25/08/07Камери лінійного сканування – це спеціалізовані пристрої обробки зображень, призначені для отримання зображень високої роздільної здатності рухомих або безперервних об'єктів. На відміну від традиційних камер площинного сканування, які захоплюють 2D-зображення за одну експозицію, камери лінійного сканування створюють зображення рядок за рядком, що ідеально підходить для таких застосувань, як перевірка полотна, аналіз напівпровідників та перевірка упаковки.
Ці камери зазвичай мають один ряд пікселів (або іноді кілька рядів), і в поєднанні з рухомим об'єктом або системою сканування вони можуть створювати високоякісні 2D-зображення об'єктів практично будь-якої довжини. Залежно від типу сенсора, камери з лінійним скануванням зазвичай використовують технологію сенсора CCD або CMOS, подібну до тієї, що зустрічається в багатьох...CMOS-камери— причому CMOS стає кращим вибором завдяки своїй швидкості та енергоефективності.
Що таке камера лінійного сканування?
Камери лінійного сканування зазвичай оптимізовані для промислового, а не наукового використання, і можуть мати обмеження в умовах низької освітленості або надвисокої точності. Високий рівень шуму зчитування, малі пікселі та загалом низька квантова ефективність можуть означати, що цим камерам потрібен високий рівень освітлення для забезпечення робочого співвідношення сигнал/шум.
Камери лінійного сканування можна використовувати двома основними способами:
Одновимірне захоплення
Одновимірна інформація може бути отримана, наприклад, у спектроскопічних застосуваннях. Результати часто представлені у вигляді графіка в програмному забезпеченні камери, де інтенсивність на осі Y відповідає пікселю камери на осі X.
2-вимірне захоплення
Камера може «скануватися» по об'єкту зйомки шляхом переміщення камери або об'єкта зйомки, а двовимірне зображення може бути сформоване шляхом послідовного захоплення одновимірних зрізів.
Ця форма візуалізації дозволяє захоплювати зображення довільно великих розмірів у межах сканування. Здатність знімати рухомі об'єкти без розмиття руху (або артефактів, пов'язаних з рухомим затвором) означає, що лінійно-скановані камери дуже часто використовуються в промислових застосуваннях, на складальних лініях, при перевірці великих об'єктів зображення тощо.
Як працює лінійна сканувальна камера?
Лінійна скануюча камера працює в координації з рухомим об'єктом або механізмом сканування. Коли об'єкт проходить під камерою, кожен рядок зображення послідовно фіксується в часі. Потім ці рядки об'єднуються в режимі реального часу або за допомогою програмного забезпечення для створення повного 2D-зображення.
Ключові компоненти включають:
● Одновимірний датчикЗазвичай один ряд пікселів.
● Керування рухамиКонвеєр або обертовий механізм забезпечує рівномірний рух.
● ОсвітленняЧасто лінійне або коаксіальне освітлення для рівномірного освітлення.
Оскільки зображення будується рядок за рядком, синхронізація є критично важливою. Якщо об'єкт рухається нерівномірно або час не відповідає дійсності, може виникнути спотворення зображення.
Камери лінійного сканування проти камер з площинним скануванням
| Функція | Лінійна сканувальна камера | Камера сканування області |
| Захоплення зображень | Один рядок за раз | Повний 2D-кадр одразу |
| Ідеальне використання | Рухомі або безперервні об'єкти | Стаціонарні або знімкові сцени |
| Розмір зображення | Практично необмежена довжина | Обмежено розміром сенсора |
| Інтеграція | Потрібне керування рухом та часом | Простіше налаштування |
| Типові застосування | Інспекція рулонів, друк, текстиль | Сканування штрих-кодів, робототехніка, загальна візуалізація |
Коротше кажучи, камери лінійного сканування чудово підходять для зображення швидкорухомих або дуже великих об'єктів. Камери площинного сканування краще підходять для застосувань зі статичними або малими цілями.
Основні характеристики лінійних камер сканування
Вибираючи камеру лінійного сканування, враховуйте такі характеристики:
● Роздільна здатністьКількість пікселів на рядок, що впливає на рівень деталізації.
● Швидкість лінії (Гц)Кількість ліній, що захоплюються за секунду, — життєво важлива для високошвидкісних перевірок.
● Тип датчикаCMOS (швидка, низьке енергоспоживання) проти CCD (вища якість зображення в деяких випадках).
● ІнтерфейсВаріанти передачі даних, такі як GigE, Camera Link або CoaXPress.
● Динамічний діапазон і чутливістьВажливо для перевірки об'єктів зі змінною яскравістю або відбивною здатністю.
● Кольоровий проти монохромногоКольорові камери використовують кілька рядків із RGB-фільтрами; монохромні можуть пропонувати вищу чутливість.
Плюси та мінуси лінійних камер сканування
Плюси
-
Може захоплювати одновимірну інформацію з дуже високою швидкістю (зазвичай вимірюється в сотнях кГц лінійної швидкості). Може захоплювати двовимірні зображення довільного розміру з високою швидкістю під час сканування по об'єкту зображення.
-
Може захоплювати кольорову інформацію без шкоди для роздільної здатності завдяки використанню окремих рядків червоної, зеленої та синьої фільтрації, або ж спеціальні камери можуть пропонувати фільтрацію за певною довжиною хвилі.
-
Освітлення має бути лише одновимірним і, залежно від налаштувань зображення, може не вимагати корекції плоского поля чи інших корекцій у другому (сканованому) вимірі.
Мінуси
-
Для отримання двовимірних даних потрібні спеціальні апаратні та програмні налаштування.
-
Зазвичай не дуже добре підходить для зйомки в умовах слабкого освітлення через низький коефіцієнт квантової ефективності (QE), високий рівень шуму та малі розміри пікселів, особливо в поєднанні з коротким часом експозиції, типовим для високошвидкісного сканування.
-
Зазвичай не призначений для наукової візуалізації, тому лінійність та якість зображення можуть бути низькими.
Загальні застосування лінійних сканувальних камер у науковій галузі
Камери лінійного сканування широко використовуються в наукових дослідженнях та передових програмах обробки зображень, що вимагають високої роздільної здатності, точності та безперервного збору даних. Типові способи використання включають:
● Мікроскопічна візуалізаціяЗняття лінійних сканів високої роздільної здатності для детального аналізу поверхні або клітин.
● СпектроскопіяЗапис спектральних даних для всіх зразків з точною просторовою роздільною здатністю.
● АстрономіяЗображення небесних об'єктів або відстеження швидкорухомих цілей з мінімальними спотвореннями.
● МатеріалознавствоПеревірка поверхні та виявлення дефектів у металах, полімерах або композитах.
● Біомедична візуалізаціяСканування біологічних тканин для діагностичних або дослідницьких цілей, включаючи гістологію та патологію.
Ці застосування отримують вигоду від здатності камери лінійного сканування створювати високодетальні зображення без спотворень на великих площах або в динамічних експериментальних установках.
Обмеження лінійних сканувальних камер
Принципова схема: Наукова камера Tucsen з високою чутливістю та лінійним скануванням/TDI
ЛіворучНеохолоджувана камера сканування області
СереднійНаукова камера TDI
ПраворучКамера сканування охолоджуваної зони
Хоча камери лінійного сканування пропонують чудову роздільну здатність і добре підходять для безперервної візуалізації, вони мають обмеження, особливо в передових наукових середовищах, де чутливість і стабільність сигналу є критично важливими.
Одним із головних обмежень є їхня продуктивність в умовах низької освітленості. Традиційні камери лінійного сканування покладаються на однопрохідну експозицію, яка може не забезпечити достатнього співвідношення сигнал/шум (SNR) під час візуалізації слабо освітлених або світлочутливих зразків, таких як флуоресцентна мікроскопія або деякі біомедичні аналізи. Крім того, досягнення точної синхронізації між рухом об'єкта та отриманням зображення може бути технічно складним, особливо в установках, що включають змінну швидкість або вібрацію.
Ще одним обмеженням є їхня обмежена здатність отримувати високоякісні зображення дуже повільно рухомих або нерівномірно освітлених зразків, що може призвести до нестабільної експозиції або артефактів руху.
Щоб подолати ці проблеми, потужною альтернативою стали камери TDI (інтеграція часової затримки). Накопичуючи сигнал протягом кількох експозицій під час руху об'єкта, камери TDI значно підвищують чутливість та якість зображення, що робить їх особливо цінними в наукових галузях, що вимагають отримання зображень за наднизького освітлення, високого динамічного діапазону або точної часової роздільної здатності.
Висновок
Лінійні скануючі камери є незамінними інструментами в галузях, що потребують високошвидкісного зображення рухомих або безперервних поверхонь з високою роздільною здатністю. Їхній унікальний метод сканування пропонує суттєві переваги над камерами площинного сканування за певних умов, особливо для таких застосувань, як перевірка полотна, зображення напівпровідників та автоматизована упаковка.
Хоча лінійні камери сканування в основному використовуються в промислових умовах, користувачі, яким потрібна висока чутливість або робота в умовах низької освітленості, можуть скористатися перевагами таких камер.наукові камерипризначений для застосування з високою точністю зображення.
Розуміння того, як працюють камери лінійного сканування та на що звертати увагу під час їх вибору, допоможе вам розробити розумніші та надійніші системи контролю.
Найчастіші запитання
Як лінійно-скануюча камера захоплює кольорові зображення?
Кольорові камери з лінійним скануванням зазвичай використовують трилінійні сенсори, які містять три паралельні лінії пікселів, кожна з яких має червоний, зелений або синій фільтр. Коли об'єкт рухається повз сенсор, кожна кольорова лінія послідовно захоплює відповідний канал. Потім вони об'єднуються для формування повнокольорового зображення. Точна синхронізація є важливою для уникнення розбіжностей кольорів, особливо на високих швидкостях.
Як вибрати правильну камеру лінійного сканування
Вибір правильної камери залежить від вимог вашої програми. Ось деякі ключові фактори, які слід враховувати:
● Вимоги до швидкостіВизначте потреби у швидкості лінії на основі швидкості об'єкта.
● Потреби у вирішенні проблемУзгодьте роздільну здатність з вашими допусками перевірки.
● Освітлення та навколишнє середовищеРозгляньте можливість використання спеціального освітлення для поверхонь, що відбивають світло, або темних поверхонь.
● Тип датчикаCMOS-технології стали поширеними завдяки своїй швидкості та ефективності, тоді як CCD-матриці продовжують використовуватися для застарілих систем та систем, що вимагають критичної точності.
● ПідключенняПереконайтеся, що ваша система підтримує інтерфейс камери (наприклад, CoaXPress для високої швидкості передачі даних).
● БюджетЗбалансуйте продуктивність із вартістю системи, включаючи освітлення, оптику та засоби захоплення кадрів.
Якщо виникли сумніви, проконсультуйтеся з експертом або постачальником машинного зору, щоб переконатися в сумісності з проектом вашої системи та цілями застосування.
Скільки ліній має монохромна камера з лінійним скануванням?
Стандартна монохромна камера з лінійним скануванням зазвичай має один рядок пікселів, але деякі моделі мають два або більше паралельних рядків. Ці багатолінійні датчики можна використовувати для покращення якості зображення шляхом усереднення кількох експозицій, підвищення чутливості або захоплення різних кутів освітлення.
Хоча однолінійних камер достатньо для більшості високошвидкісних перевірок, дво- та чотирилінійні версії пропонують кращу продуктивність у складних умовах, особливо там, де потрібен низький рівень шуму або широкий динамічний діапазон.
Щоб дізнатися більше про технологію лінійного сканування в умовах обмеженого освітлення, зверніться до нашої статті:
Чому технологія TDI набирає обертів у промисловій візуалізації
Tucsen Photonics Co., Ltd. Усі права захищено. Під час цитування, будь ласка, вкажіть джерело:www.tucsen.com
