Industrial Line scan cameras are the best solution for inspecting continuous materials or rolls by machine vision. Quite often they provide very high image resolutions and due to their speed demanding data rates.

As with large-area cameras, line scan cameras can be fitted with monochrome or color sensors. The filters for red, green and blue are placed over the pixels as Bayer patterns or distributed over the lines to which a particular color is allocated and which are generally behind a filter. The resultant raw image is transmitted as monochrome information and then converted into a color image on the grabber.

Il tempo di scatto é il tempo durante il quale l’otturatore rimane aperto,  lasciando il sensore esposo alla luce. L’unitá misura del tempo di scatto sono i secondi. In un giorno di sole,  generalemnte basta lasciare l’otturatore aperto per centesimi di secondo. Se invece é nuovoloso, stiamo inquadrando una scena all’ombra o al tramonto, possono servire decimi di secondo, Di notte secondi interi. Se ci sono dei corpi in movimento, piú a lungo l’otturatore rimmarrá aperto piú il movimento verrá registrato dal sensore come un “striscia di movimento”, come nell’esempio qua sotto. Se volete “cristallizzare” l’oggetto movimento, utilizzate un tempo di scatto molto basso. Se invece volete creare un po’ di effetto “motion blur”, per enfatizzare il movimento, andate verso di esposizone pi lunghi.

Questa funzione era un tempo svolta dalla pellicola. Il vantaggio delle reflex digitali é ovviamente che si puó cambiare sensibilitá prima di ogni scatto, mentre prima, il fotografo selezionava la  la pellicola in base a quanto fosse sensibile alla luce, tenendo in conto le condizioni in cui doveva scattare ( poca luce, pellicola molto sensibile e viceversa). La scala ISO di una macchina fotografica si muove a potenze di 2. Quindi, tipicamente, parte da 100 (sensibilità minima) per poi muoversi a 200, 400, 800, 1600, e così via, fino alla sensibilità massima del sensore. Piú aumenta l’ISO piú la foto verrá chiara anche in mancanza di luce. Il contraltare, é che piú aumenti l’ISO piú la foto verrá sgranata. Piú é buona una fotocamera, piú il sensore é in grado di produrre foto di buona qualitá anche con ISO molto alti.

La logica di base del funzionamento di una fotocamera é abbastanza semplice : premendo il pulsante di scatto, per un breve intervallo di tempo la luce attraversa l’obiettivo e colpisce il sensore fissandosi in un’immagine.

Quando il puntatore indica lo zero, la foto é esposta correttamente. Piú si sposta verso destra, piú la voto sará troppo luminosa e sovresposta. Viceversa, se si sposta verso sinistra sará scura e sottoesposta.

Apertura focale meglio alta o bassawikipedia

Controllare la quantitá di luce che entra nella fotocamera attraverso l’obbiettivo , e che va ad “impressionare” il sensore,  e’ la base su cui si fonda tutto il processo fotografico.  Un concetto basilare che serve a capire come scattare forografie con una CORRETTA ESPOSIZIONE, ovvero né troppo scure (sottoesposte) né troppo chiare ( sovresposte). Il modo piú semplice per verificare se la foto che state scattando avrá una corretta esposizone, e controllare l’esposimetro della vostra fotocamera, spesso visibile guardando dentro il mirino:

Alternatively, 2 or 3 lines, each with a specific colour, might be used. This kind of setup challenging as the colours of the same pixel have to be taken with a object-related time difference. The benefit is a colour resolution with the sensor's full resolution.

Come dice l’etimologia stessa della parola ( fotografia = scrittura con luce), la fotografia é tutta una questione di luce.

Spostando i valori di questi tre parametri, vedrete che il puntatore dell’esposimetro si muoverá di conseguenza. Questi tre strumenti, gestibili manualmente con le  fotocamere che permettono di scattare in manuale, interagiscono fra loro in maniera dinamica e concorrono in maniera diversa a determinare l’esposizione della foto. Per capire bene come funzionano, bisogna avere una conoscenza di base di comue funziona una macchina fotografica ( vedere foto sotto)

The decisive aspect in the use of line scan cameras is the ability to reconstruct the endless images. In a high frequency, many extremely narrow lines are combined into a single image. In the process of this recombination, it is important for the lines to be captured in sync with the object's speed as it passes by. In most cases, an impulse generator for the camera is integrated in the conveyor, generating the trigger signal for the camera. Like this, the camera's line frequency is adjusted in accordance with the speed of the object.

Totally different to area cameras is the lighting setup. With the same line being taken (and the material driving by very fast) you need to illuminate only one line of the image. But, due to the speed of the material driving by (and the speed of the sequence of lines) exposure times are low, typically in the µs range. Consequently, line scan cameras very often require lighting setups with high or extreme light densities (up to 1000000 lux).

Oltre a regolare la quantitá di che entra nella fotocamera, ognuno di questi valori influisce in maniera diversa sulla alcune caratteristiche dell’immagine, modificando in maniera sostanziale il risultato estetico finale, come spiega bene l’immagine qua sotto molto diffusa su blog e manuali di fotografia. Il diaframma (unita di misura “F”) regola anche la profonditá di campo, ovvero la porzione di immagine che viene  messa a fuoco. Il tempo di scatto ( espresso in frazioni di secondo), regola quanto l’immagine sará mossa. La sensibilitá del sensore ( unitá di misura ISO), determina quanto l’immagine sará sgranata.

A line scan camera takes only one single line of the image at a time. As the material to be inspected is moving on, the next image taken will be the next line right close to the one before. As a result, a 2-D image taken with a line scan camera shows an image where every line of the image is taken at a different point of time. This is different to an image taken with an area sensor or the human way to perceive images and has implications for the machine vision software.

Il sensore é poi coperto da una sorta di “saracinesca” che si apre a tendina, l’otturatore. Quando si scatta l’otturatore si apre, lascia che la luce raggiunga il sensore attraverso il diaframma, e poi si richiude. Piú a lungo l’otturatore rimane aperto, piú luce va ad impressionare il sensore.

Quando scattate una foto, il sensore “vede” l’immagine che state fotografando attraverso un’apertura nell’obbiettivo, il diaframma. Piú larga sará l’apertura, piú luce raggiunge il sensore.

As the sensor chip captures only a single line, it is easier to read the data held by a line scan camera compared with a large-area camera. It does not make any difference whether CCD or CMOS light-detection technology is used. As resolution is high and the objects are moving fast (thus joining lines is fast as well) the data rate typically is very high. You need a frame grabber to read the camera's data into the computer.

Human eyes or a std photographic area camera takes an image with all pixels of the image at the same time, no distinction is made between still objects and moving objects. In one moment, all the image data is gathered.

Diaframma fotografia

Affinché la una determinata quantitá di luce raggiunga il sensore, possono essere utilizzate molteplici combinazioni di tempo di esposizione, apertura e ISO. Ad esempio, se aumentiamo il tempo di esposizione, possiamo ottenere la stessa  esposizione diminuendo l’apertura e lasciando invariata l’ISO. Se invece aumentiamo l’ISO, possiamo diminuire il tempo di esposizione lasciando invariata l’apertura.

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Single-line CCD sensors capable of detecting dark and light first entered the market with the advent of fax machines. Indeed, most customary document scanners are still based on this principle. In this case, the sensor bar is  located right beneath the moving object. With advances in sensor miniaturization and rising resolution, the sensors have increasingly moved further away from the object. Today, line scan cameras are integrated in customary camera bodies and can be operated with standardized lenses.

Line scan cameras take only a single line as an image and send this to the computer. The host computer will assemble the lines. As this never stops, a virtually endless image is created. Line scan cameras are the perfect solution for inspection in print, textile production and with rotating or moving objects.

Una volta metabolizzati questi concetti, sarete in grado di capire come impostare manualmente la vostra fotocamera. Per approfondire le basi della tecnica fotografica potete fare riferimento amanuali di fotografia ed ai link riportati qua sotto:

As is the case with large-area cameras, constraints are placed on the data rates of line scan cameras by the interface in industrial machine vision. Common interfaces i.e. are GigE Vision or Camera Link. This is calculated on the basis of the vertical resolution of the line (number of pixels in the line) and the number of lines per second, expressed as kHz / line per second.

In contrast to top-down document scanners, line scan cameras require optical systems. These are mostly identical to the lenses used with area sensor cameras. But, as the line scan cameras provide very high resolutions (up to 16k per line) the camera requires very high quality lenses with a decent MTF over the whole image.

L’apertura del diaframma determina quando é ampio il foro attraverso il quale il sensore vede l’immagine inquadrata. Sulla vostra fotocamera, l’apertura é misurata dalla sigla “f/” seguita da un valore numerico. E’ un po’ controinutitivo, ma piú alto é il valore accanto alla “F”, piú picco sará il foro e meno luce raggiungerá il sensore. I valori partono generalmente da f/4 ( apertura massima) e vanno fino a f/22 (apertura minima). Il range dell’apertura, dipende dalla qualitá dell’obbiettivo. Come detto, oltre a influenzare la quantitá di luce che entra colpisce il sensore, l’apertura determina un altro fattore estetico fondamentale: la profonditá di campo. La profonditá di campo é la “porzione” di immagine che viene messa a fuoco. Immaginate di stare iquadradno una scena con piú oggetti, posizionati a diverse distanze da voi: uno a 3 metri, uno a 7 e uno 10 metri. La camera li inquadra tutti, ma quali di questi saranno messi a fuoco? Piú aumenta la profonditá di campo, piú saranno gli oggetti messi a fuoco. Piú piccola é l’apertura, maggiore sará la profonditá di campo. Quindi, per mettere a fuoco solo l’oggetto piú vicino a voi, usate la massima apertura disponibile ( ad esempio F1.8); per avere tutti gli oggetti a fuoco, usate la piú piccola apertura ( da F/8 in su).

Line scan cameras with 2 or more lines make greater demands of synchronicity. They can increase the maximum possible speed of the objects or improve the dynamics of the image in an HDR mode.

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It generates 70,000 lines with 8,000 pixels per second. With a conveyor speed of 100 km/h and an object width of one meter, this translates into possible resolution of 0.122 mm per pixel latitudinally and 0.514 mm per line longitudinally.

NEopt also offers the possibility of configuring its two-line cameras for only two colors. In this case, red and blue do not so much constitute two colors as two camera operations.

La sensibilitá ISO é l’indicatore  della capacitá del sensore di essere ricettivo alla luce. Piú il suo valore é alto, piú il sensore sará in grado di catturare luce. Anche qui la logica di base é semplice: piú una scena é buia , piú sará necessario impostare un’ ISO alta, altrimenti la foto verrá troppo scura. Al contrario, se la scena é molto luminosa,  si dovrá impostare un ISO bassa per evitare che la foto sia troppo chiara. L’ effetto collaterale di un’ ISO alta, come si vede nell’immagine sopra, é che la foto perde di nitidezza e tende a risultare sempre piú sgranata. Piú é buona una fotocamera, piú il sensore sará in grado di realizzare foto nitide anche con ISO molto alti. L’unitá di misura della sensibilitá ISO si muove per potenze di due : generalmente  parte da 100 (sensibilità minima) per poi muoversi a 200, 400, 800, 1600, fino alla sensibilità massima del sensore. Provate a inquadrare una scena, cambiate il valore dell’ ISO, e vedete come si muove il puntatore dell’esposimetro.

Line scan cameras require either the camera or the object is moving. The size of the final image is determined by the camera's resolution in one axis, the other axis is determined by the number of lines the host computer is joining. There are two possibilities for a line camera setup: