображения, возникающее из-за компонентов движения, не выровненных по направлению интеграции TDI.

iii) Разрывы изображения, искажения или полосы на уровне пикселей (частотная нестабильность)

Эти артефакты возникают, когда движение платформы и скорость передачи данных теряют микросинхронизацию. Помимо типичных ускорений/замедлений и механических вибраций, колебания частоты запуска также могут вызывать смещение между линиями.

Рисунок 3. Разрывы изображения, вызванные нестабильной частотой движения или колебаниями частоты срабатывания триггера.

К симптомам относятся:

● Разрывы между соседними линиями

● изогнутые элементы

● Периодическая полосчатость на уровне пикселей (рис. 3)

Этот класс артефактов часто бывает незначительным и представляет собой одну из самых сложных проблем в TDI-визуализации.

Типичные примеры и их решения

В ходе ввода в эксплуатацию высокотехнологичной системы контроля дефектов,Клиент сообщил о постоянно высоком уровне ложных срабатываний. Первоначально подозрение было связано с шумом датчика, маскирующим слабые сигналы о дефектах.как показано на рис. 4.

До оптимизации — сигналы о дефектах, замаскированные фоновым шумом из-за нестабильности синхронизации.

Рисунок 4. До оптимизации — сигналы дефектов, замаскированные фоновым шумом из-за нестабильности синхронизации.

После получения отчета инженерная группа из Тусена провела диагностику на месте.Путем систематической проверки движения сцены,время срабатывания, исинхронизация скорости передачи данных, мы определили первопричину:

Сигнал запуска этапа не имел надлежащей защиты. Электромагнитные помехи вносили дрожание в частоту запуска, создавая фоновую нестабильность в изображении TDI и маскируя истинную информацию о дефектах.

На основании полученных результатов были приняты две корректирующие меры:

a) Заказчик добавил экранирование к кабелю сигнала запуска.минимизируя перекрестные помехи и повышая стабильность частоты.

b) Инженеры из Тусена оптимизировали внутреннюю обработку изображения в камере.подавляет фоновые колебания, вызванные остаточными колебаниями частоты обновления экрана, и дополнительно повышает общее качество изображения.

После оптимизации сигналы о дефектах были четко устранены благодаря улучшенной синхронизации и подавлению шума.

Рисунок 5. После оптимизации — сигналы о дефектах четко устранены благодаря улучшенной синхронизации и контролю шума.

Благодаря этим корректирующим мерам значительно улучшились характеристики системы визуализации. Повысилась точность обнаружения дефектов, и заказчик высоко оценил работу проектной группы за существенное повышение надежности системы.

Заключительные мысли

В реальных системах машинного зрения,камеры TDIНеобходимо обеспечить работу прибора в условиях различного освещения, разнообразной отражательной способности образца и механической вибрации, что делает анализ первопричин гораздо более сложным, чем предполагает теоретическое моделирование.

Если ваша система TDI сталкивается с проблемами синхронизации, стабильности или согласованности изображений, техническая команда в Тусене может оказать всестороннюю поддержку — от диагностики проблем и оптимизации модели синхронизации до окончательной проверки производительности обработки изображений — чтобы обеспечить бесперебойную работу вашей системы.научная камераСистема визуализации TDI на основе этой технологии работает более стабильно, точно и эффективно.

Для получения дополнительной информации о влиянии источников шума на количественную визуализацию, обратитесь к нашему подробному обсуждению по этой теме.отношение сигнал/шум в научных камерах.