15.04.2025
Captação de imagens para além do espectro visível
Expandir as possibilidades de inspeção ótica com câmaras SWIR e UV
Noções básicas
Quando se trata de aplicações de processamento de imagens industriais, geralmente se pensa na detecção de características que também são visíveis ao olho humano. A maioria das câmeras industriais trabalha na faixa visível (380 nm -780 nm) e ainda alcança sensibilidade suficiente na faixa do infravermelho próximo.
A mudança para faixas de comprimento de onda fora dessa faixa pode revelar recursos e características de objetos que permanecem ocultos ao olho humano e às câmeras convencionais.
Os comprimentos de onda abaixo da faixa visível são chamados de luz ultravioleta ou radiação ultravioleta (UV, 380 nm - 100 nm). Em comprimentos de onda acima de 780 nm, segue-se a faixa infravermelha, sendo que a faixa até 1000 nm é chamada de infravermelho próximo (NIR) e a faixa até 1700 nm de infravermelho de ondas curtas (SWIR).
Espectro eletromagnético e comprimentos de onda SWIR
Com sensores de imagem adequados, o espectro visível pode ser estendido para a faixa de UV a SWIR.
Captura de imagens na faixa de UV
Exemplo na indústria de semicondutores
Uma das muitas aplicações na faixa ultravioleta é a inspeção de wafers. As estruturas semicondutoras microscopicamente pequenas exigem uma resolução de câmera significativamente maior para a inspeção. Ao capturar imagens de materiais como vidro e plástico, eles parecem transparentes ou translúcidos quando são usadas câmeras padrão. No entanto, sua translucidez é alterada no espectro UV, de modo que esses materiais podem ser identificados por meio de imagens UV. As câmeras Balluff atendem a esses requisitos usando as mais recentes tecnologias de sensor que utilizam os comprimentos de onda curtos da luz ultravioleta para obter detalhes de alta resolução.
Com o lançamento do sensor Sony IMX487 da série Pregius S, o espectro visível é ampliado para incluir o componente UV de até 200 nm. A alta resolução do sensor de 8,1 MPixel também permite a obtenção de imagens muito detalhadas nessa faixa espectral.
Índices do sensor UV:
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Sensor de imagem |
Sony IMX487 |
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Tipo de sensor |
CMOS com obturador global de 2/3 |
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Resolução |
8,1 MP (2856 x 2848 pixels) |
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Tamanho do pixel |
2,74 µm |
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Taxa de quadros ADC de 8 bits |
194 fps |
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Taxa de quadros ADC de 10 bits |
193 fps |
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Taxa de quadros ADC de 12 bits |
127 fps |
Processamento de imagens SWIR
O processamento de imagens na faixa do infravermelho de ondas curtas (short wave IR ou SWIR) está se tornando cada vez mais importante na inspeção, na classificação e no controle de qualidade. SWIR refere-se à faixa de infravermelho de onda curta de 800 nm a 1700 nm, às vezes também à faixa de 1000 nm a 1700 nm acima do infravermelho próximo (NIR). Os comprimentos de onda mais longos também são chamados de radiação térmica, que também é emitida pelo próprio objeto.
O espectro SWIR é mais semelhante à luz visível em suas propriedades, ou seja, os objetos refletem ou absorvem fótons. Devido às propriedades especiais de absorção na faixa SWIR, é possível, por exemplo, Inspecionar alimentos, especialmente produtos agrícolas, bem como os níveis de enchimento em recipientes plásticos opacos. Os sensores SWIR também oferecem vantagens em tarefas de monitoramento, pois os objetos de interesse ainda podem ser facilmente reconhecidos mesmo em meio a fumaça ou neblina. Os sensores SWIR também são usados na inspeção de semicondutores, pois o silício parece transparente na luz SWIR.
Os sensores da série SWIR da Sony (IMX990, IMX991, IMX992 e IMX993) combinam de forma única a detecção de luz visível e comprimentos de onda SWIR em uma faixa de 400 nm a 1700 nm. Ao mesmo tempo, um pixel pitch menor e tamanhos menores de pixel são obtidos graças a uma técnica especial de colagem.
Isso significa que câmeras de alta resolução e sistemas de inspeção mais precisos podem ser criados para essa faixa de comprimento de onda.
Visão geral dos sensores SWIR
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Sensor de imagem |
Sony IMX991 |
Sony IMX990 |
Sony IMX993 |
Sony IMX992 |
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Tipo de sensor |
CMOS com obturador global de 1/4 |
CMOS com obturador global de 1/2 polegada |
CMOS com obturador global de 1/1,8 pol. |
CMOS com obturador global de 1/1,4 pol. |
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Resolução |
0,34 MP (656 x 520 pixels) |
1,34 MP (1296 x 1032 pixels) |
3,2 MP (2080 x 1544 pixels) |
5,3 MP (2592 x 2056 pixels) |
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Tamanho do pixel |
5 µm |
5 µm |
3,45 µm |
3,45 µm |
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Taxa de quadros ADC de 8 bits |
258 fps |
134 fps |
170 fps |
130 fps |
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Taxa de quadros ADC de 10 bits |
240 fps |
125 fps |
150 fps |
120 fps |
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Taxa de quadros ADC de 12 bits |
137 fps |
71 fps |
90 fps |
70 fps |
Novas funções
Função HCG (ganho de alta conversão)/ LCG (ganho de baixa conversão):Função de comutação que amplifica o sinal imediatamente após a conversão da luz em um sinal elétrico, reduzindo o ruído subsequente e permitindo a captura de imagens com baixo ruído em condições de pouca luz.
Função DRRS (Dual Read Rolling Shutter):Reduz o ruído para aproximadamente 1/4 do nível de ruído normalmente observado sem DRRS, permitindo a captura de imagens com ruído reduzido.
Outros benefícios da câmera:
Baixo consumo de energia:Por exemplo, a câmera BVS CA-GX0 GigE com o sensor IMX991 consome apenas cerca de 2,9 W de energia.
Opções de resfriamento da câmera:Variantes de dissipador de calor, tubo de resfriamento e resfriamento termoelétrico (TEC) para ambientes e aplicações exigentes.
Visão geral das famílias de câmeras e interfaces para câmeras SWIR e UV
Nossas plataformas de câmeras GigE existentes tornam o uso da tecnologia SWIR e UV particularmente fácil. Você se beneficia da compatibilidade com GigE Vision e GenICam sem alterar a integração e o manuseio das câmeras em comparação com as câmeras industriais existentes.
GigESérie BVS CA-GX0 |
5GigESérie BVS CA-GV |
10GigESérie BVS CA-GT |
25GigESérie BVS CA-GW |
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A interface de visão mecânica escalável Máxima configurabilidade individual de propriedades mecânicas e elétricas, maior seleção de sensores de até 31,5 MP, várias entradas e saídas digitais possíveis, gabinete compacto com muitas opções de montagem, disponível com conectores industriais M12 para GigE e interface de I/O, gabinete IP67 opcional. |
Menor consumo de energia em um invólucro muito compacto Fator de forma pequeno com 29 × 29 mm, melhores propriedades térmicas devido ao menor consumo de energia, fonte de alimentação e transmissão de dados por meio de um cabo usando PoE, compatível com versões anteriores com interfaces 2,5 GigE e 1 GigE, opcionalmente com suporte de lente maior para sensores grandes. |
Taxa de transmissão de alta velocidade com excelente qualidade de imagem Sincronização precisa com o Precision Time Protocol (PTP) de acordo com IEEE1588, fonte de alimentação e transmissão de dados por meio de um cabo usando PoE+, resfriamento de câmera integrado, suporte de lente disponível em montagem C e M42, conexão 10 GigE via fibra óptica padrão SFP+, Multi-Core Acquisition Optimizer (MAO), 1245 MB/s sem perda de imagem. |
O mais alto desempenho em todas as dimensões Uso do protocolo RoCE v2 para transmissão de dados de baixa latência e alta taxa de transferência, implementação simples com o padrão GigE Vision, conexão econômica de longa distância com tecnologia de conexão de fibra óptica SFP28 padrão, formato pequeno com 40 x 40 mm, opcionalmente com suporte de lente maior para sensores grandes. |
| Para as câmeras | EM BREVE | Para as câmeras | EM BREVE |
USB 3 - Série BVS CA-SF
Alto desempenho com plug-and-play
Sensores CMOS de alta qualidade de até 31,5 MP e até 12 bits por pixel, pré-processamento interno de imagem em tempo real, controle de fluxo para sequências em tempo real, interface plug-and-play generalizada, compatibilidade de hardware e software graças ao padrão USB3 Vision e GenICam, também disponível como uma câmera de nível de placa.
Exemplos de aplicações
O espectro SWIR pode ser usado para verificar produtos agrícolas ou níveis de enchimento em recipientes plásticos opacos, por exemplo. Os sensores SWIR também oferecem vantagens para tarefas de monitoramento, pois os objetos de interesse ainda podem ser facilmente reconhecidos mesmo com fumaça ou neblina.
Na indústria alimentícia, por exemplo, as câmeras SWIR podem ser usadas para detectar objetos estranhos em alimentos.
Esquerda: espectro visível | direita: SWIR
Como o silício parece transparente no espectro SWIR, as câmeras SWIR também são usadas na indústria de semicondutores para detectar danos e defeitos de produção.
Esquerda: espectro visível | direita: SWIR
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Industrial cameras with SWIR and UV sensors