Flächenkameras vs. Zeilenkameras: Welche ist die richtige für Ihre Anwendung?

Dies ist eine der häufigsten Fragen, die Ingenieure bei der Spezifikation eines Bildverarbeitungssystems stellen, und die Antwort wird fast immer durch eines bestimmt: wie sich das zu prüfende Objekt durch das Sichtfeld bewegt.

Beide Technologien sind ausgereift, zuverlässig und weit verbreitet im Einsatz. Bei der Wahl geht es nicht darum, welche besser ist. Es geht darum, welche für Ihre spezifische Anwendung richtig ist. Treffen Sie die richtige Wahl, ist das Systemdesign unkompliziert. Treffen Sie die falsche Wahl, verbringen Sie Zeit und Geld damit, das falsche Werkzeug zum Funktionieren zu bringen.

Wie sie funktionieren

Flächenkameras erfassen ein vollständiges zweidimensionales Bild in einer einzigen Belichtung, wie beim Fotografieren. Der Sensor besitzt ein Raster von Pixeln (zum Beispiel 2448 x 2048), und jedes Pixel wird gleichzeitig belichtet (Global Shutter) oder zeilenweise (Rolling Shutter). Die Kamera wird ausgelöst, erfasst ein Bild, und dieses Bild wird verarbeitet. Dies ist der Standardansatz für die Mehrheit der Bildverarbeitungsanwendungen.

Zeilenkameras erfassen jeweils eine Pixelzeile und bauen ein vollständiges Bild auf, während sich das Objekt an der Kamera vorbeibewegt. Stellen Sie sich das wie einen Flachbettscanner vor: Der Sensor ist eine einzelne Pixelzeile (zum Beispiel 4096 Pixel breit), und das Bild wird Zeile für Zeile aufgebaut, während sich das Objekt bewegt. Die Kamera löst kontinuierlich aus, synchronisiert mit der Bewegung des Objekts, und das resultierende Bild kann so lang sein, wie Sie es benötigen.

Wann Flächenkameras eingesetzt werden

Flächenkameras sind die richtige Wahl für die Mehrheit der Bildverarbeitungsanwendungen. Wenn das Objekt während der Inspektion stillsteht (ausgelöst durch einen Sensor, wenn es an einer Station ankommt) oder wenn sich das Objekt bewegt, aber das Sichtfeld klein genug ist, um es in einer einzigen Aufnahme ohne Bewegungsunschärfe zu erfassen, ist die Flächenkamera einfacher, günstiger und leichter zu integrieren.

Typische Flächenkamera-Anwendungen umfassen Anwesenheitsprüfungen, das Lesen von Barcodes und Etiketten an Inspektionsstationen, dimensionale Messungen an stillstehenden Teilen, Roboterführung und die Erkennung von Oberflächenfehlern an einzelnen Bauteilen. Die Kamera löst aus, erfasst ein Bild, verarbeitet es und wartet auf das nächste Teil.

Wann Zeilenkameras eingesetzt werden

Zeilenkameras sind die richtige Wahl, wenn sich das Objekt kontinuierlich an der Kamera vorbeibewegt und Sie die gesamte Oberfläche inspizieren müssen, ohne die Linie anzuhalten. Die klassischen Anwendungen sind die Bahninspektion (Papier, Folie, Metallfolie, Textilien), die förderbandbasierte Inspektion, bei der sich Objekte mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, die Inspektion zylindrischer Oberflächen (Flaschen, Dosen, Walzen) und die Druckqualitätsprüfung.

Der entscheidende Vorteil der Zeilenkamera ist die Auflösung über die Breite. Eine 4K-Zeilenkamera erfasst 4.096 Pixel über das Objekt hinweg in jeder Zeile. Um dieselbe Querbreitenauflösung mit einer Flächenkamera zu erreichen, bräuchten Sie einen Sensor mit mindestens 4.096 Pixeln in einer Dimension, und Sie müssten ihn schnell genug auslösen, um Lücken zwischen den Bildern zu vermeiden. Bei höheren Auflösungen (8K, 16K) ist die Zeilenkamera die einzige praktikable Option, da Flächenkamera-Sensoren in diesen Auflösungen entweder nicht existieren oder nicht mit den erforderlichen Bildraten laufen können.

Kurzvergleich

Die Kostenfalle: Flächenkameras zur Vermeidung von Zeilenkameras einsetzen

Einer der häufigsten Spezifikationsfehler, die wir sehen, ist, dass Ingenieure für eine Anwendung mit kontinuierlicher Bewegung eine Flächenkamera wählen, weil Zeilenkameras traditionell teurer waren. Die Überlegung lautet: "Ich löse die Flächenkamera schnell genug aus, um das Objekt bei der Vorbeibewegung zu erfassen, und das wird günstiger als ein Zeilenkamerasystem."

Manchmal funktioniert das. Wenn sich das Objekt langsam bewegt, das Sichtfeld schmal ist und die Auflösungsanforderung bescheiden ist, kann eine schnelle, mit hoher Rate ausgelöste Flächenkamera akzeptable Ergebnisse liefern. Aber es gibt reale Kosten bei diesem Ansatz, die leicht unterschätzt werden.

Das Auslösen einer Flächenkamera mit sehr hohen Raten, um eine zeilenweise Abdeckung zu simulieren, belastet das gesamte System erheblich: die Kamera, die Schnittstellenbandbreite, den Frame Grabber (falls verwendet) und die Verarbeitungspipeline. Der Datendurchsatz kann enorm sein, da Sie vollständige Bilder mit hoher Frequenz übertragen statt einzelner Zeilen. Die Software muss diese Bilder zusammenfügen, Überlappungen oder Lücken zwischen Triggern handhaben und das resultierende Datenvolumen bewältigen. Und wenn das Trigger-Timing nicht perfekt mit der Objektbewegung synchronisiert ist, entstehen Lücken oder Verzerrungen in der Inspektionsabdeckung.

Eine Zeilenkamera, die dieselbe Aufgabe erledigt, erzeugt weniger Daten (einzelne Zeilen, keine vollständigen Bilder), synchronisiert sich auf natürliche Weise mit der Objektbewegung über einen Encoder und ist von Grund auf genau für diese Art von Anwendung konzipiert. Die Kamera mag mehr kosten, aber die Gesamtsystemkosten, einschließlich Integrationsaufwand, Verarbeitungshardware und Entwicklungszeit, sind oft niedriger.

Die Preislücke schließt sich

Einer der Gründe, warum Ingenieure Zeilenkameras historisch gemieden haben, war der Preis. Zeilenkameras im Einstiegssegment waren deutlich teurer als vergleichbare Flächenkamera-Modelle. Das hat sich geändert.

Die Teledyne Tetra Palette beispielsweise bringt Zeilenkameras mit 2K- bis 8K-Auflösung, 2,5GigE-Schnittstellen und Funktionen wie Super Resolution und HDR auf ein Preisniveau, das zuvor nur für Flächenkameras verfügbar war. Für Anwendungen, bei denen die Zeilenkamera der technisch richtige Ansatz ist, ist das Kostenargument für das Erzwingen einer Flächenkamera in diese Rolle weitgehend verschwunden. Teledyne Tetra Blog

Ein einfacher Entscheidungsrahmen

Stellen Sie sich drei Fragen:

Bewegt sich das Objekt kontinuierlich an der Kamera vorbei? Falls ja, ist die Zeilenkamera fast sicher die richtige Wahl. Wenn das Objekt für die Inspektion anhält, die Flächenkamera.

Benötigen Sie mehr als ca. 5.000 Pixel Auflösung über die Breite des Objekts? Falls ja, die Zeilenkamera. Flächenkamera-Sensoren über 5.000 Pixel in einer Dimension existieren, werden aber teuer und langsam.

Ist das Objekt länger als breit (oder praktisch unendlich, wie eine Materialbahn)? Falls ja, die Zeilenkamera. Sie baut Bilder unbegrenzter Länge auf. Eine Flächenkamera müsste wiederholt ausgelöst werden, und die Bilder müssten zusammengefügt werden, was zusätzliche Komplexität ohne Nutzen bedeutet.

Ist die Antwort bei allen drei Fragen Nein, ist die Flächenkamera die einfachere und kosteneffektivere Wahl.

Nicht sicher, welcher Ansatz der richtige ist?

Falls Sie unsicher sind, ob Ihre Anwendung eine Flächenkamera oder eine Zeilenkamera benötigt, kann Ihnen das Engineering-Team von Clearview bei der Bewertung der Optionen helfen. Unsere Insights-Testlabore sind mit beiden Kameratypen in einer Reihe von Auflösungen und Schnittstellen ausgestattet, und wir können Ihre Muster unter realen Bedingungen testen, um festzustellen, welcher Ansatz die besten Ergebnisse für Ihre spezifische Anwendung liefert.

Kontaktieren Sie uns: info@clearview-imaging.com | +44 (0)1844 217270

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