У сфері технологій обробки зображень і скануючі камери, і традиційні датчики відіграють вирішальну роль, але вони працюють за принципово різними принципами. Розуміння цих відмінностей має важливе значення для вибору відповідної технології для конкретного застосування, незалежно від того, чи йдеться про захоплення зображень із високою роздільною здатністю чи виконання точних вимірювань. Камери сканування, на відміну від своїх традиційних аналогів, створюють зображення послідовно, рядок за рядком, пропонуючи унікальні переваги в певних сценаріях.
Розуміння традиційних датчиків
Традиційні датчики зображення, такі як CCD (пристрій із зарядовим зв’язком) і CMOS (комплементарний метал-оксид-напівпровідник) датчики, захоплюють весь кадр зображення одночасно. Ці датчики складаються з сітки пікселів, кожен з яких представляє одну точку інтенсивності світла. Коли світло потрапляє на датчик, кожен піксель накопичує електричний заряд, пропорційний інтенсивності світла. Потім цей заряд зчитується для створення цифрового зображення.
ПЗЗ-сенсори відомі своєю високою якістю зображення та низьким рівнем шуму, що робить їх придатними для застосувань, які вимагають виняткової чіткості. Однак вони, як правило, дорожчі та споживають більше енергії, ніж сенсори CMOS. Датчики CMOS, з іншого боку, пропонують переваги з точки зору вартості, енергоефективності та можливостей інтеграції. Вони широко використовуються в смартфонах, цифрових камерах і різноманітних вбудованих системах бачення.
Основні характеристики традиційних датчиків:
- Глобальний затвор: у багатьох традиційних датчиках використовується глобальний затвор, тобто всі пікселі піддаються дії світла одночасно. Це вкрай важливо для зйомки об’єктів, що швидко рухаються, без спотворень.
- Зйомка на основі кадрів: все зображення захоплюється в одному кадрі, що дозволяє обробляти та аналізувати зображення в реальному часі.
- Широка доступність: традиційні датчики доступні в різних розмірах, роздільній здатності та характеристиках продуктивності.
Заглиблення в скануючі камери
Скануючі камери, на відміну від традиційних датчиків, не захоплюють весь кадр зображення відразу. Замість цього вони використовують лінійний датчик або одноелементний датчик для сканування сцени лінія за лінією або точка за точкою. Камера рухається механічно або електронно, щоб охопити все поле зору, послідовно створюючи зображення. Цей процес схожий на те, як планшетний сканер оцифровує документ.
Одним із поширених типів скануючих камер є камера лінійного сканування, яка використовує один ряд пікселів для захоплення одновимірного зображення. Потім цей рядок переміщується по сцені, щоб створити двовимірне зображення. Іншим типом є камера точкового сканування, яка використовує один піксель або невеликий масив пікселів для сканування сцени по точках.
Основні характеристики скануючих камер:
- Рухомий затвор: камери сканування зазвичай використовують рухомий затвор, де різні лінії зображення експонуються в різний час. Це може призвести до спотворення під час зйомки об’єктів, що швидко рухаються.
- Послідовне отримання: зображення створюється послідовно, лінія за лінією або точка за точкою, що вимагає точної синхронізації та контролю.
- Потенціал високої роздільної здатності: скануючі камери можуть досягати надзвичайно високої роздільної здатності завдяки точному контролюванню процесу сканування.
Основні відмінності: детальне порівняння
Принципова відмінність полягає в способі отримання зображення. Традиційні сенсори захоплюють все зображення за один раз, тоді як скануючі камери створюють зображення послідовно. Це призводить до кількох важливих відмінностей щодо продуктивності, програм і обмежень.
Механізм затвора: традиційні датчики часто використовують глобальний затвор, захоплюючи всі пікселі одночасно. У скануючих камерах переважно використовується рухомий затвор, який може вносити спотворення під час зображення рухомих об’єктів. Це пояснюється тим, що верхня частина зображення зафіксована в дещо інший час, ніж нижня.
Роздільна здатність і якість зображення: скануючі камери мають потенціал для досягнення надзвичайно високої роздільної здатності, оскільки процес сканування можна точно контролювати. Традиційні датчики обмежені щільністю пікселів на сенсорі. Однак традиційні датчики зазвичай пропонують кращу якість зображення з точки зору шуму та динамічного діапазону, особливо в умовах слабкого освітлення.
Швидкість і пропускна здатність. Традиційні датчики з їх отриманням на основі кадрів зазвичай пропонують вищу частоту кадрів і пропускну здатність, ніж скануючі камери. Скануючі камери обмежені швидкістю механізму сканування та швидкістю зчитування датчика. Однак для статичних або повільних сцен вища роздільна здатність скануючих камер може бути значною перевагою.
Застосування. Традиційні датчики широко використовуються в споживчій електроніці, медичній візуалізації та системах спостереження. Камери сканування знаходять застосування в інспекції промисловості, скануванні документів і 3D-скануванні, де висока роздільна здатність і геометрична точність є першочерговими.
Ключові відмінності підсумовані:
- Отримання зображення: традиційні датчики знімають повний кадр; скануючі камери отримують дані рядок за рядком або пункт за пунктом.
- Тип затвора: глобальний затвор (традиційний) проти рулонного затвора (сканування).
- Потенціал роздільної здатності: зазвичай нижчий (традиційний) порівняно з потенційно дуже високим (сканування).
- Швидкість/пропускна здатність: вище (традиційне) проти нижчого (сканування).
- Застосування: широкі (традиційні) проти спеціалізованих (сканування).
Переваги та недоліки
Кожна технологія має власний набір сильних і слабких сторін. Вибір правильного значною мірою залежить від конкретних вимог програми.
Традиційні датчики:
Переваги:
- Висока частота кадрів
- Можливість глобального затвора (у багатьох випадках)
- Зріла технологія з широкою доступністю
- Нижча вартість (як правило)
Недоліки:
- Обмежена роздільна здатність порівняно зі скануючими камерами
- Може страждати від артефактів розпускання та розмазування
- Нижчий динамічний діапазон у деяких випадках
Камери сканування:
Переваги:
- Надзвичайно висока роздільна здатність
- Відмінна геометрична точність
- Підходить для широкоформатних зображень
Недоліки:
- Нижча частота кадрів
- Викривлення шторки
- Більш складна синхронізація та управління
- Вища вартість (у деяких випадках)
Застосування в різних галузях
Вибір між скануючими камерами та традиційними датчиками значною мірою залежить від програми. Давайте розглянемо кілька прикладів.
Промисловий контроль: камери сканування часто використовуються для перевірки виготовлених деталей, де висока роздільна здатність і геометрична точність є вирішальними для виявлення дефектів. Вони можуть визначити дрібні дефекти та точно виміряти розміри.
Сканування документів: планшетні сканери, які використовують технологію скануючої камери, використовуються для оцифрування документів і зображень. Процес послідовного сканування дозволяє відтворювати вихідний матеріал з високою роздільною здатністю.
Медична візуалізація: традиційні датчики широко використовуються в таких методах медичної візуалізації, як рентген, КТ і МРТ. Висока частота кадрів і хороша якість зображення необхідні для зйомки динамічних процесів у тілі.
Системи спостереження: традиційні датчики зазвичай використовуються в камерах спостереження завдяки їхній здатності знімати відео в реальному часі. Компактний розмір і низьке енергоспоживання роблять їх ідеальними для цих застосувань.
3D-сканування: скануючі камери, особливо ті, що використовують структуроване світло або лазерну тріангуляцію, використовуються для створення 3D-моделей об’єктів. Процес послідовного сканування дозволяє отримати точну інформацію про глибину.
Фотографія. У той час як традиційні датчики домінують у галузі, скануючі камери іноді використовуються в спеціалізованих фотографічних програмах, де потрібна надзвичайно висока роздільна здатність, наприклад для зйомки детальних зображень творів мистецтва чи пейзажів.
