Zeilenkameras

Eine Zeilenkamera nimmt fortlaufend einzelne Sensorzeilen auf. Durch die relative Bewegung des Materials werden diese Zeilen zu einem zweidimensionalen Bild zusammengesetzt.

Besonders bei: endlosen Materialbahnen sehr breiten Objekten kontinuierlicher Produktion sehr hoher Auflösung rotierenden Zylindern Bahninspektion

Damit wird ungefähr die Anzahl der Sensorpixel entlang einer Zeile angegeben. Beispielsweise besitzt eine 8K-Zeilenkamera ungefähr 8.000 Pixel in Scanrichtung. Basler bietet aktuelle Line-Scan-Systeme bis 16K an.

Eine Farbzeilenkamera erzeugt Farbinformationen aus mehreren farbempfindlichen Pixelzeilen oder anderen multispektralen Sensorkonzepten. Da die Farbkanäle räumlich bzw. zeitlich versetzt aufgenommen werden können, ist die Bewegungssynchronisation besonders wichtig.

Ein bilinearer Zeilensensor verwendet zwei Sensorzeilen. Je nach Sensordesign können damit beispielsweise unterschiedliche Farb- oder Helligkeitsinformationen aufgenommen werden.

Ein trilinearer Farbsensor besitzt typischerweise getrennte Sensorzeilen für Rot, Grün und Blau. Da diese Zeilen physisch versetzt sind, müssen die Farbinformationen passend zur Objektbewegung räumlich korrigiert werden.

Eine multispektrale Kamera erfasst mehrere Spektralbereiche. Beispielsweise können sichtbare Farbinformationen und NIR kombiniert werden.

Objektauflösung quer zur Bewegung = Sichtfeld / Pixelanzahl Beispiel: FOV = 500 mm Sensor = 4.096 Pixel 500 / 4.096 = 0,1221 mm/Pixel

Für annähernd quadratische Objektpixel sollte der Weg zwischen zwei aufgenommenen Zeilen ungefähr der horizontalen Objektauflösung entsprechen. Zeilenrate = Objektgeschwindigkeit / gewünschter Zeilenabstand Beispiel: Geschwindigkeit = 1.000 mm/s gewünschter Zeilenabstand = 0,122 mm 1.000 / 0,122 ≈ 8.197 Zeilen/s also ungefähr: 8,2 kHz

Ist die Zeilenrate im Verhältnis zur Bewegung zu gering oder zu hoch, wird das Bild in Bewegungsrichtung gestreckt bzw. gestaucht. Die Geometrie wird also falsch dargestellt.

Wenn die Fördergeschwindigkeit schwankt, reicht eine konstante zeitbasierte Zeilenrate nicht aus. Ein Encoder misst die tatsächliche Bewegung. Die Zeilenaufnahme kann anschließend proportional zum real zurückgelegten Weg ausgelöst werden.

Ein Quadraturencoder stellt typischerweise zwei phasenverschobene Signale A und B zur Verfügung. Dadurch können Bewegung und Bewegungsrichtung ausgewertet werden.

Ein Divider reduziert die Anzahl der für die Bildaufnahme verwendeten Encoderimpulse. Ein Multiplier bzw. Rate Converter erzeugt rechnerisch eine feinere bzw. angepasste Triggerfrequenz. Framegrabber wie die Coaxlink-Serie bieten dafür programmierbare Rate-Converter-Funktionen.

Das Pixel-Seitenverhältnis beschreibt das Verhältnis der effektiven Pixelgröße in X- und Y-Richtung im erzeugten Objektbild. Bei Line Scan wird die X-Auflösung optisch durch Sensor und FOV bestimmt, die Y-Auflösung durch Geschwindigkeit und Zeilenrate. Für geometrisch korrekte Abbildungen wird häufig ein Verhältnis von ungefähr 1:1 angestrebt.

TDI bedeutet Time Delay Integration. Mehrere Sensorstufen integrieren das Signal eines bewegten Objekts synchron zur Bewegung. Dadurch lässt sich mehr Lichtinformation sammeln und die Empfindlichkeit erhöhen.

Nicht automatisch. TDI erhöht in erster Linie die nutzbare Lichtempfindlichkeit bzw. Signalmenge bei hoher Geschwindigkeit. Basler weist ausdrücklich darauf hin, dass TDI nicht automatisch die Line Rate erhöht.

Meist wird eine hochintensive Linienbeleuchtung verwendet. Mit zunehmender Materialgeschwindigkeit und Zeilenrate sinkt die verfügbare Belichtungszeit – dadurch steigt normalerweise der benötigte Lichtstrom.

Die Zeilenrate passt nicht zur Materialgeschwindigkeit. Lösung: korrekte Line Rate berechnen Encoder verwenden Rate Converter einstellen Pixel Aspect Ratio prüfen

mm/Pixel = Scanbreite / Anzahl Zeilenpixel

Line Rate [Hz] = Geschwindigkeit [mm/s] / Zeilenabstand [mm]

Datenrate = Pixel/Zeile × Zeilen/s × Bit/Pixel / 8

Geschwindigkeit, Zeilenrate und Encoder müssen aufeinander abgestimmt sein.