La diferencia y la aplicación de la cámara de escaneo de línea y la cámara de escaneo de área

Comprender la diferencia básica entre la cámara de escaneo de líneas y la cámara de escaneo de área

Las cámaras industriales se pueden dividir en cámaras de escaneo de área y cámaras de escaneo de línea de acuerdo con las características estructurales de los sensores. Las cámaras de escaneo de área y las cámaras de escaneo de línea tienen sus propias ventajas y desventajas. Es muy importante elegir una cámara industrial con estructura de sensor adecuada en diferentes utiliza.

1. Distinción de tipos

Cámara de escaneo de área: la realización es el disparo de matriz de píxeles. En la imagen tomada por la cámara, los detalles de la imagen no están determinados por el número de píxeles, sino por la resolución. La resolución está determinada por la distancia focal de la lente seleccionada. Para la misma cámara, la resolución es diferente si elige una lente con una distancia focal diferente. El número de píxeles no determina la resolución (nitidez) de la imagen, entonces, ¿cuáles son los beneficios de una cámara de píxeles grandes? Solo hay una respuesta: reducir el número de disparos y aumentar la velocidad de prueba.

Cámara de exploración de líneas: como sugiere el nombre, tiene forma de "línea". Aunque también es una imagen bidimensional, es extremadamente larga. La longitud es de unos pocos K, pero el ancho es de solo unos pocos píxeles. Generalmente, este tipo de cámara solo se usa en dos situaciones:

Primero, el campo de visión medido es una tira delgada, que se usa principalmente para el problema de detección en el tambor.
2. Necesita un gran campo de visión o una precisión extremadamente alta.

En el segundo caso (que requiere un campo de visión muy grande o una precisión extremadamente alta), es necesario usar el dispositivo de excitación para excitar la cámara varias veces, tomar múltiples fotografías y luego combinar las múltiples imágenes tomadas en forma de "tira" En una imagen enorme. Por lo tanto, para usar una cámara de escaneo de líneas, debe usar una tarjeta de captura que admita la cámara de escaneo de líneas.

La cámara de escaneo lineal es cara y, en el caso de un gran campo de visión o detección de alta precisión, su velocidad de detección también es lenta: la imagen de una cámara general es 400K ～ 1M, y la imagen combinada es tan grande como varios M Naturalmente, es lento. El trabajo lento funciona bien.

Debido a las dos razones anteriores, las cámaras de escaneo de línea solo se utilizan en circunstancias muy especiales.

2. Comparación de aplicaciones:

Cámara de escaneo de área: una amplia gama de aplicaciones, como área, forma, tamaño, posición e incluso medición de temperatura.

Cámara de escaneo lineal: se utiliza principalmente en el procesamiento de imágenes en los campos de la industria, el tratamiento médico, la investigación científica y la seguridad. El área de aplicación típica es la detección de materiales continuos, como metales, plásticos, papel y fibras. El objeto a detectar generalmente se mueve a una velocidad constante, y una o más cámaras se utilizan para escanearlo línea por línea para lograr una detección uniforme de toda su superficie. Puede procesar la imagen línea por línea o procesar la imagen del área compuesta por varias líneas. Además, la cámara de escaneo de línea es muy adecuada para ocasiones de medición, gracias a la alta resolución del sensor, puede medir con precisión hasta micrones.

3. Comparación de ventajas

Cámara de escaneo de área: puede obtener información de imagen bidimensional y la imagen de medición es intuitiva.

Cámara de escaneo lineal: el número de píxeles unidimensionales puede ser muchos, pero el elemento de imagen total es menor que el de la cámara de escaneo de área, y el tamaño de píxel es más flexible y el número de fotogramas es alto. Es especialmente adecuado para la medición de objetivos dinámicos unidimensionales. Además, la matriz lineal tiene alta resolución y bajo precio (?), Lo que puede cumplir con los requisitos de la mayoría de los sitios de medición.

4. Comparación de desventajas

Cámara de escaneo de área: el número total de píxeles es grande, y el número de píxeles en cada fila es generalmente menor que el de la matriz lineal, y la velocidad de fotogramas es limitada, por lo que tiene una amplia gama de aplicaciones, como área, forma, tamaño, posición e incluso medición de temperatura. Debido a las limitaciones de la tecnología de producción, el área de una matriz de área única difícilmente puede cumplir con los requisitos de los sitios de medición industriales generales.

Cámara de escaneo lineal: para obtener una imagen bidimensional con un arreglo lineal, debe estar equipada con un movimiento de escaneo, y para determinar la posición correspondiente de cada píxel de la imagen en la pieza de prueba, también debe estar equipada con un ráster y otros dispositivos para registrar cada línea Las coordenadas de la línea de exploración. En términos generales, estos dos requisitos conducen a las siguientes deficiencias en la adquisición de imágenes con matrices lineales: tiempo de adquisición de imágenes prolongado y baja eficiencia de medición; debido a la existencia de movimiento de escaneo y los enlaces de retroalimentación de posición correspondientes, la complejidad y el costo del sistema aumentan; precisión de la imagen Puede reducirse debido a la influencia de la precisión del movimiento de exploración y, en última instancia, afectar la precisión de la medición.

Adjunto: Selección de cámara de escaneo de línea y cámara de escaneo de área

Primero comprenda el sistema de escaneo de línea, este sistema generalmente se puede usar entre el objeto medido y la cámaraMovimiento relativoEn el caso de recolección de alta velocidad por una cámara de escaneo de línea, cada vez que se recolecta una línea, se moverá a la siguiente unidad de longitud y continuará recolectando la siguiente línea. De esta manera, después de un período de tiempo, dos Se ensambla una imagen dimensional, que es similar a una superficie. Las imágenes recopiladas por la cámara de matriz,La diferencia es que la altura puede ser infinitamente larga.. A continuación, utilice un software para cortar esta imagen "infinitamente larga" en una imagen de cierta altura y procesarla en tiempo real o guardarla en la caché para su posterior procesamiento.

Parte de visión, incluida la cámara de escaneo de líneas, lente, fuente de luz, tarjeta de captura de imágenes y software de visión;

Parte de control de movimiento, que incluye motor, controlador de motor, tarjeta de control de movimiento o PLC, para garantizar que la imagen capturada esté sincronizada con la cinta transportadora, a veces se necesita un codificador.

debido aEl escaneo de líneas tiene una gran cantidad de información, por lo que se necesita una computadora industrial de alto rendimiento, Configure la memoria y el disco duro de gran capacidad, la placa base debe proporcionar ranuras PCI, PCI-E o PCI-X.

En términos generales, la selección de la configuración de un sistema de visión de matriz de área se realiza en este orden:

Cámara + tarjeta de captura -> lente -> fuente de luz

El proyecto de matriz lineal también es similar. De acuerdo con los requisitos de velocidad y precisión de detección del sistema, determine la resolución y la velocidad de exploración de línea de la cámara CCD de matriz lineal y determine la tarjeta de captura correspondiente. Solo es necesario considerar la lente cuando seleccionar la montura de la lente de la cámara de matriz lineal, seleccionar y finalmente determinar la selección de la fuente de luz.

Selección de cámara de escaneo de línea (cámara industrial de escaneo de línea)

Calcule la resolución: divida el ancho por la precisión de detección mínima para obtener los píxeles necesarios para cada
línea Cámara seleccionada: divida el ancho por el número de píxeles para obtener la precisión de detección real La
longitud de la velocidad de movimiento por segundo dividida por la la precisión es el número de líneas de escaneo por segundo.
De acuerdo con lo anterior Cámara seleccionada numéricamente

Si el ancho es de
1600 mm, la precisión es de 1 mm y la velocidad de movimiento es de 22000 mm / s. Cámara: 1600/1 = 1600 píxeles, al
menos 2000 píxeles, seleccione la cámara 2k 1600/2048
= 0,8, precisión real
22000 mm / 0,8 mm = Se
debe seleccionar 27.5KHz La cámara es una cámara de 28kHz de 2048 píxeles

Selección de lente lineal

¿Por qué debería tenerse en cuenta la selección del objetivo al elegir una cámara? Las resoluciones de las cámaras de escaneo de línea comunes son actualmente 1K, 2K, 4K, 6K, 7K, 8K, 12K y los tamaños de píxel son 5um, 7um, 10um y 14um. El tamaño del chip varía de 10.240 mm (1Kx10um) a 86.016 mm (12Kx7um) varía. Obviamente, la interfaz C está lejos de cumplir con los requisitos, porque la interfaz C solo se puede conectar a un chip de 22 mm, que es de 1,3 pulgadas. Muchas cámaras tienen interfaces como F, M42X1, M72X0.75, etc. Diferentes interfaces de lentes corresponden a diferentes distancias de brida, lo que determina la distancia de trabajo de la lente.

1. Ampliación óptica (β, ampliación)

Una vez que se determinan la resolución de la cámara y el tamaño del píxel, se puede calcular el tamaño del sensor; el tamaño del chip dividido por el campo de visión (FOV) es igual al aumento óptico. β = CCD / FOV

2. Interfaz (montaje):

Hay principalmente C, M42x1, F, T2, Leica, M72x0.75, etc. Después de confirmar, se puede conocer la longitud de la interfaz correspondiente.

3.Distancia de la brida

El enfoque posterior se refiere a la distancia desde el plano de interfaz de la cámara hasta el chip. Es un parámetro muy importante y lo determina el fabricante de la cámara de acuerdo con su propio diseño de trayectoria óptica. Las cámaras de diferentes fabricantes, incluso si tienen la misma interfaz, pueden tener un enfoque posterior diferente.

Con aumento óptico, interfaz y enfoque posterior, se puede calcular la distancia de trabajo y la longitud del círculo de paso. Después de elegir estos, hay otro vínculo importante, que es ver si el valor MTF es lo suficientemente bueno. Muchos ingenieros visuales no entienden el MTF y, en el caso de lentes de alta gama, se debe utilizar MTF para medir la calidad óptica. MTF cubre una gran cantidad de información, como el contraste, la resolución, la frecuencia espacial, la aberración cromática, etc., y expresa la calidad óptica alrededor del centro y los bordes de la lente con gran detalle. No solo la distancia de trabajo y el campo de visión cumplen con los requisitos, sino que el contraste de los bordes no es lo suficientemente bueno, sino también para reconsiderar si elegir una lente de mayor resolución.

Selección de fuente de luz de matriz de línea de exploración de línea

Las lámparas halógenas también se denominan fuentes de luz de fibra óptica. Se caracterizan por un brillo extremadamente alto, pero sus deficiencias también son obvias: una vida útil corta, solo unas 1000-2000 horas, y las bombillas deben reemplazarse con frecuencia. La fuente de luz es una bombilla halógena, que pasa a través de una lente óptica especial y un sistema de división de luz, y finalmente sale a través de una fibra óptica. La potencia de la fuente de luz es muy grande, hasta 250 vatios. La lámpara halógena también tiene un nombre llamado fuente de luz fría, porque después de la transmisión a través de la fibra óptica, el extremo de la luz no está caliente y la temperatura de color es estable. Es adecuada para aplicaciones sensibles a la temperatura ambiente, como la iluminación de un instrumento de medición bidimensional. La lámpara halógena utilizada para el escaneo de líneas a menudo agrega una lente condensadora de vidrio a la salida de luz para enfocar más y mejorar el brillo de la fuente de luz. Para fuentes de luz de línea más larga, también se utilizan varios grupos de fuentes de luz halógena para proporcionar iluminación para una fibra óptica al mismo tiempo.

Las lámparas fluorescentes de alta frecuencia tienen principios luminosos similares a los de las lámparas fluorescentes, excepto que el tubo es un producto de grado industrial, que es adecuado para iluminación de áreas grandes y tiene un alto brillo.

Bajo costo, pero la mayor desventaja de las lámparas fluorescentes es el parpadeo y la rápida descomposición. Las lámparas fluorescentes deben requerir energía de alta frecuencia, es decir, la frecuencia de parpadeo de la fuente de luz es mucho más alta que la frecuencia de la cámara para recolectar imágenes (frecuencia de escaneo de línea para cámaras de escaneo de línea) para eliminar el parpadeo de la imagen. La fuente de alimentación dedicada de alta frecuencia puede alcanzar 60 KHz.

La fuente de luz LED es actualmente la principal fuente de luz de visión artificial. Se caracteriza por una larga vida útil, buena estabilidad y muy bajo consumo de energía.

1. Fuente de alimentación de CC, sin parpadeo.
2. La fuente de luz LED profesional tiene una vida útil muy larga. (Por ejemplo, la vida útil de la IA estadounidense es de 50.000 horas y el brillo no es inferior al 50%)

3. El brillo también es muy alto, cercano al brillo de una lámpara halógena, y continúa aumentando con la mejora de la tecnología LED. (En la actualidad, el brillo de la fuente de luz de la línea American AI es tan alto como 90000LUX)

3. Puede diseñarse de manera flexible en fuentes de luz en línea con diferentes estructuras, como luz directa, con lente de condensador, luz de fondo, coaxial y fuentes de luz de línea de reflexión difusa en forma de cuenco.

4. Hay muchos colores para elegir, incluidos rojo, verde, azul, blanco, infrarrojo y ultravioleta. Según las características de la superficie y los materiales de los diferentes objetos probados, se seleccionan fuentes de luz de diferentes colores, es decir, diferentes longitudes de onda, para obtener mejores imágenes.

Análisis del ángulo entre la cámara de exploración de líneas, la fuente de luz y el objeto medido

Tomando como ejemplo la inspección de vidrio, los defectos que deben detectarse son: puntos sucios, piedras, impurezas, burbujas, rayones, grietas, roturas, etc., que se pueden dividir aproximadamente en dos categorías, una en la superficie del vidrio y la otro en el interior del vaso. Los diferentes defectos muestran diferentes niveles de gris en la imagen, incluidos el negro, el blanco y el gris, y el contraste del defecto cambiará en diferentes ángulos de iluminación de la fuente de luz o ángulos de aceptación de la cámara, como cuando está en ángulo, el contraste de cierto tipo de defecto. es el mejor, pero otros defectos pueden ser inferiores o incluso invisibles en absoluto. De esta manera, se necesitan muchos análisis y combinaciones para determinar la selección final de la fuente de luz y el ángulo relativo entre la cámara, la fuente de luz y el objeto medido. Como se muestra en la figura siguiente, la cámara y la fuente de luz se instalan en diferentes ángulos y se prueban por separado.

apagar:

Los puntos sucios, las fuentes de luz frontales o las luces de fondo son más fáciles de resaltar;

Las piedras y las impurezas requieren una iluminación frontal cercana a la iluminación de penetración normal o posterior;

La forma de la burbuja no es fija, y se debe analizar el motivo y la dirección de la formación, y se debe usar la luz de fondo;

Los arañazos y roturas se resaltan fácilmente con la iluminación frontal de ángulo bajo.

Grieta, necesita vista lateral trasera

Además, los defectos anteriores no son independientes, sino que se afectan entre sí. Las estadísticas y el análisis son los siguientes.

En base a los factores anteriores, finalmente se seleccionó la combinación de luz de fondo oblicua e iluminación frontal, y la cámara se instaló cerca de la dirección normal.

Depuración de fuente de luz y lente

Para el sistema de escaneo de líneas, el área de trabajo efectiva de la fuente de luz y la cámara es una franja estrecha. Eso es para garantizar que la fuente de luz sea completamente paralela a la franja estrecha más brillante y al chip de la cámara; de lo contrario, solo se puede capturar un punto brillante que se cruza. Por lo tanto, la instalación mecánica y la depuración requieren más tiempo. Al mismo tiempo, debido a la anchura relativamente amplia, existen dos requisitos especiales para la fuente de luz lineal, a saber, uniformidad y linealidad. Debido a que la diferencia entre el brillo y la oscuridad en diferentes posiciones de la fuente de luz de línea afectará directamente el brillo de la imagen, esto se controla mejor con LED que con lámparas halógenas. La linealidad de la parte emisora ​​de luz depende de la consistencia del ángulo de emisión de luz del LED, la linealidad de la lente del condensador y la linealidad de la carcasa de la fuente de luz lineal.

Debido al complicado entorno in situ, los clientes siempre quieren dedicar más tiempo a la depuración del sitio. Pero como mencionamos anteriormente en la prueba de ángulo relativo y el análisis de la cámara, la fuente de luz y el objeto medido, muchos factores afectarán directamente el efecto de detección. Por lo tanto, le recomendamos que primero haga pruebas de laboratorio y luego vaya al sitio para depurar después de tener un plan. Esto será lo más seguro y mejorará la eficiencia de la depuración. Después de todo, el servicio también tiene un costo. Además de la estructura mecánica del sistema de escaneo de líneas, sus componentes principales también incluyen visión artificial y control de movimiento.

Selección de lente y cámara de exploración de área

Conocido: el tamaño del objeto detectado es A * B, se requiere poder distinguir menos de C, y la distancia de trabajo es D. Solución:

1. Calcule el número de píxeles correspondiente al lado corto E = B / C, el número de píxeles del lado largo y del lado corto de la cámara debe ser mayor que E;

2. Tamaño de píxel = tamaño B del lado corto del objeto / número de píxeles del lado corto de la cámara seleccionada;

3. Ampliación = el tamaño del lado corto del chip de cámara seleccionado / el campo de visión del lado corto de la cámara;

4. Precisión del objeto resoluble = tamaño de píxel / aumento (juzgue si es menor que C);

5. La distancia focal de la lente del objetivo = distancia de trabajo / (1 + 1 / aumento) unidad: mm;

6. La resolución del plano de la imagen debe ser superior a 1 / (2 aumentos 0,1 ) Unidad: lpmm;

   Los cálculos anteriores son solo para los parámetros principales del objetivo. Otros, como la distorsión y la profundidad de campo, se pueden seleccionar de acuerdo con los requisitos reales.
   En vista de la influencia de la velocidad y el tiempo de exposición, si el objeto tiene manchas.
   Conocido: determine que el rango de cada detección es de 80 mm 60 mm, cámara CCD de 2 millones de píxeles (1600 * 1200), la velocidad de movimiento de la cámara u objeto es de 12 m / min = 200 mm / s.
   Cálculo del tiempo de exposición: 1. Tiempo de exposición <campo de visión del lado largo / (valor de píxel del lado largo * velocidad de movimiento del producto)

7. Tiempo de exposición <80 mm / (1600 ∗ 250 mm / s) 3. Tiempo de exposición <0,00025 s;

Resumen: Por lo tanto, el tiempo de exposición debe ser inferior a 0,00025 s, para que la imagen no tenga manchas.

Cita de: https://mp.weixin.qq.com/s/dpuTyuVQEHGzuElTe8YIrg