دوربین اسکن خطی (Line Scan Camera) چیست؟ کاربردها، مزایا و راهنمای انتخاب
تشخیص چهره توسط پایتون با کمتر از ۲۵ خط کد
۰۳ مرداد ۱۴۰۰
دوربین هوشمند صنعتی (Smart Camera)
۰۶ مرداد ۱۴۰۰
دوربین اسکن خطی ( Line Scan Camera ) چیست؟
دوربینهای اسکن خطی، نسل پیشرفتهای از دوربینهای صنعتی هستند که به جای ثبت یک تصویر دوبعدی کامل در یک لحظه، تصویر را خط به خط و به صورت پیاپی ثبت میکنند. این فناوری که ریشه در سامانههای فکس و اسکنرهای اسناد دارد، امروزه به یکی از ارکان اصلی سیستمهای بازرسی صنعتی دقیق و پرسرعت تبدیل شده است. این مقاله به بررسی جامع اصول کار، معماری، کاربردها و مزایای دوربینهای اسکن خطی در مقایسه با دوربینهای اسکن ناحیهای میپردازد و بینش فنی لازم برای انتخاب و پیادهسازی این سامانهها را ارائه میدهد.
چرا در صنعت به جای دوربین معمولی از اسکن خطی استفاده میکنیم؟
در دنیای تولید صنعتی، بازرسی محصولات طویل مانند فولاد رول شده، پارچه یا پنلهای خورشیدی با دوربینهای معمولی (اسکن ناحیهای) غیرممکن یا بسیار پرهزینه است. دوربین اسکن خطی این مشکل را با ثبت تصویر به صورت خط به خط حل میکند و تصویری با رزولوشن بینهایت دقیق خروجی میدهد.
سنجش کیفیت روی خط تولید توسط دوربین لاین اسکن
به منظور بازرسی عیوب ورق فولاد، کاغذ یا مواد دیگر که برش داده نشدهاند در خط تولید با سرعت بسیار بالا، سیستمهای پردازش تصویر مبتنی بر دوربین لاین اسکن، اغلب تنها راه فنی و اقتصادی اجرایی است. در این مقاله در مورد سیستمهای دوربین لاین اسکن برای شما توضیحاتی داده شده است.
در سناریوی حرکت مواد پیوسته جهت تشخیص عیوب نیاز است که بازرسی از طریق دوربینهای لاین اسکن انجام شود. دوربینهای لاین اسکن بصورت عمومی راهکار بهتری نسبت به دوربینهای area scan ارائه میدهند. با وجود این حقیقت، افراد به صورت عمومی در ایستگاه شک در مورد این فناوری توقف میکنند. این شک به علت عدم شناخت و داشتن اطلاع درباره نحوه بازرسی این مواد است. این امر باعث میشود گاهی کاربران پردازش تصویر از فناوری اسکن منطقهای به جای فناوری اسکن خطی (line scan) استفاده کنند. حقیقت این است که دوربینهای اسکن خطی (line scan)، تجهیزاتی ارزان قیمت برای تهیه عکسهایی با رزولوشن بالا هستند. تصاویر در رایانه در دسترس خواهند بود. سیستمهایی که روز به روز بر قدرت پردازششان افزوده میشود.
دوربینهای لاین اسکن چگونه کار میکنند؟
کاربرد بررسی حوزههای سنتی توسط دوربینهای لاین اسکن شامل آنالیز مواد پیوسته است.
دلیل اینکه چرا دوربینهای لاین اسکن بیشتر از دوربینهای اسکن منطقهای برای فرآیندهای پیوسته مناسب هستند؛ توسط تشریح طراحی اساس این دو فناوری ارائه میشود.
وابسته به نوع دوربین، دوربینهای اسکن منطقهای، تصاویر سنکرون یا متغیر آسنکرون سلسه تصاویر از جسم متحرک ارائه میکنند. در عمل تصویربرداری از اجسام متحرک از طریق تصویربرداریهای دارای همپوشانی صورت میپذیرد. این امر باعث انجام پردازشهای دردناک نرمافزاری میشود. حذف اعوجاج و سرهم کردن تصاویر از جمله این موارد است.
در سمت دیگر دوربینهای لاین اسکن، تنها دارای یک خط حساس به نور از پیکسلها هستند که بصورت ثابت اشیا متحرک را با فرکانس خط بالا تصویربرداری میکنند. معمولا رزولوشن دوربینهای لاین اسکن بین ۵۱۲ تا ۱۶۰۰۰ متغیر است. سنسورها با طول ۷میکرون، ۱۰میکرون و ۱۴میکرون بصورت عمومی در بازار موجود هستند. در رزولوشنهای بالا، اندازه پیکسلها به خاطر تامین تجهیزات اپتیکی در نظر گرفته شدهاند. برای مثال سنسوری با ۸۰۰۰ پیکسل و اندازه پیکسل ۸میکرون نیاز به لنزی با اندازه اپتیک حداقل به اندازه ۸سانتیمتر است.
در عمل، مقادیر پیکسلها درون ثبات افقی به صورت موازی ذخیره میشوند. این مقادیر بعدا میتوانند در رایانه ذخیره و پردازش شوند. به منظور نمایش این عمل، اگر دوربین لاین اسکن بخواهد جسمی بدون حرکت را با نرخ خط ثابت ۱۰۰۰ هرتز تصویربرداری کند. در رایانه ۱۰۰۰ خط میتواند با خطوط یکتا خاکستری در عرض ۱ ثانیه قرار بگیرد.
مهمترین مسئله انتخاب تنظیمات صحیح است
این مثال مشخص میکند که تصویر دوبعدی از جسم مسطح میتواند تنها در صورتی توسط دوربین لاین اسکن ایجاد شود که جسم در زیر دوربین با سرعت معینی حرکت کند. البته واضح است که دوربین لاین اسکن نیز میتواند با سرعت معین بر روی جسم حرکت کند و این امر نیاز برخی از کاربردها است.
نرخ خط دوربین باید با سرعت حرکت جسم در حال حرکت همگام سازی شود. اگر سرعت جسم متغیر است و سرعت قابل اندازهگیری نیست؛ شما مجبور هستید که نرخ خط را بر روی مقدار ثابتی قرار دهید. این امر سبب میشود که تصویر شکل گرفته در مانیتور بصورت فشرده شده و یا کش داده شده قابل دیدن باشد. اغلب سرعت کانوایرها یا تجهیزات دارای شتاب و یا توقف هستند. این امر باعث میشود که استفاده از نرخ ثابت غیر ممکن شود.
سختافزار باید شیوهای جهت تنظیم نرخ خط برای تطبیق با سرعت حاضر از مواد تحت بازرسی را ارائه کند. تنها بدین صورت است که آنالیز دوبعدی تصویر توسط الگوریتم نرمافزاری معنا مییابد.
در عمل این امر معمولا با استفاده از متصل کردن انکودر افزایشی به واحد درایو صورت میپذیرد. انکودر بازخورد موقعیت جسم را به سیستم دوربین لاین اسکن منتقل میکند.
شاید سادهترین و رایجترین مثال اسکن خطی (Line Scan) تصویر، ماشین فکس باشد. تصویربردار خطی از سنسوری تشکیلشده است که تنها از یک خط پیکسل (بهطور مؤثر یک بعد) تشکیلشده است. بدینصورت تصویر دوبعدی را تشکیل میدهد. تصاویر دوبعدی خط به خط با اسکن موفق خطوط، هنگامیکه شیء در برابر سنسور تصویر حرکت میکند؛ تشکیل میشوند.
مزایا و معایب دوربین لاین اسکن
دوربین اسکن خطی (Line Scan) با توجه به محدوده دید تعریفشده، معمولاً دارای رزولوشن بالاتری نسبت به چند دوربین اسکن منطقهای (Area Scan) است. این در حالی است که دوربین اسکن خطی (Line Scan) شامل هزینه کمتر و بدون تحمیل هزینه پردازشی برای یکی کردن چند تصویر است.
مزایا
مزیتهای دریافت تصویر بهصورت خطی شامل موارد زیادی است که از آن جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
نسبت قیمت به پیکسل: دوربین اسکن خطی (Line Scan) دارای مزیتی رقابتی نسبت به دوربینهای اسکن منطقهای (Area Scan) در دریافت تصاویری با رزولوشن بالا هستند.
محدوده پویا میتواند نسبت به روشهای موازی دیگر تصویربرداری بسیار بیشتر باشد.
Fill-factor پیکسل بالا (معمولاً ۱۰۰ درصد) بهمنظور ایجاد بیشترین حساسیت
تصاویر شفاف از اجسام در حال حرکت بدون نیاز به استروب گران یا عملیات شاتر طاقتفرسا
پردازش مؤثر: دوربین اسکن خطی (Line Scan) نیاز به حذف همپوشانی دو تصویر را در دوربینهای اسکن منطقهای (Area Scan) حذف میکند. همپوشانی فریم باعث به وجود آمدن دادههای غیرمفید میشود و پهنای باند مختص پردازش را اشغال میکند. این امر در کاربردهایی با رزولوشن بالا و سرعتبالا بسیار محسوس است.
معایب
در تصویربرداری با دوربین اسکن خطی (Line Scan) معمولاً خصوصیات نورپردازی و اپتیک باید یکسان باشد. نورپردازی باید بهصورت منطقی در تمام محدوده دید دوربین یکسان باشد.
زمان یکپارچهسازی در تصویربرداری خطی بسیار کوتاه است در نتیجه نورپردازی نیاز است؛ بسیار قوی باشد.
این دوربینها با توجه به طول سنسور خود نیازمند لنزهای بزرگی نیز هستند.
نمونه بازرسی محصول توسط دوربین اسکن خطی ( Line Scan Camera)
نتیجهگیری و جمعبندی نهایی
اگر در صنایع فلز، کاغذ، نساجی، بستهبندی یا الکترونیک فعالیت دارید و نیاز به بازرسی سطوح وسیع یا پیوسته با دقت میکرون دارید، دوربین اسکن خطی تنها راه حل ممکن است. اگرچه هزینه راهاندازی آن بالاست، اما در قبال ارائه کیفیت بازرسی غیرقابل مقایسه با روشهای سنتی، این هزینه به سرعت بازگشت داده میشود.
امیدوارم از مطلب ما درباره دوربینهای اسکن خطی (Line Scan) بهره کافی را برده باشید. همچنین اگر درباره این تجهیزات و نحوه کارکرد آنها دارای ابهام هستید؛ از ما بپرسید. اگر دارای تجربهای در این زمینه هستید نیز خوشحال میشویم از تجربیات شما استفاده کنیم!
سؤالات متدوال
دوربین اسکن خطی (Line Scan Camera) تصویر را خط به خط ثبت میکند، در حالی که دوربین اسکن ناحیهای (Area Scan Camera) کل تصویر را در یک لحظه شکار میکند. این ویژگی باعث میشود اسکن خطی برای بازرسی سطوح بسیار طویل یا رولشونده (مانند فولاد، کاغذ، پارچه) ایدهآل باشد، در حالی که اسکن ناحیهای برای اجسام ساکن یا با ابعاد محدود مناسبتر است.
نرخ خط حداکثر تعداد خطوطی است که دوربین در یک ثانیه ثبت میکند (واحد: کیلوهرتز). فرمول ساده محاسبه آن به این صورت است:
نرخ خط مورد نیاز (kHz) = (سرعت حرکت هدف (mm/s)) ÷ (اندازه پیکسل در جهت حرکت (mm))
هرچه نرخ خط بالاتر باشد، محصول میتواند با سرعت بیشتری روی خط تولید حرکت کند بدون اینکه وضوح تصویر کاهش یابد.
TDI (Time Delay Integration) فناوری است که در آن سنسور دوربین از چندین ردیف پیکسل (مثلاً ۱۲۸ یا ۲۵۶ ردیف) تشکیل شده است. با حرکت محصول، شارژ الکتریکی هر نقطه از ردیفی به ردیف بعدی منتقل و جمع میشود. نتیجه نهایی: افزایش چشمگیر حساسیت به نور بدون کاهش سرعت. این فناوری برای بازرسی در نور کم یا سرعتهای بسیار بالا (مانند بازرسی ویفرهای نیمههادی) حیاتی است.
پنج پارامتر کلیدی عبارتند از:
رزولوشن (Resolution): تعداد پیکسلها در هر خط (معمولاً ۲K، ۴K، ۸K یا ۱۶K)
نرخ خط (Line Rate): متناسب با سرعت خط تولید
نوع سنسور: تک رنگ (Monochrome) یا رنگی (Color) – TDI یا معمولی
نوع رابط (Interface): GigE Vision، ۵GigE، Camera Link، CoaXPress یا فیبر نوری
ابعاد فیزیکی و شرایط محیطی: دما، رطوبت، IP (مقاومت در برابر گرد و غبار و رطوبت)
اگر به دنبال تعادل بین کیفیت، قیمت و قابلیت اطمینان در پروژههای بینایی ماشین خود هستید، دوربینهای اسکن خطی ZDS گزینهای هوشمندانه و اثباتشده در صنایع مختلف هستند.
بازرسی مواد رولی (کاغذ، فولاد، پارچه)، بازرسی اجسام استوانهای (قوطی، لوله)، صنعت الکترونیک (پنل، ویفر)، بازرسی باتری لیتیوم-یون، و دستهبندی پستی در نوار نقالههای پرسرعت و ... .
