ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับกล้องสแกนเส้น |

กล้องสแกนแบบไลน์เป็นอุปกรณ์ถ่ายภาพเฉพาะทางที่ออกแบบมาเพื่อจับภาพความละเอียดสูงของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่หรือวัตถุต่อเนื่อง แตกต่างจากกล้องสแกนแบบพื้นที่ทั่วไปที่จับภาพสองมิติได้เพียงครั้งเดียว กล้องสแกนแบบไลน์จะสร้างภาพทีละเส้น เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งาน เช่น การตรวจสอบเว็บ การวิเคราะห์สารกึ่งตัวนำ และการตรวจสอบบรรจุภัณฑ์

กล้องเหล่านี้โดยทั่วไปจะมีพิกเซลแถวเดียว (หรือบางครั้งหลายแถว) และเมื่อใช้ร่วมกับวัตถุที่เคลื่อนไหวหรือระบบสแกน จะสามารถผลิตภาพ 2 มิติคุณภาพสูงของวัตถุที่มีความยาวแทบทุกขนาดได้ กล้องสแกนแบบเส้นมักจะใช้เทคโนโลยีเซ็นเซอร์ CCD หรือ CMOS ขึ้นอยู่กับประเภทของเซ็นเซอร์ ซึ่งคล้ายกับที่พบในกล้องหลายรุ่นกล้อง CMOS—โดย CMOS กลายเป็นตัวเลือกที่ต้องการเนื่องจากความเร็วและประสิทธิภาพด้านพลังงาน

กล้องสแกนเส้นคืออะไร?

กล้องสแกนแบบไลน์มักได้รับการปรับแต่งให้เหมาะสำหรับการใช้งานในภาคอุตสาหกรรมมากกว่าการใช้งานทางวิทยาศาสตร์ และอาจมีข้อจำกัดในการใช้งานในสภาพแสงน้อยหรือที่ต้องการความแม่นยำสูงมาก สัญญาณรบกวนในการอ่านข้อมูลสูง พิกเซลขนาดเล็ก และประสิทธิภาพควอนตัมที่ต่ำโดยทั่วไป หมายความว่ากล้องเหล่านี้ต้องการระดับแสงสูงเพื่อให้ได้ค่า SNR ที่ใช้งานได้

กล้องสแกนเส้นสามารถใช้งานได้สองวิธีหลัก:

การจับภาพ 1 มิติ

สามารถบันทึกข้อมูลแบบมิติเดียวได้ เช่น ในแอปพลิเคชันสเปกโทรสโกปี ผลลัพธ์มักแสดงในรูปแบบกราฟในซอฟต์แวร์กล้อง โดยแสดงความเข้มบนแกน y เทียบกับพิกเซลของกล้องบนแกน x

การจับภาพ 2 มิติ

สามารถ "สแกน" กล้องไปทั่ววัตถุที่ถ่ายภาพได้ โดยการเคลื่อนกล้องหรือวัตถุที่ถ่ายภาพ และสามารถสร้างภาพ 2 มิติได้โดยการจับภาพ 1 มิติต่อเนื่องกัน

การถ่ายภาพรูปแบบนี้ช่วยให้สามารถจับภาพขนาดใหญ่ได้ตามต้องการในมิติการสแกน ความสามารถในการจับภาพวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่โดยไม่เกิดภาพเบลอจากการเคลื่อนไหว (หรือภาพจากวัตถุที่หมุน) หมายความว่ากล้องสแกนแบบไลน์สแกนจึงเป็นที่นิยมใช้ในงานอุตสาหกรรม สายการประกอบ การตรวจสอบวัตถุขนาดใหญ่ และอื่นๆ อีกมากมาย

กล้องสแกนเส้นทำงานอย่างไร?

กล้องสแกนแบบเส้นทำงานประสานกับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่หรือกลไกการสแกน เมื่อวัตถุเคลื่อนผ่านใต้กล้อง ภาพแต่ละเส้นจะถูกบันทึกตามลำดับเวลา จากนั้นเส้นเหล่านี้จะถูกนำมารวมกันแบบเรียลไทม์หรือผ่านซอฟต์แวร์เพื่อสร้างภาพสองมิติเต็มรูปแบบ

ส่วนประกอบที่สำคัญ ได้แก่:

● เซ็นเซอร์ 1 มิติ:โดยทั่วไปเป็นแถวพิกเซลเดียว
● การควบคุมการเคลื่อนไหว:สายพานลำเลียงหรือกลไกหมุนช่วยให้การเคลื่อนที่สม่ำเสมอ
● แสงสว่าง:มักใช้ไฟเส้นหรือไฟโคแอกเซียลเพื่อให้แสงสว่างสม่ำเสมอ

เนื่องจากภาพถูกสร้างขึ้นทีละบรรทัด การซิงโครไนซ์จึงเป็นสิ่งสำคัญ หากวัตถุเคลื่อนที่ไม่สม่ำเสมอหรือจังหวะเวลาคลาดเคลื่อน อาจเกิดการบิดเบือนของภาพได้

กล้องสแกนแบบเส้นเทียบกับกล้องสแกนแบบพื้นที่

คุณสมบัติ	กล้องสแกนเส้น	กล้องสแกนพื้นที่
การจับภาพ	ครั้งละหนึ่งบรรทัด	เฟรม 2 มิติเต็มในครั้งเดียว
การใช้งานที่เหมาะสม	วัตถุเคลื่อนที่หรือต่อเนื่อง	ฉากนิ่งหรือฉากสแน็ปช็อต
ขนาดรูปภาพ	ความยาวแทบไม่มีขีดจำกัด	จำกัดโดยขนาดเซ็นเซอร์
การบูรณาการ	ต้องมีการควบคุมการเคลื่อนไหวและการกำหนดเวลา	การตั้งค่าที่ง่ายกว่า
การใช้งานทั่วไป	การตรวจสอบเว็บไซต์ การพิมพ์ สิ่งทอ	การสแกนบาร์โค้ด, หุ่นยนต์, การถ่ายภาพทั่วไป

กล่าวโดยสรุป กล้องสแกนแบบเส้นตรงมีประสิทธิภาพดีเยี่ยมเมื่อถ่ายภาพวัตถุที่เคลื่อนที่เร็วหรือวัตถุขนาดใหญ่มาก กล้องสแกนแบบพื้นที่เหมาะสำหรับการใช้งานกับวัตถุคงที่หรือวัตถุขนาดเล็ก

คุณสมบัติหลักของกล้องสแกนเส้น

เมื่อเลือกกล้องสแกนเส้น ควรพิจารณาคุณลักษณะต่อไปนี้:

● ความละเอียด: จำนวนพิกเซลต่อบรรทัด มีผลกระทบต่อระดับรายละเอียด
● อัตราเส้น (Hz):จำนวนเส้นที่จับภาพได้ต่อวินาที มีความสำคัญต่อการตรวจสอบความเร็วสูง
● ประเภทเซ็นเซอร์:CMOS (รวดเร็ว กินไฟต่ำ) เทียบกับ CCD (คุณภาพภาพสูงกว่าในบางกรณี)
● อินเทอร์เฟซ:ตัวเลือกการถ่ายโอนข้อมูลเช่น GigE, Camera Link หรือ CoaXPress
● ช่วงไดนามิกและความไว:สำคัญสำหรับการตรวจสอบวัตถุที่มีความสว่างหรือการสะท้อนแสงที่แปรผัน
● สีเทียบกับขาวดำ:กล้องถ่ายภาพสีใช้หลายแถวพร้อมฟิลเตอร์ RGB ส่วนขาวดำอาจมีความไวแสงสูงกว่า

ข้อดีและข้อเสียของกล้องสแกนเส้น

ข้อดี

สามารถบันทึกข้อมูล 1 มิติด้วยความเร็วสูงมาก (โดยทั่วไปวัดเป็นอัตราเส้น 100 kHz) สามารถบันทึกภาพ 2 มิติขนาดใดก็ได้ด้วยความเร็วสูงเมื่อสแกนผ่านวัตถุที่ถ่ายภาพ

สามารถจับข้อมูลสีได้โดยไม่ต้องเสียสละความละเอียดด้วยการใช้แถวที่แยกจากกันซึ่งกรองสีแดง เขียว และน้ำเงิน หรือกล้องที่กำหนดเองสามารถให้การกรองความยาวคลื่นที่เฉพาะเจาะจงได้

การส่องสว่างจำเป็นต้องมีมิติเดียวเท่านั้น และขึ้นอยู่กับการตั้งค่าการสร้างภาพ ไม่จำเป็นต้องมีการแก้ไขแบบสนามเรียบหรืออื่นๆ ในมิติที่สอง (ที่สแกน)

ข้อเสีย

ต้องมีการตั้งค่าฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์เฉพาะทางเพื่อรับข้อมูลสองมิติ

โดยทั่วไปแล้วไม่เหมาะกับการถ่ายภาพในที่แสงน้อยเนื่องจาก QE ต่ำ มีสัญญาณรบกวนสูง และขนาดพิกเซลเล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรวมกับเวลาเปิดรับแสงที่สั้นซึ่งเป็นเรื่องปกติของการสแกนความเร็วสูง

โดยปกติไม่ได้มีไว้สำหรับการถ่ายภาพทางวิทยาศาสตร์ ดังนั้นความเป็นเส้นตรงและคุณภาพของภาพอาจไม่ดี

การใช้งานทั่วไปของกล้องสแกนเส้นในสาขาวิทยาศาสตร์

กล้องสแกนแบบเส้นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการประยุกต์ใช้การถ่ายภาพขั้นสูงที่ต้องการความละเอียดสูง ความแม่นยำ และการเก็บข้อมูลอย่างต่อเนื่อง การใช้งานทั่วไป ได้แก่:

● การถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์:การจับภาพการสแกนเส้นความละเอียดสูงเพื่อการวิเคราะห์พื้นผิวหรือเซลล์โดยละเอียด
● สเปกโตรสโคปี:การบันทึกข้อมูลสเปกตรัมในแต่ละตัวอย่างด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่ที่แม่นยำ
● ดาราศาสตร์:การถ่ายภาพวัตถุท้องฟ้าหรือการติดตามเป้าหมายที่เคลื่อนที่เร็วโดยมีการบิดเบือนน้อยที่สุด
● วิทยาศาสตร์วัสดุ:การตรวจสอบพื้นผิวและการตรวจจับข้อบกพร่องในโลหะ โพลิเมอร์ หรือวัสดุผสม
● การถ่ายภาพทางชีวการแพทย์:การสแกนเนื้อเยื่อทางชีวภาพเพื่อวัตถุประสงค์ในการวินิจฉัยหรือการวิจัย รวมถึงการตรวจทางเนื้อเยื่อวิทยาและพยาธิวิทยา

แอปพลิเคชันเหล่านี้ได้รับประโยชน์จากความสามารถของกล้องสแกนเส้นในการสร้างภาพที่มีความละเอียดสูงและไม่มีการบิดเบือนในพื้นที่ขยายหรือในการตั้งค่าการทดลองแบบไดนามิก

ข้อจำกัดของกล้องสแกนเส้น

กล้องสแกนเส้นความไวสูง Tucsen และกล้อง TDI Scientific

แผนผัง: กล้องวิทยาศาสตร์ Tucsen High-Scan Line Scan/TDI

ซ้าย:กล้องสแกนพื้นที่แบบไม่ใช้ความเย็น

กลาง:กล้อง TDI Scientific

ขวา:กล้องสแกนพื้นที่เย็น

แม้ว่ากล้องสแกนเส้นจะให้ความละเอียดที่ยอดเยี่ยมและเหมาะสำหรับการถ่ายภาพต่อเนื่อง แต่ก็มีข้อจำกัด โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมทางวิทยาศาสตร์ขั้นสูงที่ความไวและความเสถียรของสัญญาณเป็นสิ่งสำคัญ

ข้อจำกัดสำคัญประการหนึ่งคือประสิทธิภาพการทำงานในสภาพแสงน้อย กล้องสแกนแบบเส้นเดิมอาศัยการเปิดรับแสงเพียงครั้งเดียว ซึ่งอาจให้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) ไม่เพียงพอเมื่อถ่ายภาพตัวอย่างที่มีแสงน้อยหรือไวต่อแสง เช่น ในกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์หรือการทดสอบทางชีวการแพทย์บางประเภท นอกจากนี้ การซิงโครไนซ์ที่แม่นยำระหว่างการเคลื่อนที่ของวัตถุและการรับภาพอาจต้องใช้ความพยายามทางเทคนิค โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตั้งค่าที่ความเร็วแปรผันหรือการสั่นสะเทือน

ข้อจำกัดอีกประการหนึ่งคือความสามารถในการจับภาพคุณภาพสูงของตัวอย่างที่เคลื่อนไหวช้ามากหรือมีแสงไม่สม่ำเสมอ ซึ่งอาจทำให้เกิดการเปิดรับแสงที่ไม่สม่ำเสมอหรือเกิดสิ่งแปลกปลอมจากการเคลื่อนไหวได้

เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ กล้อง TDI (Time Delay Integration) จึงเป็นทางเลือกที่ทรงพลัง ด้วยการสะสมสัญญาณจากการเปิดรับแสงหลายครั้งขณะที่วัตถุเคลื่อนที่ กล้อง TDI จึงช่วยเพิ่มความไวแสงและคุณภาพของภาพได้อย่างมาก ทำให้กล้อง TDI มีประโยชน์อย่างยิ่งในสาขาวิทยาศาสตร์ที่ต้องการการถ่ายภาพในสภาพแสงน้อยพิเศษ ช่วงไดนามิกสูง หรือความละเอียดเชิงเวลาที่แม่นยำ

บทสรุป

กล้องสแกนแบบเส้นตรงเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมที่ต้องการการถ่ายภาพพื้นผิวที่เคลื่อนที่หรือต่อเนื่องด้วยความเร็วสูงและความละเอียดสูง วิธีการสแกนที่เป็นเอกลักษณ์ของกล้องสแกนแบบเส้นตรงนี้มีข้อได้เปรียบเหนือกล้องสแกนแบบพื้นที่อย่างชัดเจนในสถานการณ์ที่เหมาะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งาน เช่น การตรวจสอบเว็บ การถ่ายภาพเซมิคอนดักเตอร์ และการบรรจุอัตโนมัติ

แม้ว่ากล้องสแกนเส้นจะใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมเป็นหลัก แต่ผู้ใช้ที่ต้องการความไวแสงสูงหรือประสิทธิภาพแสงน้อยอาจได้รับประโยชน์จากการสำรวจกล้องวิทยาศาสตร์ออกแบบมาเพื่อการใช้งานด้านการถ่ายภาพที่แม่นยำ

การทำความเข้าใจว่ากล้องสแกนเส้นทำงานอย่างไรและสิ่งที่ต้องมองหาเมื่อเลือกกล้องจะช่วยให้คุณออกแบบระบบตรวจสอบที่ชาญฉลาดและเชื่อถือได้มากขึ้น

คำถามที่พบบ่อย

กล้องสแกนเส้นจับภาพสีได้อย่างไร?

กล้องสแกนเส้นสีโดยทั่วไปจะใช้เซ็นเซอร์แบบไตรลิเนียร์ ซึ่งประกอบด้วยพิกเซลสามเส้นขนาน แต่ละเส้นมีฟิลเตอร์สีแดง เขียว หรือน้ำเงิน เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ผ่านเซ็นเซอร์ เส้นสีแต่ละเส้นจะจับภาพช่องสัญญาณตามลำดับ จากนั้นจึงนำมารวมกันเพื่อสร้างภาพสีเต็มรูปแบบ การซิงโครไนซ์ที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญเพื่อหลีกเลี่ยงการจัดเรียงสีที่ไม่ถูกต้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ความเร็วสูง

วิธีเลือกกล้องสแกนเส้นให้เหมาะสม

การเลือกกล้องที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการใช้งานของคุณ ปัจจัยสำคัญที่ควรพิจารณามีดังนี้:

● ข้อกำหนดด้านความเร็ว:กำหนดอัตราความเร็วเส้นที่คุณต้องการโดยอิงตามความเร็วของวัตถุ
● ความต้องการความละเอียด:จับคู่ความละเอียดกับค่าความคลาดเคลื่อนในการตรวจสอบของคุณ
● แสงสว่างและสภาพแวดล้อม:ควรพิจารณาใช้แสงพิเศษสำหรับพื้นผิวสะท้อนแสงหรือมืด
● ประเภทเซ็นเซอร์:CMOS กลายเป็นกระแสหลักเนื่องจากความเร็วและประสิทธิภาพ ในขณะที่ CCD ยังคงถูกใช้สำหรับระบบเดิมและระบบที่สำคัญต่อความแม่นยำ
● การเชื่อมต่อ: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบของคุณรองรับอินเทอร์เฟซของกล้อง (เช่น CoaXPress สำหรับอัตราข้อมูลสูง)
● งบประมาณ:สร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพกับต้นทุนระบบ รวมถึงระบบไฟ อุปกรณ์ออปติก และเฟรมแกรบเบอร์

หากมีข้อสงสัย โปรดปรึกษาผู้เชี่ยวชาญด้านวิสัยทัศน์ของเครื่องจักรหรือผู้จำหน่ายเพื่อให้แน่ใจว่าเข้ากันได้กับการออกแบบระบบและเป้าหมายการใช้งานของคุณ

กล้องสแกนเส้นขาวดำมีกี่เส้น?

กล้องสแกนเส้นขาวดำมาตรฐานโดยทั่วไปจะมีพิกเซลหนึ่งแถว แต่บางรุ่นอาจมีเส้นขนานสองเส้นหรือมากกว่า เซ็นเซอร์หลายเส้นเหล่านี้สามารถใช้เพื่อปรับปรุงคุณภาพของภาพโดยการวัดแสงซ้อนเฉลี่ย เพิ่มความไวแสง หรือจับภาพมุมแสงที่แตกต่างกัน

แม้ว่ากล้องแบบเส้นเดียวจะเพียงพอสำหรับการตรวจสอบความเร็วสูงส่วนใหญ่ แต่กล้องแบบเส้นคู่และสี่เส้นก็มีประสิทธิภาพที่ดีกว่าในสภาพแวดล้อมที่ต้องการเสียงรบกวนต่ำหรือช่วงไดนามิกสูง

หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยีการสแกนเส้นในแอปพลิเคชันการถ่ายภาพที่จำกัดแสง โปรดอ่านบทความของเรา:

เร่งความเร็วในการรับข้อมูลแบบจำกัดแสงด้วย Line Scan TDI Imaging

เหตุใดเทคโนโลยี TDI จึงได้รับความนิยมในวงการถ่ายภาพอุตสาหกรรม