25/08/07Linjeskanningskameror är specialiserade bildenheter som är utformade för att ta högupplösta bilder av rörliga eller kontinuerliga objekt. Till skillnad från traditionella områdesskanningskameror som tar en 2D-bild i en enda exponering, bygger linjeskanningskameror bilder linje för linje – perfekt för tillämpningar som baninspektion, halvledaranalys och förpackningsverifiering.
Dessa kameror har vanligtvis en enda rad pixlar (eller ibland flera rader), och i kombination med ett rörligt motiv eller skanningssystem kan de producera högkvalitativa 2D-bilder av objekt av praktiskt taget vilken längd som helst. Beroende på sensortyp använder linjeskanningskameror vanligtvis antingen CCD- eller CMOS-sensorteknik – liknande den som finns i mångaCMOS-kameror—där CMOS blir det föredragna valet på grund av dess hastighet och energieffektivitet.
Vad är en linjeskanningskamera?
Linjeskanningskameror är vanligtvis optimerade för industriell snarare än vetenskaplig användning, och kan ha begränsningar i tillämpningar med svagt ljus eller ultrahög precision. Högt avläsningsbrus, små pixlar och generellt låg kvanteffektivitet kan innebära att dessa kameror kräver höga ljusnivåer för att leverera ett fungerande signal-brusförhållande.
Linjekameror kan användas på två huvudsakliga sätt:
1-dimensionell inspelning
Endimensionell information kan fångas, till exempel i spektroskopitillämpningar. Resultaten representeras ofta i grafform i kameraprogramvara, med intensitet på y-axeln kontra kamerapixel på x-axeln.
2-dimensionell inspelning
Kameran kan "skannas" över ett avbildande motiv, antingen genom att flytta kameran eller det avbildande motivet, och en tvådimensionell bild kan bildas genom att ta successiva endimensionella skivor.
Denna form av avbildning möjliggör inspelning av godtyckligt stora bilder i skanningsdimensionen. Möjligheten att fånga motiv i rörelse utan rörelseoskärpa (eller rullande slutarartefakter) innebär att linjeskanningskameror används mycket ofta i industriella applikationer, för monteringslinjer, inspektion av stora avbildade motiv med mera.
Hur fungerar en linjeskanningskamera?
En linjeskanningskamera arbetar i samordning med ett rörligt objekt eller en skanningsmekanism. När objektet passerar under kameran fångas varje linje i bilden sekventiellt i tid. Dessa linjer kombineras sedan i realtid eller via programvara för att producera en fullständig 2D-bild.
Viktiga komponenter inkluderar:
● 1-dimensionell sensorVanligtvis en enda rad med pixlar.
● RörelsekontrollEn transportör eller roterande mekanism säkerställer jämn rörelse.
● BelysningOfta linje- eller koaxialbelysning för jämn belysning.
Eftersom bilden byggs linje för linje är synkronisering avgörande. Om objektet rör sig inkonsekvent eller om timingen är felaktig kan bildförvrängning uppstå.
Linjeskanningskameror kontra områdesskanningskameror
| Särdrag | Linjeskanningskamera | Områdesskanningskamera |
| Bildinsamling | En rad i taget | Fullständig 2D-bild på en gång |
| Idealisk användning | Rörliga eller kontinuerliga objekt | Stationära scener eller ögonblicksbilder |
| Bildstorlek | Praktiskt taget obegränsad i längd | Begränsad av sensorstorlek |
| Integration | Kräver rörelse- och timingkontroll | Enklare installation |
| Typiska tillämpningar | Webbinspektion, tryckning, textilier | Streckkodsskanning, robotik, allmän bildbehandling |
Kort sagt, linjeskanningskameror är utmärkta vid avbildning av objekt som rör sig snabbt eller är mycket stora. Areaskanningskameror är bättre lämpade för tillämpningar med statiska eller små mål.
Viktiga funktioner hos linjeskanningskameror
När du väljer en linjeskanningskamera, tänk på följande specifikationer:
● UpplösningAntal pixlar per linje, vilket påverkar detaljnivån.
● Linjehastighet (Hz)Antal linjer som registreras per sekund – avgörande för höghastighetsinspektioner.
● SensortypCMOS (snabb, låg strömförbrukning) kontra CCD (högre bildkvalitet i vissa fall).
● GränssnittDataöverföringsalternativ som GigE, Camera Link eller CoaXPress.
● Dynamiskt omfång och känslighetViktigt för inspektion av objekt med varierande ljusstyrka eller reflektivitet.
● Färg kontra monokromFärgkameror använder flera rader med RGB-filter; monokrom kan erbjuda högre känslighet.
För- och nackdelar med linjeskanningskameror
Fördelar
-
Kan fånga endimensionell information med mycket hög hastighet (vanligtvis mätt i linjehastighet på hundratals kHz). Kan fånga tvådimensionella bilder av godtycklig storlek med hög hastighet vid skanning över ett avbildat motiv.
-
Kan fånga färginformation utan att offra upplösning genom användning av separata röd-, grön- och blåfiltrerade rader, eller så kan anpassade kameror erbjuda specifik våglängdsfiltrering.
-
Belysningen behöver bara vara endimensionell och, beroende på avbildningsinställningen, kan den inte kräva några planfälts- eller andra korrigeringar i den andra (skannade) dimensionen.
Nackdelar
-
Kräver specialiserade hårdvaru- och mjukvaruinställningar för att samla in tvådimensionell data.
-
Vanligtvis inte väl lämpad för fotografering i svagt ljus på grund av låg QE, högt brus och små pixelstorlekar, särskilt i kombination med de korta exponeringstider som är typiska för höghastighetsskanning.
-
Vanligtvis inte avsedd för vetenskaplig avbildning, så linjäriteten och bildkvaliteten kan vara dålig.
Vanliga tillämpningar av linjeskanningskameror inom det vetenskapliga området
Linjeskanningskameror används ofta inom vetenskaplig forskning och avancerade bildbehandlingstillämpningar som kräver hög upplösning, precision och kontinuerlig datainsamling. Typiska användningsområden inkluderar:
● MikroskopiavbildningInspelning av högupplösta linjeskanningar för detaljerad yt- eller cellanalys.
● SpektroskopiRegistrering av spektraldata över prover med exakt rumslig upplösning.
● AstronomiAvbildning av himlakroppar eller spårning av snabbt rörliga mål med minimal distorsion.
● MaterialvetenskapYtinspektion och defektdetektering i metaller, polymerer eller kompositer.
● Biomedicinsk avbildningSkanning av biologiska vävnader för diagnostiska eller forskningsändamål, inklusive histologi och patologi.
Dessa applikationer drar nytta av linjeskanningskamerans förmåga att generera mycket detaljerade, distorsionsfria bilder över stora områden eller i dynamiska experimentella uppställningar.
Begränsningar med linjeskanningskameror
Schematiskt diagram: Tucsen högkänslig linjeskannings-/TDI-vetenskaplig kamera
VänsterOkyld områdesskanningskamera
MittenTDI Vetenskaplig Kamera
RättKyld områdesskanningskamera
Även om linjeskanningskameror erbjuder utmärkt upplösning och är väl lämpade för kontinuerlig avbildning, har de begränsningar, särskilt i avancerade vetenskapliga miljöer där känslighet och signalstabilitet är avgörande.
En stor begränsning är deras prestanda i svagt ljus. Traditionella linjeskanningskameror förlitar sig på enkelpassexponering, vilket kanske inte ger tillräckligt signal-brusförhållande (SNR) vid avbildning av svagt belysta eller ljuskänsliga prover, såsom vid fluorescensmikroskopi eller vissa biomedicinska analyser. Dessutom kan det vara tekniskt krävande att uppnå noggrann synkronisering mellan objektrörelse och bildtagning, särskilt i inställningar som involverar variabel hastighet eller vibration.
En annan begränsning är deras begränsade förmåga att ta högkvalitativa bilder av mycket långsamt rörliga eller ojämnt belysta exemplar, vilket kan resultera i inkonsekvent exponering eller rörelseartefakter.
För att övervinna dessa utmaningar har TDI-kameror (Time Delay Integration) framträtt som ett kraftfullt alternativ. Genom att ackumulera signaler över flera exponeringar allt eftersom objektet rör sig, förbättrar TDI-kameror känsligheten och bildkvaliteten avsevärt, vilket gör dem särskilt värdefulla inom vetenskapliga områden som kräver bilder i extremt svagt ljus, högt dynamiskt omfång eller exakt tidsupplösning.
Slutsats
Linjekameror är oumbärliga verktyg i industrier som kräver höghastighets- och högupplöst avbildning av rörliga eller kontinuerliga ytor. Deras unika skanningsmetod erbjuder tydliga fördelar jämfört med ytkameror i rätt scenarier, särskilt för tillämpningar som baninspektion, halvledaravbildning och automatiserad förpackning.
Även om linjeskanningskameror främst används i industriella miljöer, kan användare som kräver hög känslighet eller prestanda i svagt ljus dra nytta av att utforskavetenskapliga kamerorutformad för precisionsavbildningstillämpningar.
Att förstå hur linjeskanningskameror fungerar och vad man ska leta efter när man väljer en kommer att hjälpa dig att utforma smartare och mer tillförlitliga inspektionssystem.
Vanliga frågor
Hur tar en linjeskanningskamera färgbilder?
Färglinjeskanningskameror använder vanligtvis trilinjära sensorer, som innehåller tre parallella linjer av pixlar, var och en med ett rött, grönt eller blått filter. När objektet rör sig förbi sensorn fångar varje färglinje sin respektive kanal i sekvens. Dessa kombineras sedan för att bilda en helfärgsbild. Noggrann synkronisering är avgörande för att undvika färgfeljustering, särskilt vid höga hastigheter.
Hur man väljer rätt linjeskanningskamera
Att välja rätt kamera beror på din tillämpnings krav. Här är några viktiga faktorer att tänka på:
● HastighetskravBestäm dina linjehastighetsbehov baserat på objektets hastighet.
● LösningsbehovAnpassa upplösningen till dina inspektionstoleranser.
● Belysning och miljöÖverväg speciell belysning för reflekterande eller mörka ytor.
● SensortypCMOS har blivit mainstream för sin hastighet och effektivitet, medan CCD:er fortfarande används för äldre och precisionskritiska system.
● AnslutningSe till att ditt system stöder kamerans gränssnitt (t.ex. CoaXPress för höga datahastigheter).
● BudgetBalansera prestanda med systemkostnad, inklusive belysning, optik och bildfångare.
Om du är osäker, rådfråga en expert på maskinseende eller leverantör för att säkerställa kompatibilitet med din systemdesign och dina applikationsmål.
Hur många linjer har en monokrom linjeskanningskamera?
En vanlig monokrom linjeskanningskamera har vanligtvis en linje med pixlar, men vissa modeller har två eller fler parallella linjer. Dessa flerlinjesensorer kan användas för att förbättra bildkvaliteten genom att beräkna medelvärdet av flera exponeringar, öka känsligheten eller fånga olika ljusvinklar.
Medan kameror med en linje räcker för de flesta höghastighetsinspektioner, erbjuder versioner med dubbla och fyrlinjer bättre prestanda i krävande miljöer, särskilt där lågt brus eller högt dynamiskt omfång krävs.
För att lära dig mer om linjeskanningsteknik i ljusbegränsade bildapplikationer, se vår artikel:
Snabbare ljusbegränsad bildtagning med Line Scan TDI-avbildning
Varför TDI-tekniken vinner mark inom industriell bildbehandling
Tucsen Photonics Co., Ltd. Med ensamrätt. Vänligen ange källan vid citering:www.tucsen.com
