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TDI-Zeilenkameras

Bei einer Standardzeilenkamera ist die maximale Belichtungszeit durch die Zeilenfrequenz beschränkt.

Dies hat zur Folge, dass bei Prüfanwendungen mit schnellen Zeilenfrequenzen über 100 kHz, also kurzen Belichtungszeiten, mehr Licht benötigt wird als bei einer Flächenkamera. Standardzeilenkameras sind aus diesem Grund für Anwendungen mit schwachem Licht nur bedingt einsetzbar. Für Anwendungen, die eine höhere Empfindlichkeit benötigen, werden TDI-Zeilenkameras eingesetzt. TDI steht für »Time Delay and Integration« und beschreibt ein Sensor-Design, das mit mehreren Aufnahmestufen, d.h. hintereinander geschalteten Zeilen arbeitet. Bei dieser ausgeklügelten Sensortechnik werden die Ladungen (Zeileninformationen) von Zeile zu Zeile synchron zur Objektbewegung kopiert und wieder mit der gleichen Bildinformation belichtet.

Moderne TDI-Kameras arbeiten mit bis zu 256 TDI-Stufen, d.h. im Vergleich zu Standardzeilenkameras ist die Empfindlichkeit um den Faktor 256 höher.

Die Vorteile der TDI-Technik:

  • Höhere Geschwindigkeit: Auch bei hohen Zeilenfrequenzen kann der Aufwand für die Beleuchtung durch die aufaddierten Integrationszeiten klein gehalten werden

  • Weniger Licht, niedrigere Kosten: Anstelle von teuren Hochleistungsbeleuchtungen können Leuchtstoffröhren oder LED-Beleuchtungen verwendet werden.

Die Nachteile der TDI-Technik:

  • Empfindlichkeit gegenüber fehlerhafter Ausrichtung: Bei einer fehlerhaften Ausrichtung von mehr als einem Pixel über die gesamte Länge erzeugt der TDI-Sensor eine pixelübergreifende Unschärfe.

  • Empfindlichkeit gegenüber fehlerhafter Abstimmung der Geschwindigkeit: Die Geschwindigkeit des Endlosmaterials und des Bildgebers müssen bis auf 2 - 4 % übereinstimmen, um Unschärfen zwischen Pixeln zu vermeiden. Deshalb ist bei Verwendung der TDI-Technik eine Synchronisierung mittels Encoder erforderlich.

  • Fehlende Toleranz von Geschwindigkeitsänderungen, z.B. während Anfahr- und Stopp-Phasen

  • Sie verfügt über keine Belichtungssteuerung und benötigt daher eine konstante Geschwindigkeit für eine konstante Beleuchtung

Einige der neuen CMOS basierten TDI-Sensoren unterstützen inzwischen die Beleuchtungssteuerung zwischen den Zeilen.

Standardzeilenkameraanwendung

In diesem Beispiel wird die Ladung der Pixel nur für die Belichtung einer Zeile zusammengefasst, d.h. die Zeit, um das Zielobjekt auszuleuchten, ist begrenzt.

Standardzeilenkameraanwendung

TDI-Zeilenkameraanwendung

Dieses Bild zeigt eine einzelne erfasste Zeile des Endlosmaterials, das sich unter dem TDI-Zeilensensor hindurch bewegt. Während der Prüfling mehrere TDI-Stufen durchläuft, wird die Intensität des Bildes nach und nach aufgebaut, bis die endgültige Ausgabe erstellt ist. Das Bild kann schneller und mit weniger Licht erfasst werden.

TDI-Zeilenkameraanwendung

Akkumulierte TDI-Stufen in aufeinanderfolgenden Sensorzeilen