دوربین های سری line scan
قبل از هر چیزی دوستان در نظر داشته باشند که این دوربین های با تکنیک ملاین اسکن فرق دارد و هیچ ارتباطی با هم ندارد تکتیک مورد نظر بای ایجاد توپوگرافی سطح مورد استفاده قرار میگیرد
دوربین های خطی در حقیقت یک ارایه یک بعدی ccd یا cmos هستند که میتواند با سرعت بسیار بالا کار کنند و هر بار این سیستم یک ارایه یک بعدی از شدت رو خروجی میدهد و از جمع این ارایه ها کنار هم میتوان تولید تصویر کرد
در موراد زیر این نوع دوربین دارای کاربرد مناسب میباشد
زمانیکه یک یک نقاله در حال حرکت داریم که نیاز هست به صورت پیوسته از ان اطلاعات گرفته شود
زمانیکه نیاز به پردازش یک خط از اطلاعات تصویر یا پدیده ای را داریم (مانند خواندن بارکد خطی)
زمانیکه قرار است در رنج های مختلف فرکانسی شدت را ذخیره کنیم که این مورد در حقیقت همان اسپکتروسکوپی نام دارد که برای تحلیل ذرات و مواد از ان استفاده میشود
دوبین های اسکن خطی میتوانند دامنه وسیعی از طول موج ها را دریافت و خروجی مناسب را به کامپیوتر بدهند
از طرفی جز دوربین های سرعت بالا محسوب شده و دارای نویز بسیار کمی هستند
سیستم های نور پردازی این نوع دوربین درد سر کمتری نسبت به حالت فریم کامل دارد
معایب
از این دوربین ها بهتر است برای مواردیکه نیاز به عکس برداری از یک مقطع ثابت میباشد استفاده نشود
همچنین اگر نیاز به پردازش های تحلیل اندازه و فاصله بیش از دو نقطه میباشد استفاده از این دوربین ها نامناسب میباشد
از مشکلات دیگر این دوربین ها برای پردازش عدم انطباق زمانی و مکانی مناسب پدیده های در یک تصویر جامع است
به طوریکه فریم های اولیه از فریم های بعدی از نظر زمانی جلو تر هستند
برای بحث های استفاده در نقاله انتخاب سرعت مناسب نقاله و یا سرعت داده برداری مناسب این دوربین ها بسیار مهم میباشد
شرکت باستلر و سونی از جمله مهترین شرکت های تولید کننده این نوع دوربین ها میباشد
قبل از هر چیزی دوستان در نظر داشته باشند که این دوربین های با تکنیک ملاین اسکن فرق دارد و هیچ ارتباطی با هم ندارد تکتیک مورد نظر بای ایجاد توپوگرافی سطح مورد استفاده قرار میگیرد
دوربین های خطی در حقیقت یک ارایه یک بعدی ccd یا cmos هستند که میتواند با سرعت بسیار بالا کار کنند و هر بار این سیستم یک ارایه یک بعدی از شدت رو خروجی میدهد و از جمع این ارایه ها کنار هم میتوان تولید تصویر کرد
در موراد زیر این نوع دوربین دارای کاربرد مناسب میباشد
زمانیکه یک یک نقاله در حال حرکت داریم که نیاز هست به صورت پیوسته از ان اطلاعات گرفته شود
زمانیکه نیاز به پردازش یک خط از اطلاعات تصویر یا پدیده ای را داریم (مانند خواندن بارکد خطی)
زمانیکه قرار است در رنج های مختلف فرکانسی شدت را ذخیره کنیم که این مورد در حقیقت همان اسپکتروسکوپی نام دارد که برای تحلیل ذرات و مواد از ان استفاده میشود
دوبین های اسکن خطی میتوانند دامنه وسیعی از طول موج ها را دریافت و خروجی مناسب را به کامپیوتر بدهند
از طرفی جز دوربین های سرعت بالا محسوب شده و دارای نویز بسیار کمی هستند
سیستم های نور پردازی این نوع دوربین درد سر کمتری نسبت به حالت فریم کامل دارد
معایب
از این دوربین ها بهتر است برای مواردیکه نیاز به عکس برداری از یک مقطع ثابت میباشد استفاده نشود
همچنین اگر نیاز به پردازش های تحلیل اندازه و فاصله بیش از دو نقطه میباشد استفاده از این دوربین ها نامناسب میباشد
از مشکلات دیگر این دوربین ها برای پردازش عدم انطباق زمانی و مکانی مناسب پدیده های در یک تصویر جامع است
به طوریکه فریم های اولیه از فریم های بعدی از نظر زمانی جلو تر هستند
برای بحث های استفاده در نقاله انتخاب سرعت مناسب نقاله و یا سرعت داده برداری مناسب این دوربین ها بسیار مهم میباشد
شرکت باستلر و سونی از جمله مهترین شرکت های تولید کننده این نوع دوربین ها میباشد
دوربینهای سریع
قسمت اول
شاید پیشرفته ترین بحث ها در بخش مربوط به ساخت دوربین ها, قسمت دوربین های سریع می باشد ولی این تکنولوژی چندان هم جدید نیست و بعد از ساخت دوربین های فیلم برداری ویا عکاسی قدیم , با استفاده از تکنیک هایی مثله چرخش اینه ها و یا استفاده از منشور این نوع سیستم تصویر برداری مورد استفاده قرار گرفته است . معروف ترین مورد مربوطه به دوربین فوق سریع ساخته شده توسط یک مهندس نیروی دریایی امریکا به اسم مورتون در سال 1950 میباشد که با ساخت یک دوربین با توانایی فیلم برداری یک ملیونفریم بر ثانیه توانست سیستمی برای تحلیل انفجارهای مین و یا اثر شوک حاصل از انفجارهای مختلف ایجاد کند
با توجه به مجله The Society Of Motion Picture Engineers در می سال 1949 نرخ 250 فریم بر ثاینه به بالاتر به عنوان سیستم تصویر برداری ویا فیلم برادری سریع محسوب میشود. اما اینکه از چه محدوده فریمی به بالاتر باید سیستم را در حوزه دوربین سریع بدانیم , سوالی هست که شاید با پیشرفت عجیب این حوزه از دوربین ها نیاز به تغییر باشد. امروزه حتی محدودیت الکترونیکی این حوزه ازعلم نیز با روش های اپتیکی برطرف شده. روش های الکترونیکی امکان رسیدن به نرخ بالاتر از 250 ملیون فریم بر ثانیه را ندارند حال انکه اکنون با تلاش متخصصین دانشگاه MIT این سامانه ها با شاتر های فمتو ثانیه اپتیکی به نرخی بالای یک ترلیون تصویر بر ثانیه رسیده اند به طوریکه اکنون امکان فیلم برداری حتی از انتشار نور با سرعت 300 هزار کیلومتر بر ثانیه نیز امکان پذیر میباشد
به هر حال با وجود جذابیت این قسمت از دوربین های بینایی ماشین و پردازش تصویر , این دوربین ها دارای محدودیت استفاده در صنعت هستند و خصوصا در صنعت ایران بسیار کم کاربرد بوده و از طرفی دارای مشکلات فراوانی در بقیه قسمت های سیستم تصویر برداری خود مانند قسمت نور دهی و قسمت ذخیره اطلاعات هستند .با وجود این موارد کاربردی که این دوربین ها دارند تقریبا با هیچ سیستم دیگری جایگزین پذیر نمیباشد
در قسمت بعدی به کاربرد های این سیستم در صنعت جهان و معدود موارد استفاده ان در ایران خواهم پرداخت. سعی خواهم کرد چند پروژه انجام شده توسط خودم در این حوزه را هم جهت اشنایی بیشتر شما توضیح دهم
و در قسمت سوم مشکلات و ویژگی های این سیستم های سریع توضیح داده خواهد شد
قسمت اول
شاید پیشرفته ترین بحث ها در بخش مربوط به ساخت دوربین ها, قسمت دوربین های سریع می باشد ولی این تکنولوژی چندان هم جدید نیست و بعد از ساخت دوربین های فیلم برداری ویا عکاسی قدیم , با استفاده از تکنیک هایی مثله چرخش اینه ها و یا استفاده از منشور این نوع سیستم تصویر برداری مورد استفاده قرار گرفته است . معروف ترین مورد مربوطه به دوربین فوق سریع ساخته شده توسط یک مهندس نیروی دریایی امریکا به اسم مورتون در سال 1950 میباشد که با ساخت یک دوربین با توانایی فیلم برداری یک ملیونفریم بر ثانیه توانست سیستمی برای تحلیل انفجارهای مین و یا اثر شوک حاصل از انفجارهای مختلف ایجاد کند
با توجه به مجله The Society Of Motion Picture Engineers در می سال 1949 نرخ 250 فریم بر ثاینه به بالاتر به عنوان سیستم تصویر برداری ویا فیلم برادری سریع محسوب میشود. اما اینکه از چه محدوده فریمی به بالاتر باید سیستم را در حوزه دوربین سریع بدانیم , سوالی هست که شاید با پیشرفت عجیب این حوزه از دوربین ها نیاز به تغییر باشد. امروزه حتی محدودیت الکترونیکی این حوزه ازعلم نیز با روش های اپتیکی برطرف شده. روش های الکترونیکی امکان رسیدن به نرخ بالاتر از 250 ملیون فریم بر ثانیه را ندارند حال انکه اکنون با تلاش متخصصین دانشگاه MIT این سامانه ها با شاتر های فمتو ثانیه اپتیکی به نرخی بالای یک ترلیون تصویر بر ثانیه رسیده اند به طوریکه اکنون امکان فیلم برداری حتی از انتشار نور با سرعت 300 هزار کیلومتر بر ثانیه نیز امکان پذیر میباشد
به هر حال با وجود جذابیت این قسمت از دوربین های بینایی ماشین و پردازش تصویر , این دوربین ها دارای محدودیت استفاده در صنعت هستند و خصوصا در صنعت ایران بسیار کم کاربرد بوده و از طرفی دارای مشکلات فراوانی در بقیه قسمت های سیستم تصویر برداری خود مانند قسمت نور دهی و قسمت ذخیره اطلاعات هستند .با وجود این موارد کاربردی که این دوربین ها دارند تقریبا با هیچ سیستم دیگری جایگزین پذیر نمیباشد
در قسمت بعدی به کاربرد های این سیستم در صنعت جهان و معدود موارد استفاده ان در ایران خواهم پرداخت. سعی خواهم کرد چند پروژه انجام شده توسط خودم در این حوزه را هم جهت اشنایی بیشتر شما توضیح دهم
و در قسمت سوم مشکلات و ویژگی های این سیستم های سریع توضیح داده خواهد شد
برای اینکه بعضی از دوستان سوال میپرستد ایا کار های پردازش تصویر در متلب رو در لب ویو میتوان انجام داد یا نه از هفته بعد هر از گاهی چند فایل ویدیو مربوط به این موارد در کانال قرار خواهم داد لطفا دو ستان متخصص در این حوزه از متلب رو به کانال دعوت کنین
در قسمت قبل به معرفی دوربین های سرعت بالا پرداختیم در این قسمت به کاربرد های انها خواهیم پرداخت
دوربین های سرعت بالا در بیشتر مواقع برای مشاهده پدیده هایی که امکان دیدن انها توسط چشم انسان وجود ندارد استفاده میشود
البته در صنعت گاهی برای خطوط تولید سرعت بالا که نیاز به واکنش سریع دستگاه نسبت به پدیده های نیز وجود دارد کار برد دارد ولی به خاطر اینکه این نرخ داده برداری خارج از محدوده سرعت وتوان pc های معمولی وحتی صنعتی میباشد نیاز به سخت افزار های خاص خود دارد که هزینه کار را بسیار بالا میبرد. اگر به مورد اول برگردیم مشاهده پدیده های سریع در قسمت های تحقیقاتی دانشگاه ها و یا کارخانه های حائر اهمیت میباشدو البته این قضیه در صنایع نظامی بسیار پیشرفته تر و مهم تر میباشد
درباره مثالی برای پدیده های سریع که با چشم انسان قابل مشاهده نمیباشد میتوان به روشن بودن لامپ های معمولی اشاره کرد که با توجه به فرکانس 50 هرتز شهری این لامپ ها با این فرکانس در حال روشن و خاموش شدن هستند در حالیکه توسط چشم انسان به صورت پیوسته روشن دیده میشوند.با یک دوربین با نرخ بالای 100 فریم شما میتوایند این خاموش و روشن شدن را مشاهده کنید
انالیز سریع را میتوان برای مواردی مانند مثال های زیر استفاده کرد
انالیز رفتار های بیولوزیکی و یا فیزیولوژیک از حرکت ذرات بیولوژیک سریع تا انالیز نحوه فرود امدن یک کبوتر و یا بررسی رفتار های ورزشی ورزش کاران در حال ورزش
انالیز مکانیکی قطعات : برای مثال با استفاده از اشعه ایکس و فیلم برداری سریع میتوان رفتار قطعات داخل یک دستگاه مکانیکی را در حال کار بررسی و ایراد های ممکن را مشاهده کرد
انالیز سرعت شتاب تکانه و مکان ذرات ( شاید معروف ترین مورد عکس برداری از شلیک گلوله میباشد )
انالیز انفجار و پخش شدگی ذرات حاصل از انفجار و انالیز شک و بر خوردو نتایج بر روی قطعات (معروف ترین مورد تست تصادف خودرو )
در ایران بیشتر از این دوربین ها با فریم های حدود 15 هزار فریم در صنعت خودرو جهت تست تصادف و تست ایر بگ استفاده میشود
و با دوربین های در رنج 1000 فریم برای کارهای تحقیقاتی دانشگاهی
وبا دوربین های حدود یک ملیون فریم برای کاربرد های نظامی مانند انالیز انفجار استفاده میشود
موارد زیر نیز برای حالت های بلادرنگ این دوربین ها میباشد
ره گیری ذرات به صورت انلاین و کنترل سامانه های مرتبط مانند سامانه شلیک
مکان یابی سریع مکان مورد نظر برای چاپ قطعه
بار کد خوانی قطعات با دوربین های اسکن خطی
تشخیص سوراخ ویا عیب بر روی خط تولید پلاستیک ویا نوار و تسمه
دوربین های سرعت بالا در بیشتر مواقع برای مشاهده پدیده هایی که امکان دیدن انها توسط چشم انسان وجود ندارد استفاده میشود
البته در صنعت گاهی برای خطوط تولید سرعت بالا که نیاز به واکنش سریع دستگاه نسبت به پدیده های نیز وجود دارد کار برد دارد ولی به خاطر اینکه این نرخ داده برداری خارج از محدوده سرعت وتوان pc های معمولی وحتی صنعتی میباشد نیاز به سخت افزار های خاص خود دارد که هزینه کار را بسیار بالا میبرد. اگر به مورد اول برگردیم مشاهده پدیده های سریع در قسمت های تحقیقاتی دانشگاه ها و یا کارخانه های حائر اهمیت میباشدو البته این قضیه در صنایع نظامی بسیار پیشرفته تر و مهم تر میباشد
درباره مثالی برای پدیده های سریع که با چشم انسان قابل مشاهده نمیباشد میتوان به روشن بودن لامپ های معمولی اشاره کرد که با توجه به فرکانس 50 هرتز شهری این لامپ ها با این فرکانس در حال روشن و خاموش شدن هستند در حالیکه توسط چشم انسان به صورت پیوسته روشن دیده میشوند.با یک دوربین با نرخ بالای 100 فریم شما میتوایند این خاموش و روشن شدن را مشاهده کنید
انالیز سریع را میتوان برای مواردی مانند مثال های زیر استفاده کرد
انالیز رفتار های بیولوزیکی و یا فیزیولوژیک از حرکت ذرات بیولوژیک سریع تا انالیز نحوه فرود امدن یک کبوتر و یا بررسی رفتار های ورزشی ورزش کاران در حال ورزش
انالیز مکانیکی قطعات : برای مثال با استفاده از اشعه ایکس و فیلم برداری سریع میتوان رفتار قطعات داخل یک دستگاه مکانیکی را در حال کار بررسی و ایراد های ممکن را مشاهده کرد
انالیز سرعت شتاب تکانه و مکان ذرات ( شاید معروف ترین مورد عکس برداری از شلیک گلوله میباشد )
انالیز انفجار و پخش شدگی ذرات حاصل از انفجار و انالیز شک و بر خوردو نتایج بر روی قطعات (معروف ترین مورد تست تصادف خودرو )
در ایران بیشتر از این دوربین ها با فریم های حدود 15 هزار فریم در صنعت خودرو جهت تست تصادف و تست ایر بگ استفاده میشود
و با دوربین های در رنج 1000 فریم برای کارهای تحقیقاتی دانشگاهی
وبا دوربین های حدود یک ملیون فریم برای کاربرد های نظامی مانند انالیز انفجار استفاده میشود
موارد زیر نیز برای حالت های بلادرنگ این دوربین ها میباشد
ره گیری ذرات به صورت انلاین و کنترل سامانه های مرتبط مانند سامانه شلیک
مکان یابی سریع مکان مورد نظر برای چاپ قطعه
بار کد خوانی قطعات با دوربین های اسکن خطی
تشخیص سوراخ ویا عیب بر روی خط تولید پلاستیک ویا نوار و تسمه
همان طور که قبلا قول داده بودم چند فایل و چند پروژه انجام شده توسط بنده در حوزه عکس برداری سریع رو برای اشنایی شما با این حوزه به کانال اضافه میکنم
عکس برداری سریع از به دام افتادن ذرات میکرونی در تله های لیزی و محاسبه تکانه و نیرو
تحلیل اطلاعات مایع در کانال میکرو فلودیک با تصویر برداری 100 فریم بر ثانیه
دوربین های سریع
قسمت سوم
در دو قسمت قبل به معرفی این نوع دوربین ها و کاربرد انها در صنعت پرداخته شد ولی همانطور که گفته شد این دوربین های دارای مشکلات خاصی جهت کار میباشند که در این قسمت به بررسی انها خواهیم پرداخت
اولین مشکلیکه برای کار با این دوربین ها با ان مواجه خواهید شد نور پرداری میباشد از انجایکه این دوربین های دارای شاتری های سریعی هستند لذا نور بسیار کمی برای تغذیه هر فریم در اختیار سنسور قرار داده میشود بنابرین نیاز به یک منبع نور بسیار قوی میباشد مشکل فوق زمانی حاد میشود که سیستم شما سیستم میکرسکوپی باشد که بعلت ارایه های اپتیکی سر راه دوربین افت شدید نور را خواهیم داشت از طرفی چون در دوربین های سریع نرخ تصویربرداری از فرکانس برق متناوب شهری بالاتر است لذا هرگونه
استفاده از سیستم های روشنایی که با فرکانس شهری کار کنند امری اشتباه خواهد بود چرا که روشنایی در این سرعت با این روش شبیه به فلش زدن یک دوربین به صورت متناوب خواهد بود
مشکل بعدی این سیستم ها نرخ بالای اطلاعاتی میباشد که هر بار باید ذخیره شود یک دوربین با نرخ 1000 فریم بر ثانیه و کیفیت 4 مگا پیکسل میتواند بالای 11 گیگ اطلاعات را در یک ثانیه تولید کند چنین حجمی از اطلاعات نیاز به سیستم های قوی پردازنده و ذخیره کننده دارند که این حجم و توان از حد توان pc های معمولی خارج میباشد و نیاز به سخت افزار های خاص خود دارند و لذا نیاز به زبان های برنامه نویسی وابسته به این سخت افزار ها وجود خواهد داشت خوشبختانه برنامه labview امکان برنامه نویسی سخت افزار های مروبطه به این حوزه را دست کم برای سخت افزار های ساخت شرکت نشنال دارا میباشد
ولی مشکل همچنان به قوت خود باقیست زیرا هزینه این سخت افزار ها به شدت بالا میباشد
از دیگر موارد مشکلات کار با این سیستم ها کامپکت بودن سخت افزار و امکان کم دست رسی و عدم انعطاف و تغییرات قسمت های مختلف ان میباشد
به عنوان اخرین مشکلی که در هنگام استفاده برای پردازش تصویر با این سیستم ها با شاید مواجه شوید
معمولا حجم تصویر یا همان کیفیت تصویر این دوربین های برای کم کرن هزینه های از یک طرف و برای بالا بردن نرخ تصویر برداری بسیار پایین میباشد برای همین برای انالیز تصویر حجم پایین عکس ها را برای انتخاب الگورتیم مناسب جهت استفاده باید در نظر گرفت
قسمت سوم
در دو قسمت قبل به معرفی این نوع دوربین ها و کاربرد انها در صنعت پرداخته شد ولی همانطور که گفته شد این دوربین های دارای مشکلات خاصی جهت کار میباشند که در این قسمت به بررسی انها خواهیم پرداخت
اولین مشکلیکه برای کار با این دوربین ها با ان مواجه خواهید شد نور پرداری میباشد از انجایکه این دوربین های دارای شاتری های سریعی هستند لذا نور بسیار کمی برای تغذیه هر فریم در اختیار سنسور قرار داده میشود بنابرین نیاز به یک منبع نور بسیار قوی میباشد مشکل فوق زمانی حاد میشود که سیستم شما سیستم میکرسکوپی باشد که بعلت ارایه های اپتیکی سر راه دوربین افت شدید نور را خواهیم داشت از طرفی چون در دوربین های سریع نرخ تصویربرداری از فرکانس برق متناوب شهری بالاتر است لذا هرگونه
استفاده از سیستم های روشنایی که با فرکانس شهری کار کنند امری اشتباه خواهد بود چرا که روشنایی در این سرعت با این روش شبیه به فلش زدن یک دوربین به صورت متناوب خواهد بود
مشکل بعدی این سیستم ها نرخ بالای اطلاعاتی میباشد که هر بار باید ذخیره شود یک دوربین با نرخ 1000 فریم بر ثانیه و کیفیت 4 مگا پیکسل میتواند بالای 11 گیگ اطلاعات را در یک ثانیه تولید کند چنین حجمی از اطلاعات نیاز به سیستم های قوی پردازنده و ذخیره کننده دارند که این حجم و توان از حد توان pc های معمولی خارج میباشد و نیاز به سخت افزار های خاص خود دارند و لذا نیاز به زبان های برنامه نویسی وابسته به این سخت افزار ها وجود خواهد داشت خوشبختانه برنامه labview امکان برنامه نویسی سخت افزار های مروبطه به این حوزه را دست کم برای سخت افزار های ساخت شرکت نشنال دارا میباشد
ولی مشکل همچنان به قوت خود باقیست زیرا هزینه این سخت افزار ها به شدت بالا میباشد
از دیگر موارد مشکلات کار با این سیستم ها کامپکت بودن سخت افزار و امکان کم دست رسی و عدم انعطاف و تغییرات قسمت های مختلف ان میباشد
به عنوان اخرین مشکلی که در هنگام استفاده برای پردازش تصویر با این سیستم ها با شاید مواجه شوید
معمولا حجم تصویر یا همان کیفیت تصویر این دوربین های برای کم کرن هزینه های از یک طرف و برای بالا بردن نرخ تصویر برداری بسیار پایین میباشد برای همین برای انالیز تصویر حجم پایین عکس ها را برای انتخاب الگورتیم مناسب جهت استفاده باید در نظر گرفت
http://old.jamnews.ir/Images/News/AtachFile/24-9-1390/FILE634595794979062500.flv
فیلم ضبط شده با سرعت 0.6 ترلیون فریم بر ثانیه از حرکت پالس نور لیزر در داخل بطری نوشابه
فیلم ضبط شده با سرعت 0.6 ترلیون فریم بر ثانیه از حرکت پالس نور لیزر در داخل بطری نوشابه