25. 8. 2007Kamere z linijskim skeniranjem so specializirane naprave za slikanje, zasnovane za zajemanje visokoločljivostnih slik premikajočih se ali neprekinjenih objektov. Za razliko od tradicionalnih kamer z ravninskim skeniranjem, ki zajamejo 2D-sliko v eni sami osvetlitvi, kamere z linijskim skeniranjem gradijo slike vrstico za vrstico – idealno za aplikacije, kot so pregled spleta, analiza polprevodnikov in preverjanje embalaže.
Te kamere imajo običajno eno vrsto slikovnih pik (ali včasih več vrstic) in v kombinaciji z gibljivim motivom ali sistemom za skeniranje lahko ustvarijo visokokakovostne 2D-slike predmetov praktično poljubne dolžine. Glede na vrsto senzorja kamere z vrstičnim skeniranjem običajno uporabljajo tehnologijo senzorjev CCD ali CMOS – podobno tisti v mnogihCMOS kamere— pri čemer je CMOS postal prednostna izbira zaradi svoje hitrosti in energetske učinkovitosti.
Kaj je linijasta kamera?
Kamere z linijskim skeniranjem so običajno optimizirane za industrijsko in ne za znanstveno uporabo in imajo lahko omejitve pri uporabi v slabih svetlobnih pogojih ali z izjemno visoko natančnostjo. Visok šum pri odčitavanju, majhne slikovne pike in na splošno nizka kvantna učinkovitost lahko pomenijo, da te kamere potrebujejo visoke ravni svetlobe za doseganje delujočega razmerja signal-šum.
Kamere z linijskim skeniranjem se lahko uporabljajo na dva glavna načina:
Enodimenzionalno zajemanje
Enodimenzionalne informacije je mogoče zajeti, na primer v spektroskopskih aplikacijah. Rezultati so pogosto predstavljeni v obliki grafa v programski opremi kamere, z intenzivnostjo na osi y v primerjavi s slikovno piko kamere na osi x.
2-dimenzionalno zajemanje
Kamero je mogoče »skenirati« čez posneti objekt, bodisi s premikanjem kamere bodisi s posnetim objektom, dvodimenzionalno sliko pa je mogoče oblikovati z zajemanjem zaporednih enodimenzionalnih rezin.
Ta oblika slikanja omogoča zajem poljubno velikih slik v dimenziji skeniranja. Zmožnost zajemanja premikajočih se motivov brez zamegljenosti zaradi gibanja (ali artefaktov zaradi kotalnega zaklopa) pomeni, da se kamere z linijskim skeniranjem zelo pogosto uporabljajo v industrijskih aplikacijah, za montažne linije, pregledovanje velikih slikovnih motivov in drugod.
Kako deluje linijasta kamera?
Kamera z linijskim skeniranjem deluje usklajeno s premikajočim se objektom ali mehanizmom za skeniranje. Ko objekt prehaja pod kamero, se vsaka vrstica slike zajame zaporedno v času. Te vrstice se nato združijo v realnem času ali s programsko opremo, da se ustvari popolna 2D-slika.
Ključne komponente vključujejo:
● Enodimenzionalni senzorObičajno gre za eno vrsto slikovnih pik.
● Nadzor gibanjaTransportni trak ali vrtljivi mehanizem zagotavlja enakomerno gibanje.
● OsvetlitevPogosto linijska ali koaksialna razsvetljava za enakomerno osvetlitev.
Ker se slika gradi vrstico za vrstico, je sinhronizacija ključnega pomena. Če se objekt premika nedosledno ali je čas neurejen, lahko pride do popačenja slike.
Kamere za linijsko skeniranje v primerjavi s kamerami za površinsko skeniranje
| Funkcija | Kamera za linijsko skeniranje | Kamera za skeniranje območja |
| Zajem slike | Ena vrstica naenkrat | Celoten 2D-okvir naenkrat |
| Idealna uporaba | Premikajoči se ali neprekinjeni predmeti | Stacionarni ali posneti prizori |
| Velikost slike | Praktično neomejena dolžina | Omejeno z velikostjo senzorja |
| Integracija | Zahteva nadzor gibanja in časa | Enostavnejša namestitev |
| Tipične uporabe | Pregled spleta, tisk, tekstil | Skeniranje črtnih kod, robotika, splošno slikanje |
Skratka, linije skeniranja so odlične pri slikanju hitro premikajočih se ali zelo velikih objektov. Površinske skenirajoče kamere so bolj primerne za aplikacije s statičnimi ali majhnimi cilji.
Ključne značilnosti linijskih kamer
Pri izbiri kamere za linijsko skeniranje upoštevajte naslednje specifikacije:
● LočljivostŠtevilo slikovnih pik na vrstico, ki vpliva na raven podrobnosti.
● Hitrost linije (Hz)Število zajetih črt na sekundo – ključnega pomena za hitre preglede.
● Vrsta senzorjaCMOS (hiter, nizka poraba energije) v primerjavi s CCD (v nekaterih primerih višja kakovost slike).
● VmesnikMožnosti prenosa podatkov, kot so GigE, Camera Link ali CoaXPress.
● Dinamični razpon in občutljivostPomembno za pregledovanje predmetov s spremenljivo svetlostjo ali odbojnostjo.
● Barvno v primerjavi z enobarvnimBarvne kamere uporabljajo več vrstic s filtri RGB; enobarvne kamere lahko ponujajo večjo občutljivost.
Prednosti in slabosti linijskih kamer
Prednosti
-
Omogoča zajemanje enodimenzionalnih informacij z zelo visoko hitrostjo (običajno merjeno v stotinah kHz linijske hitrosti). Omogoča zajemanje dvodimenzionalnih slik poljubne velikosti z visoko hitrostjo pri skeniranju čez slikovni objekt.
-
Z uporabo ločenih vrstic z rdečim, zelenim in modrim filtriranjem lahko zajame barvne informacije brez žrtvovanja ločljivosti ali pa lahko kamere po meri ponudijo filtriranje specifičnih valovnih dolžin.
-
Osvetlitev mora biti le enodimenzionalna in, odvisno od nastavitve slikanja, morda ne bo zahtevala popravkov ravnega polja ali drugih popravkov v drugi (skenirani) dimenziji.
Slabosti
-
Za pridobivanje dvodimenzionalnih podatkov so potrebne posebne strojne in programske opreme.
-
Običajno ni primeren za slikanje pri šibki svetlobi zaradi nizke kvantne učinkovitosti (QE), visokega šuma in majhnih velikosti slikovnih pik, zlasti v kombinaciji s kratkimi časi osvetlitve, značilnimi za hitro skeniranje.
-
Običajno ni namenjeno znanstvenemu slikanju, zato sta lahko linearnost in kakovost slike slabi.
Pogoste uporabe linijskih kamer v znanstvenem področju
Kamere z linijskim skeniranjem se pogosto uporabljajo v znanstvenih raziskavah in naprednih aplikacijah za slikanje, ki zahtevajo visoko ločljivost, natančnost in neprekinjeno zajemanje podatkov. Tipične uporabe vključujejo:
● Mikroskopsko slikanjeZajemanje linijskih skenov visoke ločljivosti za podrobno analizo površine ali celic.
● SpektroskopijaSnemanje spektralnih podatkov v vzorcih z natančno prostorsko ločljivostjo.
● AstronomijaSlikanje nebesnih objektov ali sledenje hitro premikajočim se ciljem z minimalnim popačenjem.
● Znanost o materialihPovršinski pregled in odkrivanje napak v kovinah, polimerih ali kompozitih.
● Biomedicinsko slikanjeSkeniranje bioloških tkiv za diagnostične ali raziskovalne namene, vključno s histologijo in patologijo.
Te aplikacije imajo koristi od sposobnosti kamere z linijskim skeniranjem, da ustvari zelo podrobne slike brez popačenj na razširjenih območjih ali v dinamičnih eksperimentalnih nastavitvah.
Omejitve linijskih kamer
Shematski diagram: Znanstvena kamera Tucsen z visoko občutljivostjo in linijskim skeniranjem/TDI
LevoNehlajena kamera za skeniranje območja
SrednjiZnanstvena kamera TDI
DesnoKamera za skeniranje hlajenega območja
Čeprav linije skenirajoče kamere ponujajo odlično ločljivost in so zelo primerne za neprekinjeno slikanje, imajo omejitve, zlasti v naprednih znanstvenih okoljih, kjer sta občutljivost in stabilnost signala ključnega pomena.
Ena glavnih omejitev je njihova zmogljivost v pogojih slabe svetlobe. Tradicionalne kamere z linijskim skeniranjem se zanašajo na enkratno osvetlitev, ki morda ne zagotavlja zadostnega razmerja signal/šum (SNR) pri slikanju slabo osvetljenih ali svetlobno občutljivih vzorcev, kot je na primer pri fluorescenčni mikroskopiji ali nekaterih biomedicinskih testih. Poleg tega je lahko doseganje natančne sinhronizacije med gibanjem objekta in zajemanjem slike tehnično zahtevno, zlasti pri nastavitvah, ki vključujejo spremenljivo hitrost ali vibracije.
Druga omejitev je njihova omejena sposobnost zajemanja visokokakovostnih slik zelo počasi premikajočih se ali neenakomerno osvetljenih vzorcev, kar lahko povzroči nedosledno osvetlitev ali artefakte gibanja.
Za premagovanje teh izzivov so se kot močna alternativa pojavile kamere TDI (časovna integracija). Z zbiranjem signala med večkratnimi osvetlitvami, ko se objekt premika, kamere TDI znatno izboljšajo občutljivost in kakovost slike, zaradi česar so še posebej dragocene na znanstvenih področjih, ki zahtevajo slikanje pri ultra šibki svetlobi, visok dinamični razpon ali natančno časovno ločljivost.
Zaključek
Kamere za linijsko skeniranje so nepogrešljivo orodje v panogah, ki zahtevajo visokohitrostno slikanje premikajočih se ali neprekinjenih površin. Njihova edinstvena metoda skeniranja ponuja izrazite prednosti pred kamerami za površinsko skeniranje v pravih scenarijih, zlasti za aplikacije, kot so pregled spleta, slikanje polprevodnikov in avtomatizirano pakiranje.
Čeprav se linije skenirajoče kamere uporabljajo predvsem v industrijskih okoljih, lahko uporabniki, ki potrebujejo visoko občutljivost ali delovanje pri šibki svetlobi, raziščejo naslednje...znanstvene kamerezasnovan za aplikacije natančnega slikanja.
Razumevanje delovanja linijskih kamer za skeniranje in na kaj morate biti pozorni pri izbiri, vam bo pomagalo pri oblikovanju pametnejših in zanesljivejših sistemov za pregledovanje.
Pogosta vprašanja
Kako kamera z linijskim skeniranjem zajame barvne slike?
Barvne kamere z linijskim skeniranjem običajno uporabljajo trilinearne senzorje, ki vsebujejo tri vzporedne linije slikovnih pik, vsaka z rdečim, zelenim ali modrim filtrom. Ko se objekt premika mimo senzorja, vsaka barvna linija zaporedoma zajame svoj ustrezni kanal. Ti se nato združijo v barvno sliko. Natančna sinhronizacija je bistvena za preprečevanje neusklajenosti barv, zlasti pri visokih hitrostih.
Kako izbrati pravo linijsko kamero
Izbira prave kamere je odvisna od zahtev vaše aplikacije. Tukaj je nekaj ključnih dejavnikov, ki jih je treba upoštevati:
● Zahteve glede hitrostiDoločite svoje potrebe po linijski hitrosti glede na hitrost objekta.
● Potrebe po reševanjuLočljivost prilagodite tolerancam pregleda.
● Osvetlitev in okoljeZa odsevne ali temne površine razmislite o posebni osvetlitvi.
● Vrsta senzorjaCMOS je postal priljubljen zaradi svoje hitrosti in učinkovitosti, medtem ko se CCD-ji še vedno uporabljajo za starejše in natančno kritične sisteme.
● PovezljivostPrepričajte se, da vaš sistem podpira vmesnik kamere (npr. CoaXPress za visoke hitrosti prenosa podatkov).
● ProračunUravnotežite zmogljivost s stroški sistema, vključno z osvetlitvijo, optiko in zajemalniki sličic.
Če ste v dvomih, se posvetujte s strokovnjakom ali prodajalcem strojnega vida, da zagotovite združljivost z zasnovo vašega sistema in cilji uporabe.
Koliko vrstic ima enobarvna kamera z vrstičnim skeniranjem?
Standardna enobarvna kamera s črtnim skeniranjem ima običajno eno vrstico slikovnih pik, nekateri modeli pa imajo dve ali več vzporednih vrstic. Te večvrstične senzorje je mogoče uporabiti za izboljšanje kakovosti slike s povprečenjem več osvetlitev, povečanjem občutljivosti ali zajemanjem različnih kotov osvetlitve.
Medtem ko so enovrstične kamere zadostne za večino hitrih pregledov, dvo- in štirivrstične različice ponujajo boljšo zmogljivost v zahtevnih okoljih, zlasti tam, kjer je potreben nizek šum ali visok dinamični razpon.
Če želite izvedeti več o tehnologiji linijskega skeniranja v aplikacijah za slikanje z omejeno svetlobo, si oglejte naš članek:
Pospešitev zajemanja v omejenih svetlobnih pogojih z linijskim skeniranjem TDI slikanja
Zakaj se tehnologija TDI uveljavlja v industrijskem slikanju
Tucsen Photonics Co., Ltd. Vse pravice pridržane. Pri citiranju navedite vir:www.tucsen.com
