دوربین های Line Scan

تفاوت دوربین اسکن خطی و منطقه‌ای

انتخاب دوربین مناسب

اولین چیزی که باید در مورد آن فکر کنید این است که آیا استفاده از راه اندازی اسکن خط موجه است یا مناسب ترین است.

این اغلب به 4 اصل مربوط می شود:

1. یک حرکت کنترل شده در فرآیند، مانند یک نوار نقاله (یا معرفی چیزی مشابه)
2. ماهیت محصول (آیا یک شبکه پیوسته مانند کاغذ، پارچه، شیشه یا موارد مشابه) است.
3. توانایی نورپردازی یکنواخت محصول با شدت کافی برای مقابله با نوردهی های کوتاه
4. فضای فیزیکی متناسب با سیستم

نکته بعدی که باید در نظر گرفت وضوح (با توجه به شی) است. این تعداد پیکسل های دوربین و حداکثر سرعت حرکت را تعیین می کند. هدف در اکثر برنامه ها دستیابی به پیکسل های مربعی (رزولوشن برابر در سراسر وب و در جهت حرکت) است. وضوح در سراسر عرض وب با انتخاب یک دوربین با عرض مناسب (2k، 4k، 8k ، 16k) و یک لنز مناسب به دست می آید. دوربین همچنین باید بتواند به اندازه کافی سریع باشد تا بتواند با سریعترین سرعت حرکت مقابله کند. این به عنوان حداکثر نرخ خط دوربین شناخته می شود. اگر نمی توان این کار را انجام داد، پس باید استفاده از دوربین های متعدد را در نظر بگیریم. اگر سرعت سطح متغیر است، باید به یک انکودر مناسب برای کنترل نرخ خط بر این اساس نصب شود تا نسبت تصویر پیکسل حفظ شود.

دلایل زیادی برای استفاده از دوربین های لاین اسکن وجود دارد

• به عنوان یک روش ضبط بدون درز، بررسی اجسام طولانی تر و مواد پیوسته کاملاً مناسب است. PCB های بلند، صفحات تخت یا قطعات الکترونیکی، یا موادی مانند شیشه، چوب، پارچه یا فولاد را می توان بدون وقفه با وضوح بالا بازرسی کرد. بازرسی خطاهای سطحی و بازرسی تصویر چاپی از کاربردهای معمولی هستند. اما دوربین‌های اسکن خطی در اسکن اسناد و فیلم و همچنین برای مرتب‌سازی پست ( OCR، خواندن کد) استفاده می‌شوند.
• برای بازرسی بدنه های گرد بدون اعوجاج پرسپکتیو. اما برای این منظور قطعه باید چرخانده شود. از این طریق می توان به بازرسی 360 درجه سطح یا تصویر چاپی دست یافت.
• نسبت هزینه به فایده نیز نشان‌دهنده استفاده از دوربین‌های اسکن خطی است، به‌ویژه اگر رزولوشن بالا مورد نیاز باشد. محدوده وضوح تا 16384 پیکسل در جهت X، در جهت انتقال وضوح (تقریباً) تصادفی است.

دوربین اسکن منطقه ای

سطح جسم به دلیل انحنای استوانه ای، همچنین بازتاب های براق قوی روی سطح، به شدت اعوجاج پیدا می کند.

دوربین اسکن خط

تصویر دوربین اسکن خطی از جسم چرخیده و استوانه ای بدون اعوجاج و بازتاب.

دریافت تصویر دوربین های اسکن خطی

دوربین فقط یک خط تصویر را پشت سر هم می‌گیرد. برای گرفتن تصویر دو بعدی، حرکت علاوه بر بازرسی لازم است: یا جسمی که باید از آن عکس گرفته شود با استفاده از نوار نقاله (“اصل فکس”) یا دوربین در امتداد جسم ثابت حرکت می کند (“اصل اسکنر”) .

اصل گرفتن تصویر با استفاده از دوربین های اسکن خطی

از آنجایی که تصویر در جهتY  به دلیل حرکت نوار نقاله ایجاد می شود، مهم است که این حرکت بسیار یکنواخت باشد. با این حال، درک این موضوع از نظر فنی سخت است، به طوری که فید با استفاده از یک انکودر به منظور جلوگیری از اعوجاج تصویر هماهنگ می شود.

اگر اشیاء منفرد روی نوار نقاله وجود داشته باشد، می‌توان تصویر را به کمک یک سنسور دریافت کرد با این روش از تصویر برداری از مناطق غیر ضروری جلوگیری می‌شود.

تصویربرداری خط به خط با استفاده از دوربین خط

سنسور اسکن خطی

وضوح سنسورهای معمولی 512، 1k، 2k، 4k، 8k  و 16k  برای گرفتن تصویر در دسترس هستند. اندازه پیکسل ها در سنسور از 5×5 میکرومتر، 7×7 میکرومتر، 10×10 میکرومتر تا 14×14 میکرومتر متغیر است. در صورت امکان، دوربین ترجیحاً باید پیکسل های بزرگ داشته باشد. یک پیکسل 5 میکرومتری دارای سطح فعال نور 25 میکرومتر مربع است، اما یک پیکسل 14 میلی متری دارای 196 میلی متر مربع است، یعنی تقریباً 8 برابر سطح و 8 برابر حساسیت به نور. از آنجایی که زمان ثبت تصویر از خطوط منفرد اغلب تنها می تواند چندین میکرو ثانیه باشد، حساسیت به نور به ویژه برای دوربین های اسکن خطی مهم است.

از رزولوشن 2048 پیکسل، حسگر با پیکسل‌های 14 میکرومتری طول خطی تقریباً 29 میلی‌متری دارد: پایهC-mount  معمولی برای دوربین‌های اسکن منطقه صنعتی قابل استفاده نیست. از طول خط بیش از 20 میلی متر به بعد، دوربین ها دارای اتصال M42  یا  Nikon bayonetهستند که اتصال F-mount  نیز نامیده می شود.

در مورد طول خطوط با وضوح 8k یا 12k  ، از اندازه پیکسل های کوچک به طور فزاینده ای استفاده می شود، به عنوان مثال. 7 میکرومتر، زیرا در غیر این صورت نمی‌توان حسگر را با استفاده از لنزهایی با اتصال M42 یا F-mount  در معرض دید قرار داد. استاندارد بعدی بزرگتر اپتیک برای دوربین های با فرمت متوسط است که بسیار گران هستند.

به منظور افزایش حساسیت به نور، از حسگرهایی با دو یا چند خط به جای حسگرهایی با یک خط استفاده می‌شود که می‌توانند سیگنال چندین خط را به صورت عمودی بدون از دست دادن وضوح فیزیکی مانند در مورد باینینگ افقی جمع کنند.

در موارد شدید، به اصطلاح دوربین‌های خطTDI (ادغام تاخیر زمانی) می‌توانند تا 96 خط را در یک سیگنال واحد ترکیب کنند و 96 برابر حساس‌تر شوند. از آنجایی که در این مورد خاص، بسیاری از خطوط از نظر فضایی بسیار دور هستند، ضبط تصویر روی حسگر باید دقیقاً با حرکت تسمه نقاله و جسم آزمایشی هماهنگ شود تا هر دو تغییر موقعیت روی تسمه و سنسور دقیقاً مطابقت داشته باشند. این تنها راه برای اضافه کردن خطوط به هم بدون محو کردن تصویر است.

بازخوانی تصویر

سنسور اسکن خطی به‌سرعت خوانده می‌شود: برای مثال، یک دوربین اسکن خطی با نرخ نمونه‌برداری 18 کیلوهرتز، 18000 بار در ثانیه، یعنی هر 55 میکرو ثانیه خوانده می‌شود. برای خروج داده‌ها از حسگر، دیجیتالی‌سازی باید بسیار سریع انجام شود: در صورت طول خط 2048 پیکسل، این فرکانس x 2048 = 36KHz 18KHz است. برای اینکه بتوان حسگر را با نرخ داده های بالاتر بخواند، سنسور در چندین کانال خوانده می شود:

در عمل، حداکثر 8 ضربه سنسور برای خواندن سنسور یک دوربین اسکن خطی 12 مگاپیکسلی، به عنوان مثال، با استفاده از نرخ داده تا 320 مگاهرتز، انجام می شود.

انتقال تصویر

رابط CameraLink در انتقال تصویر برای دوربین های اسکن خطی غالب است و بنابراین به طور کامل جایگزین رابط قدیمی LVDS شده است. این استاندارد برای انتقال حداکثر 800 مگابایت در ثانیه خدمت می کند. برای این منظور یک کارت دریافت تصویر CameraLink  مورد نیاز است که در آن حداکثر می توان یک دوربین در “پیکربندی کامل” یا دو دوربین در “پیکربندی پایه”، بسته به سرعت داده، کار کرد. مهم است که کارت دریافت تصویر برای نیازهای دوربین اسکن خط (عمق بیت، تعداد ضربه های حسگر و غیره) تطبیق داده شود. کابل ها استاندارد هستند، با این حال، برخی از جزئیات مهم نیز باید رعایت شود، مانند پیچ یا قفل شدن دوشاخه ها یا به سادگی کیفیت خطوط سیگنال. طول کابل تا 10 متر بدون هیچ مشکلی با استفاده از کابل های CameraLink امکان پذیر است، در صورت طولانی تر بودن کابل ها باید از تکرار کننده ها یا مبدل های فایبرگلاس استفاده شود.

به عنوان یک رسانه انتقال دوم و جدید برای پهنای باند تا 80 مگابایت در ثانیه، دوربین‌های اسکن خطی با رابط اترنت گیگابایت نیز در دسترس هستند. مزایا حذف کارت جذب تصویر و کابل های طولانی است که با استفاده از کابل های شبکه اترنت ارزان نیز قابل دستیابی است. بنابراین سیستم کلی به وضوح ارزان تر است.

یک ویژگی و تازگی دوربین های اسکن خط هوشمند هستند. آنها عمدتاً در فرکانس اسکن خط 12 تا 18 کیلوهرتز با وضوح 1k تا 2k طول خط کار می کنند. تصویر دیگر نباید اجباراً به رایانه شخصی منتقل شود، زیرا فوراً در دستگاه ارزیابی می شود و فقط نتایج اندازه گیری از طریق رابطFastEthernet (100مگابیت) و ورودی / خروجی منتقل می شود. کار با این دستگاه ها برای پردازشگرهای تصویر کمتر جاه طلبانه نیز امکان پذیر است، زیرا پیچیدگی آن چندان بالا نیست و ماژولار بودن اجزا (و تعداد منابع خطا) بسیار محدود است. با این حال، این فناوری محدودیت‌های واضحی در رابطه با وضوح دوربین و ارزیابی نرم‌افزار دارد، زیرا قدرت محاسباتی در مقایسه با رایانه شخصی به طور قابل توجهی کمتر است.

اسکن بلوک های تصویر ثابت

سیستم بینایی ماشین به گونه ای پیکربندی شده است که همیشه تعداد مشخصی از خطوط اسکن می شود. به این ترتیب، حتی نوارهای تصویر بسیار طولانی، به عنوان مثال. با 10000 خط قابل انتقال است. با این حال، این روش بسیار ساده دارای معایبی نیز می باشد: در طول انتقال بلوک تصویر، نمی توان آن را پردازش کرد. یکی از انواع این روش تجهیز سیستم به یک تریگر تصویر به منظور تشخیص تک تک قطعات روی یک نوار نقاله است. گرفتن تصویر از خطوط منفرد تنها زمانی شروع می شود که یک مانع فوتوالکتریک توسط یک قطعه ایجاد شود. این امر باعث می شود از پخش تصادفی یک قطعه روی دو بلوک تصویر جلوگیری شود.

اسکن مداوم مناطق کوچک تصویر

انتقال بلوک های تصویر کوچکتر نیز جالب است. بخش های کوچک بلافاصله منتقل می شوند و در رایانه شخصی قرار می گیرند. به این ترتیب اطلاعات تصویر با سرعت بیشتری در اختیار کاربر قرار می گیرد که می‌تواند پردازش شود. به خصوص در مورد مواد پیوسته که قرار است به طور کامل بررسی شود، پردازنده بهتر است به این شکل کار کند. اگر هر یک از ویژگی ها (مانند نقص رنگ و خراش) به طور تصادفی در ناحیه همپوشانی قرار گیرند، ارزیابی آنها می‌تواند پیچیده باشد زیرا اطلاعات در دو تصویر پخش می شود. با این حال، برنامه نویس می تواند این را در هنگام توسعه برنامه در نظر بگیرد و به صورت پویا مناطق تصویر را تغییر دهد.