25. 8. 2007Riadkové skenovacie kamery sú špecializované zobrazovacie zariadenia určené na zachytávanie snímok s vysokým rozlíšením pohybujúcich sa alebo súvislých objektov. Na rozdiel od tradičných plošných skenovacích kamier, ktoré zachytávajú 2D obraz v jednej expozícii, riadkové skenovacie kamery vytvárajú obrazy riadok po riadku – ideálne pre aplikácie, ako je kontrola pásov, analýza polovodičov a overovanie obalov.
Tieto kamery majú zvyčajne jeden rad pixelov (alebo niekedy viacero radov) a v kombinácii s pohybujúcim sa objektom alebo skenovacím systémom dokážu vytvárať vysokokvalitné 2D snímky objektov prakticky akejkoľvek dĺžky. V závislosti od typu snímača kamery s riadkovým skenovaním zvyčajne používajú technológiu snímačov CCD alebo CMOS – podobnú tej, ktorá sa nachádza v mnohých...CMOS kamery— pričom CMOS sa stáva preferovanou voľbou vďaka svojej rýchlosti a energetickej účinnosti.
Čo je to riadková skenovacia kamera?
Kamery s riadkovým skenovaním sú zvyčajne optimalizované skôr na priemyselné než vedecké použitie a môžu mať obmedzenia v aplikáciách so slabým osvetlením alebo s ultravysokou presnosťou. Vysoký šum pri čítaní, malé pixely a vo všeobecnosti nízka kvantová účinnosť môžu znamenať, že tieto kamery vyžadujú vysoké úrovne osvetlenia na dosiahnutie funkčného pomeru signálu k šumu (SNR).
Kamery s riadkovým skenovaním sa dajú použiť dvoma hlavnými spôsobmi:
Jednorozmerné zachytenie
Jednorozmerné informácie je možné zachytiť, napríklad v spektroskopických aplikáciách. Výsledky sa často zobrazujú v grafickej forme v softvéri kamery, pričom intenzita na osi y je zobrazená oproti pixelu kamery na osi x.
2-rozmerné snímanie
Fotoaparát môže byť „skenovaný“ cez snímaný objekt, a to buď pohybom fotoaparátu alebo snímaného objektu, a dvojrozmerný obraz môže byť vytvorený zachytením po sebe nasledujúcich jednorozmerných rezov.
Táto forma zobrazovania umožňuje zachytenie ľubovoľne veľkých obrázkov v rozmere skenovania. Schopnosť zachytiť objekty v pohybe bez rozmazania pohybom (alebo artefaktov rolovania uzávierky) znamená, že riadkové skenovacie kamery sa veľmi často používajú v priemyselných aplikáciách, na montážnych linkách, pri kontrole veľkých zobrazovaných objektov a ďalších.
Ako funguje riadková skenovacia kamera?
Kamera s riadkovým skenovaním pracuje v koordinácii s pohybujúcim sa objektom alebo skenovacím mechanizmom. Keď objekt prechádza pod kamerou, každý riadok obrazu sa postupne zachytáva v čase. Tieto riadky sa potom v reálnom čase alebo pomocou softvéru kombinujú, čím sa vytvorí kompletný 2D obraz.
Medzi kľúčové komponenty patria:
● Jednorozmerný senzorZvyčajne jeden riadok pixelov.
● Ovládanie pohybomDopravník alebo rotačný mechanizmus zabezpečuje rovnomerný pohyb.
● OsvetlenieČasto sa používa líniové alebo koaxiálne osvetlenie pre konzistentné osvetlenie.
Keďže obraz je vytváraný riadok po riadku, synchronizácia je kritická. Ak sa objekt pohybuje nekonzistentne alebo je načasovanie nesprávne, môže dôjsť k skresleniu obrazu.
Kamery s riadkovým skenovaním vs. kamery s plošným skenovaním
| Funkcia | Kamera s riadkovým skenovaním | Kamera na skenovanie oblasti |
| Zachytávanie obrázkov | Jeden riadok naraz | Celý 2D záber naraz |
| Ideálne použitie | Pohybujúce sa alebo súvislé objekty | Stacionárne alebo momentkové scény |
| Veľkosť obrázka | Prakticky neobmedzená dĺžka | Obmedzené veľkosťou senzora |
| Integrácia | Vyžaduje ovládanie pohybu a načasovania | Jednoduchšie nastavenie |
| Typické aplikácie | Kontrola webu, tlač, textil | Skenovanie čiarových kódov, robotika, všeobecné zobrazovanie |
Stručne povedané, riadkové kamery vynikajú pri snímaní rýchlo sa pohybujúcich alebo veľmi veľkých objektov. Plošné kamery sú vhodnejšie pre aplikácie so statickými alebo malými cieľmi.
Kľúčové vlastnosti riadkových skenovacích kamier
Pri výbere riadkovej kamery zvážte nasledujúce špecifikácie:
● RozlíšeniePočet pixelov na riadok, ktorý ovplyvňuje úroveň detailov.
● Rýchlosť linky (Hz)Počet čiar zachytených za sekundu – nevyhnutný pre vysokorýchlostné kontroly.
● Typ senzoraCMOS (rýchly, nízkoenergetický) vs. CCD (v niektorých prípadoch vyššia kvalita obrazu).
● RozhranieMožnosti prenosu dát, ako napríklad GigE, Camera Link alebo CoaXPress.
● Dynamický rozsah a citlivosťDôležité pre kontrolu objektov s premenlivým jasom alebo odrazivosťou.
● Farebné verzus monochromatickéFarebné kamery používajú viacero riadkov s RGB filtrami; monochromatické môžu ponúkať vyššiu citlivosť.
Výhody a nevýhody riadkových skenovacích kamier
Výhody
-
Dokáže zachytiť jednorozmerné informácie veľmi vysokou rýchlosťou (zvyčajne meranou v stovkách kHz linkovej rýchlosti). Dokáže zachytiť dvojrozmerné obrazy ľubovoľnej veľkosti vysokou rýchlosťou pri skenovaní cez zobrazovaný objekt.
-
Dokáže zachytiť farebné informácie bez straty rozlíšenia vďaka použitiu samostatných riadkov filtrovaných na červenú, zelenú a modrú farbu, alebo vlastné kamery môžu ponúknuť filtrovanie špecifických vlnových dĺžok.
-
Osvetlenie musí byť iba jednorozmerné a v závislosti od nastavenia zobrazovania nemusí vyžadovať žiadne korekcie plochého poľa ani iné korekcie v druhom (skenovanom) rozmere.
Nevýhody
-
Na získanie dvojrozmerných údajov je potrebný špeciálny hardvér a softvér.
-
Zvyčajne nie je vhodný na snímanie pri slabom osvetlení kvôli nízkej kvantovej efektivite (QE), vysokému šumu a malým veľkostiam pixelov, najmä v kombinácii s krátkymi expozičnými časmi typickými pre vysokorýchlostné skenovanie.
-
Zvyčajne nie je určený na vedecké zobrazovanie, takže linearita a kvalita obrazu môžu byť nízke.
Bežné aplikácie riadkových skenovacích kamier vo vedeckej oblasti
Kamery s riadkovým skenovaním sa široko používajú vo vedeckom výskume a pokročilých zobrazovacích aplikáciách, ktoré vyžadujú vysoké rozlíšenie, presnosť a nepretržitý zber údajov. Medzi typické použitia patrí:
● Mikroskopické zobrazovanieZachytávanie čiarových skenov s vysokým rozlíšením pre detailnú analýzu povrchu alebo buniek.
● SpektroskopiaZaznamenávanie spektrálnych údajov naprieč vzorkami s presným priestorovým rozlíšením.
● AstronómiaZobrazovanie nebeských objektov alebo sledovanie rýchlo sa pohybujúcich cieľov s minimálnym skreslením.
● Materiálová vedaPovrchová kontrola a detekcia defektov v kovoch, polyméroch alebo kompozitoch.
● Biomedicínske zobrazovanieSkenovanie biologických tkanív na diagnostické alebo výskumné účely vrátane histológie a patológie.
Tieto aplikácie profitujú zo schopnosti riadkovej kamery generovať vysoko detailné a neskreslené snímky na rozsiahlych plochách alebo v dynamických experimentálnych nastaveniach.
Obmedzenia riadkových skenovacích kamier
Schéma zapojenia: Vedecká kamera Tucsen s vysokou citlivosťou a riadkovým skenovaním/TDI
VľavoNechladená kamera na skenovanie oblasti
StredVedecká kamera TDI
VpravoChladená kamera na skenovanie oblasti
Hoci riadkové kamery ponúkajú vynikajúce rozlíšenie a sú vhodné na kontinuálne zobrazovanie, majú svoje obmedzenia, najmä v pokročilých vedeckých prostrediach, kde je citlivosť a stabilita signálu kritická.
Jedným z hlavných obmedzení je ich výkon v podmienkach s nízkym osvetlením. Tradičné riadkové skenovacie kamery sa spoliehajú na jednoprechodovú expozíciu, ktorá nemusí poskytovať dostatočný pomer signálu k šumu (SNR) pri zobrazovaní slabo osvetlených alebo svetlocitlivých vzoriek, ako napríklad vo fluorescenčnej mikroskopii alebo niektorých biomedicínskych testoch. Okrem toho môže byť dosiahnutie presnej synchronizácie medzi pohybom objektu a snímaním obrazu technicky náročné, najmä v nastaveniach zahŕňajúcich premenlivú rýchlosť alebo vibrácie.
Ďalším obmedzením je ich obmedzená schopnosť zachytiť vysokokvalitné snímky veľmi pomaly sa pohybujúcich alebo nerovnomerne osvetlených vzoriek, čo môže viesť k nekonzistentnej expozícii alebo artefaktom spôsobeným pohybom.
Na prekonanie týchto výziev sa ako účinná alternatíva objavili kamery TDI (integrácia časového oneskorenia). Akumuláciou signálu počas viacerých expozícií pri pohybe objektu kamery TDI výrazne zvyšujú citlivosť a kvalitu obrazu, vďaka čomu sú obzvlášť cenné vo vedeckých oblastiach vyžadujúcich zobrazovanie pri veľmi slabom osvetlení, vysoký dynamický rozsah alebo presné časové rozlíšenie.
Záver
Riadkové skenovacie kamery sú nevyhnutnými nástrojmi v odvetviach, ktoré vyžadujú vysokorýchlostné snímanie pohyblivých alebo súvislých povrchov s vysokým rozlíšením. Ich jedinečná metóda skenovania ponúka oproti plošným skenovacím kamerám v správnych scenároch výrazné výhody, najmä pre aplikácie, ako je kontrola pásov, zobrazovanie polovodičov a automatizované balenie.
Hoci sa riadkové kamery používajú predovšetkým v priemyselnom prostredí, používatelia, ktorí vyžadujú vysokú citlivosť alebo výkon pri slabom osvetlení, by mohli mať z nich úžitok.vedecké kameryurčené pre presné zobrazovacie aplikácie.
Pochopenie fungovania riadkových skenovacích kamier a toho, na čo sa zamerať pri ich výbere, vám pomôže navrhnúť inteligentnejšie a spoľahlivejšie kontrolné systémy.
Často kladené otázky
Ako riadková skenovacia kamera zachytáva farebné obrazy?
Farebné riadkové skenovacie kamery zvyčajne používajú trilineárne senzory, ktoré obsahujú tri rovnobežné riadky pixelov, každý s červeným, zeleným alebo modrým filtrom. Keď sa objekt pohybuje okolo senzora, každý farebný riadok postupne zachytáva svoj príslušný kanál. Tieto riadky sa potom skombinujú a vytvoria plnofarebný obraz. Presná synchronizácia je nevyhnutná, aby sa predišlo nesprávnemu zarovnaniu farieb, najmä pri vysokých rýchlostiach.
Ako si vybrať správnu riadkovú skenovaciu kameru
Výber správnej kamery závisí od požiadaviek vašej aplikácie. Tu je niekoľko kľúčových faktorov, ktoré treba zvážiť:
● Požiadavky na rýchlosťUrčte si potrebnú rýchlosť linky na základe rýchlosti objektu.
● Potreby riešeniaPrispôsobte rozlíšenie vašim inšpekčným toleranciám.
● Osvetlenie a prostredieZvážte špeciálne osvetlenie pre reflexné alebo tmavé povrchy.
● Typ senzoraCMOS sa stal bežným vďaka svojej rýchlosti a účinnosti, zatiaľ čo CCD sa naďalej používajú pre staršie a presne kritické systémy.
● PripojenieUistite sa, že váš systém podporuje rozhranie kamery (napr. CoaXPress pre vysoké prenosové rýchlosti).
● RozpočetVyvážte výkon s nákladmi na systém vrátane osvetlenia, optiky a zariadení na zachytávanie snímok.
V prípade pochybností sa poraďte s odborníkom alebo dodávateľom v oblasti strojového videnia, aby ste sa uistili o kompatibilite s návrhom vášho systému a cieľmi aplikácie.
Koľko riadkov má monochromatická riadková skenovacia kamera?
Štandardná monochromatická riadková kamera má zvyčajne jeden riadok pixelov, ale niektoré modely majú dva alebo viac rovnobežných riadkov. Tieto viacriadkové senzory sa dajú použiť na zlepšenie kvality obrazu spriemerovaním viacerých expozícií, zvýšením citlivosti alebo zachytením rôznych uhlov osvetlenia.
Zatiaľ čo jednoriadkové kamery postačujú pre väčšinu vysokorýchlostných kontrol, dvoj- a štvorriadkové verzie ponúkajú lepší výkon v náročných prostrediach, najmä tam, kde je potrebný nízky šum alebo vysoký dynamický rozsah.
Ak sa chcete dozvedieť viac o technológii riadkového skenovania v aplikáciách zobrazovania s obmedzeným svetlom, prečítajte si náš článok:
Zrýchlenie snímania v obmedzenom svetle pomocou line scan TDI Imaging
Prečo si technológia TDI získava na význame v priemyselnom zobrazovaní
Tucsen Photonics Co., Ltd. Všetky práva vyhradené. Pri citovaní uveďte zdroj:www.tucsen.com
