福州市城鄉(xiāng)建設(shè)局網(wǎng)站人工智能培訓(xùn)班
【探測器】線陣相機中的 TDI 技術(shù)
- 1.背景
- 2.TDI相機
- 3.場景應(yīng)用
1.背景
TDI 即Time Delay Integration時間延遲積分。
TDI相機是線陣相機的一種特殊類型,帶有獨特的時間延遲積分(TDI)技術(shù)。
換句話說,TDI相機是線陣相機的一個高級版本,它通過時間延遲積分(TDI)技術(shù)來提高圖像質(zhì)量和靈敏度。
在生活中我們見得最多得還有一種面陣相機,下面介紹線陣相機和面陣相機。
1.1、線陣相機(Line Scan Camera)
a、成像方式:
單行像素捕捉:線陣相機的傳感器由單行或多行像素組成(通常只有一行或少數(shù)幾行)。它一次只能捕捉一行像素數(shù)據(jù)。
逐行掃描:線陣相機通過逐行捕捉圖像,當(dāng)物體在相機前運動時,相機會連續(xù)讀取每一行的數(shù)據(jù)。最終,這些行數(shù)據(jù)會被拼接在一起,形成一個完整的二維圖像。
必須依賴物體運動:由于線陣相機一次只捕捉一行像素,它需要物體或者相機自身的連續(xù)運動來生成完整圖像。因此,它非常適合線性運動的場景。
b、應(yīng)用場景:
高速運動的物體檢測:線陣相機特別適合高速流水線或連續(xù)運動的物體檢測。例如,食品包裝、印刷電路板(PCB)檢查、紙張和紡織品的質(zhì)量檢測。
高分辨率長距離成像:在線性掃描應(yīng)用中,線陣相機能夠覆蓋很長的距離或?qū)挿鶇^(qū)域,適用于工業(yè)中的大幅面檢測(如寬幅印刷材料的質(zhì)量檢查)。
空間和衛(wèi)星成像:在線性掃描的遙感應(yīng)用中,衛(wèi)星上的線陣相機會隨著衛(wèi)星的軌道運動掃描地球表面。
1.2、面陣相機(Area Scan Camera)
a、成像方式:
二維像素陣列:面陣相機的傳感器是二維像素矩陣,可以同時捕捉一個完整的圖像。
一次曝光捕捉整個圖像:面陣相機通過一次曝光捕捉整個場景的圖像,就像拍照一樣,它一次性獲取的是完整的二維圖像。
適合靜止或低速運動場景:由于它不需要物體的連續(xù)運動就可以捕捉圖像,面陣相機更適合靜止或低速運動的物體成像。
b、應(yīng)用場景:
靜止或低速物體檢測:面陣相機適合用于需要一次性捕捉整個場景的應(yīng)用,如機械視覺系統(tǒng)中的物體檢測、機器人導(dǎo)航、安防監(jiān)控等。
標(biāo)準(zhǔn)成像應(yīng)用:如顯微鏡下的生物樣本觀察、條碼掃描、醫(yī)療設(shè)備成像等。
常規(guī)攝影:與日常使用的數(shù)碼相機類似,面陣相機一次性拍攝整個圖像,適用于需要獲取完整場景的應(yīng)用。
綜上所述,對比線陣相機和面陣相機:
2.TDI相機
TDI相機是一種基于線陣相機的擴展技術(shù),拓展支持了時間延遲積分(TDI)技術(shù),允許通過多個像素行的累積曝光來提高圖像質(zhì)量和靈敏度。
它的工作方式是將傳感器的多個像素行進(jìn)行同步積分,使得每一行在物體移動的過程中積累多次曝光的光電信號。該技術(shù)顯著提高了信噪比和靈敏度,尤其適合低光照或高速物體運動的場景。
成像原理:
線陣相機一次只能讀取一行數(shù)據(jù),隨著物體運動形成完整圖像;
TDI相機則通過多行累積(多TAP)和同步積分來增強圖像信號,特別適合高速或低光條件下的應(yīng)用。
即TDI相機在圖像傳感器上面并行排列多個與目標(biāo)運動方向垂直的感光單元。在圖像采集過程中,傳感器會以非常高的速率將圖像數(shù)據(jù)從每個感光單元讀取并積分起來,以增強圖像信號。 這種積分的方式可以抵消目標(biāo)或相機自身運動造成的模糊和失真,從而獲得更加清晰和細(xì)節(jié)豐富的圖像。
注意:在相機技術(shù)中,TAP(也稱為“通道”或“輸出通道”)是指圖像傳感器上獨立的數(shù)據(jù)輸出路徑。多個TAP的使用可以提高圖像數(shù)據(jù)的讀取速度,使相機能夠更快地將圖像傳輸?shù)教幚硐到y(tǒng)。對于TDI相機或其他高速相機,TAP數(shù)量的增加可以顯著提高相機的整體性能。
應(yīng)用場景:
普通的線陣相機用于中速線性運動的場景,如條碼掃描、印刷檢測等。
而TDI相機適用于高速且要求高靈敏度的場景,如半導(dǎo)體、印刷電路板檢測、衛(wèi)星遙感等。即在一些特定的高速運動或低光場景中,TDI相機比傳統(tǒng)線陣相機有更好的表現(xiàn)。
以下是TDI 相機: C10000-801
傳感器結(jié)構(gòu):
工作原理:
2048 (H) × 128 (V), 4 TAP
Line rate up to 50 kHz
時間延遲積分(TDI)是一種掃描技術(shù),其中幀傳輸設(shè)備通過一組線性陣列生成移動物體的連續(xù)視頻圖像。這些線性陣列與被成像物體的運動對齊并同步,從而使得當(dāng)圖像從一條線移動到下一條線時,累積的電荷也隨之移動。通過這種方式,TDI可以在較低光照條件下提供比線陣相機更高的分辨率。
3.場景應(yīng)用
一個H型圓柱勻速移動被TDI相機采集的過程如下圖: