Mọi thứ bạn cần biết về camera quét dòng

thời gian25/08/07

Camera quét dòng là thiết bị hình ảnh chuyên dụng được thiết kế để chụp ảnh độ phân giải cao của các vật thể chuyển động hoặc liên tục. Không giống như camera quét vùng truyền thống chụp ảnh 2D chỉ trong một lần phơi sáng, camera quét dòng tạo ảnh theo từng dòng—lý tưởng cho các ứng dụng như kiểm tra web, phân tích chất bán dẫn và xác minh bao bì.

 

Những máy ảnh này thường có một hàng điểm ảnh (hoặc đôi khi là nhiều hàng), và khi kết hợp với một đối tượng chuyển động hoặc hệ thống quét, chúng có thể tạo ra hình ảnh 2D chất lượng cao của các vật thể có hầu như bất kỳ chiều dài nào. Tùy thuộc vào loại cảm biến, máy ảnh quét dòng thường sử dụng công nghệ cảm biến CCD hoặc CMOS—tương tự như những gì được tìm thấy trong nhiềuMáy ảnh CMOS—CMOS đang trở thành sự lựa chọn ưu tiên nhờ tốc độ và hiệu quả năng lượng.

Camera quét dòng là gì?

Camera quét dòng

Camera quét dòng thường được tối ưu hóa cho mục đích công nghiệp hơn là khoa học, và có thể có những hạn chế trong các ứng dụng thiếu sáng hoặc độ chính xác cực cao. Độ nhiễu đọc cao, điểm ảnh nhỏ và hiệu suất lượng tử nhìn chung thấp có thể đồng nghĩa với việc các camera này cần mức sáng cao để mang lại tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) khả thi.

 

Camera quét dòng có thể được sử dụng theo hai cách chính:

Chụp ảnh 1 chiều

Thông tin một chiều có thể được thu thập, chẳng hạn như trong các ứng dụng quang phổ. Kết quả thường được biểu diễn dưới dạng đồ thị trong phần mềm camera, với cường độ trên trục y so với điểm ảnh camera trên trục x.

Chụp ảnh 2 chiều

Máy ảnh có thể được 'quét' qua chủ thể chụp ảnh, thông qua việc di chuyển máy ảnh hoặc chủ thể chụp ảnh, và có thể tạo ra hình ảnh 2 chiều bằng cách chụp liên tiếp các lát cắt 1 chiều.

 

Hình thức chụp ảnh này cho phép chụp những hình ảnh có kích thước tùy ý trên kích thước quét. Khả năng chụp các đối tượng đang di chuyển mà không bị nhòe chuyển động (hoặc hiện tượng màn trập lăn) đồng nghĩa với việc camera quét dòng được sử dụng rất phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp, dây chuyền lắp ráp, kiểm tra các đối tượng hình ảnh lớn, v.v.

Camera quét dòng hoạt động như thế nào?

Camera quét đường hoạt động phối hợp với vật thể chuyển động hoặc cơ chế quét. Khi vật thể di chuyển qua bên dưới camera, từng đường nét của hình ảnh được ghi lại tuần tự theo thời gian. Các đường nét này sau đó được kết hợp theo thời gian thực hoặc thông qua phần mềm để tạo ra hình ảnh 2D đầy đủ.

 

Các thành phần chính bao gồm:

● Cảm biến 1 chiều: Thông thường là một hàng pixel duy nhất.
● Điều khiển chuyển động: Băng tải hoặc cơ chế quay đảm bảo chuyển động đều.
● Chiếu sáng: Thường sử dụng đèn chiếu sáng theo đường thẳng hoặc đồng trục để có độ sáng đồng đều.

 

Vì hình ảnh được dựng theo từng dòng, nên việc đồng bộ hóa là rất quan trọng. Nếu vật thể di chuyển không đồng đều hoặc thời gian không chính xác, hiện tượng méo hình có thể xảy ra.

Camera quét dòng so với camera quét vùng

Tính năng

Camera quét dòng

Camera quét khu vực

Chụp ảnh

Một dòng tại một thời điểm

Khung hình 2D đầy đủ cùng một lúc

Sử dụng lý tưởng

Vật thể chuyển động hoặc liên tục

Cảnh tĩnh hoặc cảnh chụp nhanh

Kích thước hình ảnh

Chiều dài thực tế không giới hạn

Bị giới hạn bởi kích thước cảm biến

Tích hợp

Yêu cầu kiểm soát chuyển động và thời gian

Thiết lập đơn giản hơn

Ứng dụng điển hình

Kiểm tra web, in ấn, dệt may

Quét mã vạch, robot, hình ảnh chung

Tóm lại, camera quét đường rất hiệu quả khi chụp ảnh các vật thể chuyển động nhanh hoặc rất lớn. Camera quét vùng phù hợp hơn cho các ứng dụng có mục tiêu tĩnh hoặc nhỏ.

Các tính năng chính của Camera quét dòng

Khi chọn camera quét dòng, hãy cân nhắc các thông số kỹ thuật sau:

 

● Độ phân giải: Số lượng pixel trên mỗi dòng, ảnh hưởng đến mức độ chi tiết.
● Tốc độ đường truyền (Hz): Số lượng dòng được chụp mỗi giây—rất quan trọng đối với các cuộc kiểm tra tốc độ cao.
● Loại cảm biến: CMOS (nhanh, công suất thấp) so với CCD (chất lượng hình ảnh cao hơn trong một số trường hợp).
● Giao diện: Các tùy chọn truyền dữ liệu như GigE, Camera Link hoặc CoaXPress.
● Dải động và độ nhạy: Quan trọng khi kiểm tra các vật thể có độ sáng hoặc độ phản xạ thay đổi.
● Màu so với Đơn sắc: Máy ảnh màu sử dụng nhiều hàng với bộ lọc RGB; đơn sắc có thể cung cấp độ nhạy cao hơn.

Ưu và nhược điểm của Camera quét dòng

Ưu điểm

  • Có thể chụp thông tin 1 chiều với tốc độ rất cao (thường được đo bằng tốc độ dòng hàng trăm kHz). Có thể chụp ảnh 2 chiều với kích thước tùy ý ở tốc độ cao khi quét qua đối tượng chụp ảnh.

 

  • Có thể thu thập thông tin màu mà không làm giảm độ phân giải thông qua việc sử dụng các hàng lọc màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam riêng biệt hoặc máy ảnh tùy chỉnh có thể cung cấp tính năng lọc bước sóng cụ thể.

 

  • Độ chiếu sáng chỉ cần là 1 chiều và tùy thuộc vào thiết lập hình ảnh, có thể không cần trường phẳng hoặc các hiệu chỉnh khác ở chiều thứ hai (được quét).

Nhược điểm

  • Yêu cầu thiết lập phần cứng và phần mềm chuyên dụng để thu thập dữ liệu 2 chiều.

 

  • Thông thường không phù hợp để chụp ảnh thiếu sáng do QE thấp, nhiễu cao và kích thước điểm ảnh nhỏ, đặc biệt là khi kết hợp với thời gian phơi sáng ngắn thường thấy ở chế độ quét tốc độ cao.

 

  • Không thường dùng cho mục đích chụp ảnh khoa học nên tính tuyến tính và chất lượng hình ảnh có thể kém.

Ứng dụng phổ biến của Camera quét dòng trong lĩnh vực khoa học

Camera quét dòng được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học và các ứng dụng hình ảnh tiên tiến đòi hỏi độ phân giải cao, độ chính xác và khả năng thu thập dữ liệu liên tục. Các ứng dụng điển hình bao gồm:

 

● Hình ảnh kính hiển vi: Chụp ảnh quét dòng có độ phân giải cao để phân tích bề mặt hoặc tế bào chi tiết.
● Quang phổ: Ghi lại dữ liệu quang phổ trên các mẫu với độ phân giải không gian chính xác.
● Thiên văn học: Chụp ảnh các vật thể trên trời hoặc theo dõi các mục tiêu chuyển động nhanh với độ méo tối thiểu.
● Khoa học Vật liệu: Kiểm tra bề mặt và phát hiện khuyết tật trong kim loại, polyme hoặc vật liệu composite.
● Chụp ảnh y sinh: Quét mô sinh học cho mục đích chẩn đoán hoặc nghiên cứu, bao gồm mô học và bệnh học.

 

Các ứng dụng này được hưởng lợi từ khả năng tạo ra hình ảnh có độ chi tiết cao, không bị biến dạng trên các khu vực mở rộng hoặc trong các thiết lập thử nghiệm động của camera quét đường.

Hạn chế của Camera quét dòng

Máy ảnh khoa học TDI và quét dòng độ nhạy cao Tucsen

Sơ đồ nguyên lý: Máy ảnh khoa học quét dòng/TDI độ nhạy cao Tucsen

Bên trái: Camera quét vùng không được làm mát

Ở giữa: Máy ảnh khoa học TDI

Phải: Camera quét vùng làm mát

Mặc dù camera quét dòng có độ phân giải tuyệt vời và phù hợp để chụp ảnh liên tục, nhưng chúng vẫn có những hạn chế, đặc biệt là trong môi trường khoa học tiên tiến, nơi độ nhạy và độ ổn định của tín hiệu là rất quan trọng.

 

Một hạn chế lớn là hiệu suất của chúng trong điều kiện ánh sáng yếu. Camera quét dòng truyền thống dựa vào phơi sáng một lần, có thể không cung cấp đủ tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) khi chụp ảnh các mẫu có ánh sáng yếu hoặc nhạy sáng, chẳng hạn như trong kính hiển vi huỳnh quang hoặc một số xét nghiệm y sinh. Ngoài ra, việc đạt được sự đồng bộ chính xác giữa chuyển động của vật thể và việc thu nhận hình ảnh có thể đòi hỏi kỹ thuật cao, đặc biệt là trong các thiết lập liên quan đến tốc độ hoặc độ rung thay đổi.

 

Một hạn chế khác là khả năng chụp ảnh chất lượng cao của các mẫu vật chuyển động rất chậm hoặc được chiếu sáng không đều bị hạn chế, điều này có thể dẫn đến hiện tượng phơi sáng không đồng đều hoặc hiện tượng chuyển động lạ.

 

Để vượt qua những thách thức này, camera TDI (Tích hợp độ trễ thời gian) đã nổi lên như một giải pháp thay thế mạnh mẽ. Bằng cách tích lũy tín hiệu qua nhiều lần phơi sáng khi vật thể di chuyển, camera TDI cải thiện đáng kể độ nhạy và chất lượng hình ảnh, khiến chúng đặc biệt hữu ích trong các lĩnh vực khoa học đòi hỏi hình ảnh cực yếu, dải động cao hoặc độ phân giải thời gian chính xác.

Phần kết luận

Camera quét dòng là công cụ không thể thiếu trong các ngành công nghiệp đòi hỏi hình ảnh tốc độ cao, độ phân giải cao trên các bề mặt chuyển động hoặc liên tục. Phương pháp quét độc đáo của chúng mang lại những lợi thế vượt trội so với camera quét vùng trong các tình huống phù hợp, đặc biệt là cho các ứng dụng như kiểm tra web, hình ảnh bán dẫn và đóng gói tự động.

 

Trong khi camera quét dòng chủ yếu được sử dụng trong các thiết lập công nghiệp, người dùng yêu cầu độ nhạy cao hoặc hiệu suất ánh sáng yếu có thể được hưởng lợi từ việc khám phámáy ảnh khoa họcđược thiết kế cho các ứng dụng hình ảnh chính xác.

 

Hiểu được cách thức hoạt động của camera quét dòng và những điều cần lưu ý khi lựa chọn sẽ giúp bạn thiết kế hệ thống kiểm tra thông minh hơn và đáng tin cậy hơn.

Câu hỏi thường gặp

Camera quét dòng chụp ảnh màu như thế nào?

Camera quét dòng màu thường sử dụng cảm biến ba tuyến tính, bao gồm ba dòng điểm ảnh song song, mỗi dòng có bộ lọc màu đỏ, lục hoặc lam. Khi vật thể di chuyển qua cảm biến, mỗi dòng màu sẽ bắt được kênh tương ứng theo trình tự. Sau đó, chúng được kết hợp để tạo thành hình ảnh đầy đủ màu sắc. Đồng bộ hóa chính xác là điều cần thiết để tránh hiện tượng lệch màu, đặc biệt là ở tốc độ cao.

Cách chọn camera quét dòng phù hợp

Việc lựa chọn camera phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu của ứng dụng. Dưới đây là một số yếu tố chính cần xem xét:

● Yêu cầu về tốc độ: Xác định nhu cầu tốc độ đường truyền của bạn dựa trên tốc độ của vật thể.
● Nhu cầu giải quyết: Điều chỉnh độ phân giải cho phù hợp với dung sai kiểm tra của bạn.
● Chiếu sáng và Môi trường: Cân nhắc sử dụng ánh sáng đặc biệt cho các bề mặt phản chiếu hoặc tối.
● Loại cảm biến:CMOS đã trở nên phổ biến vì tốc độ và hiệu quả của nó, trong khi CCD vẫn được sử dụng cho các hệ thống cũ và yêu cầu độ chính xác cao.
● Kết nối: Đảm bảo hệ thống của bạn hỗ trợ giao diện của camera (ví dụ: CoaXPress cho tốc độ dữ liệu cao).
● Ngân sách: Cân bằng hiệu suất với chi phí hệ thống, bao gồm ánh sáng, quang học và bộ thu khung hình.

Nếu có thắc mắc, hãy tham khảo ý kiến ​​chuyên gia hoặc nhà cung cấp về thị giác máy để đảm bảo khả năng tương thích với mục tiêu thiết kế hệ thống và ứng dụng của bạn.

Một camera quét đơn sắc có bao nhiêu dòng?

Một máy ảnh quét dòng đơn sắc tiêu chuẩn thường có một dòng điểm ảnh, nhưng một số mẫu máy có hai hoặc nhiều dòng song song. Các cảm biến đa dòng này có thể được sử dụng để cải thiện chất lượng hình ảnh bằng cách lấy trung bình nhiều lần phơi sáng, tăng cường độ nhạy sáng hoặc chụp các góc chiếu sáng khác nhau.

 

Trong khi camera một dòng đủ cho hầu hết các cuộc kiểm tra tốc độ cao, thì phiên bản hai dòng và bốn dòng mang lại hiệu suất tốt hơn trong các môi trường khắc nghiệt, đặc biệt là khi cần độ nhiễu thấp hoặc dải động cao.

Để tìm hiểu thêm về công nghệ quét dòng trong các ứng dụng hình ảnh hạn chế ánh sáng, hãy tham khảo bài viết của chúng tôi:

Tăng tốc độ thu thập hình ảnh trong điều kiện ánh sáng hạn chế với Line Scan TDI Imaging

Tại sao công nghệ TDI đang ngày càng phổ biến trong lĩnh vực hình ảnh công nghiệp

 

Công ty TNHH Tucsen Photonics. Bản quyền thuộc về. Vui lòng ghi rõ nguồn khi trích dẫn:www.tucsen.com

Giá cả và Tùy chọn

topPointer
codePointer
gọi
Dịch vụ khách hàng trực tuyến
bottomPointer
floatCode

Giá cả và Tùy chọn