Imaging a risoluzione elevata

PROBLEMA: Quando PCB e display a pannello piatto mostrano un incremento della densità, è necessario disporre della telecamera giusta per sistemi di ispezione ben progettati, economicamente vantaggiosi e a velocità di trasmissione elevata.

Soluzione:
Le nostre telecamere a risoluzione elevata sono dotate di funzionalità ideali per l'ispezione di parti di grandi dimensioni e altamente dettagliate. È possibile:

• Sostituire le telecamere multiple con una singola telecamera da 9, 12 o 20 MP.
• Aumentare la capacità di trasmissione con attivazione avanzata a frame rate elevati.
• Catturare immagini altamente dettagliate con range dinamico eccezionale e scarso rumore.

Ispezione ottica a risoluzione elevata

Riduzione dei costi riducendo la complessità e aumentando la velocità di trasmissione

5 MP immagine mostrata con ingrandimento del 100%

20 MP immagine mostrata con ingrandimento del 100%.
È possibile rilevare più dettagli all'interno del LED.

5 MP immagine mostrata con ingrandimento del 400%.
I dettagli all'interno del LED sono più sgranati.

20 MP immagine mostrata solo con ingrandimento del 200%. I dettagli più nitidi sono visibili all'interno del LED.

Riduzione dei costi
Un sistema di ispezione con telecamere multiple richiede obiettivi, cavi per i dati, cavi GPIO e schede del controller multipli. Una singola telecamere a risoluzione ultra-elevata necessita di uno solo di ognuno di questi elementi, consentendo un notevole risparmio. Inoltre, l'utilizzo di un minor numero di parti aumenta l'affidabilità del sistema e riduce i costi di manutenzione. Le dimensioni compatte dei sensori 1” e 1.1” a risoluzione ultra-elevata consentono di utilizzarli con apparecchi ottici con attacco a C. Gli obiettivi ad alta qualità con attacco a C supportano completamente i sensori a risoluzione ultra-elevata, evitando i costi elevati e le grandi dimensioni degli apparecchi ottici con attacco a F.

Sinistra: Area coperta da 4 telecamere da 5 MP vs una singola telecamera da 20 MP.

Destra: Rappresentazione proporzionale della differenza di copertura dell'area basata su risoluzioni a 5 MP e a 20 MP. 

Utilizzare telecamere multiple per la copertura di un'area di grandi dimensioni richiede un allineamento estremamente preciso. Le vibrazioni e l'espansione termica possono comportare la presenza di immagini “strappate” quando le telecamere non sono allineate correttamente. Ulteriori artefatti vengono introdotti dallo squilibrio cromatico fra le diverse telecamere. L'allineamento dell'immagine e la correzione del colore tramite software aumentano la complessità del processo di sviluppo dell'applicazione di visione e le risorse di sistema richieste per il funzionamento dell'applicazione. L'allineamento tramite software di un sistema con telecamere multiple richiede sovrapposizioni tra le immagini e riduce l'area coperta. La calibrazione di una telecamera è un processo semplice e veloce. Calibrare quattro telecamere e accertarsi che la calibrazione venga mantenuta richiede molto più tempo. Una singola telecamera a risoluzione ultra-elevata consente di evitare questi problemi.

Qualità delle immagini di una telecamera con prestazioni elevate
Per le ispezioni ottiche di PCB e pannelli piatti a elevata densità, il solo conteggio dei pixel non è sufficiente. Per questo motivo le telecamere FLIR a risoluzione ultra-elevata sono dotate dei più recenti sensori Pregius e Starvis Sony. Le eccezionali prestazioni di imaging di questi sensori consentono agli utenti di andare oltre la semplice ispezione della posizione dei componenti per passare alla verifica di numeri di parti, orientamento di parti e qualità delle giunzioni post-reflow joint quality.

Range dinamico
Il rande dinamico è la differenza tra la più elevata e la più bassa intensità di luce che il sensore è in grado di registrare. I sensori con range dinamico elevato catturano dettagli in aree in ombra e fortemente illuminate.  Le parti opache e altamente riflettenti di un PCB producono ombre e punti luce quando vengono illuminate Una telecamera con range dinamico elevato supera questo problema senza la necessità di elaborazione HDR multi-esposizione. Il range dinamico si misura in dB.

Rumore di lettura
Il rumore di lettura, misurato in e-, è la varianza nella misura della luminosità di un pixel quando questo viene letto dal sensore. Il rumore di lettura può far apparire luminosi i pixel anche se nessun fotone li ha colpiti. Nelle zone scure, come le ombre sulla superficie dell'IC nero opaco, il rumore di lettura darà come risultato un'immagine granulosa, rendendo difficile visualizzare dettagli minuti come i numeri di parte. La riduzione del rumore di lettura consente il rilevamento di segnali a bassa intensità che altrimenti sarebbero nascosti dal rumore. Il rumore di lettura dei sensori Pregius Sony e CMOS Starvis è da due a quattro volte inferiore rispetto a quello degli altri sensori CMOS e da quattro a nove volte inferiore rispetto ai CCD.

Efficienza quantica
L'efficienza quantica è una misura della sensibilità della telecamera alla luce a specifiche lunghezze d'onda. Più la percentuale di efficienza quantica del sensore è elevata, maggiore sarà l'efficienza con cui il sensore è in grado di convertire la luce in segnali elettrici. L'eccellente efficienza quantica dei più recenti sensori Sony da 9MP, 12MP e 20MP consente loro di catturare immagini di alta qualità con esposizioni brevi, minimizzando le tempistiche dell'ispezione.

Per spiegazioni più dettagliate dell'efficienza quantica cfr. Risoluzione problemi #1: Cattura di colori coerenti.

Ispezione con velocità di trasmissione elevata
Il set di funzionalità uniche delle telecamere FLIR a risoluzione ultra-elevata consente agli utenti di ispezionare rapidamente parti di grandi dimensioni e altamente dettagliate. I frame rate elevati e le funzionalità di attivazione avanzata forniscono agli utenti il controllo di precisione richiesto per i display a pannello piatto sincronizzati con i cicli di aggiornamento. L'ampiezza di banda incrementata dell'interfaccia 10 GigE supporta anche i frame rate più elevati. L'eccezionale range dinamico dei più recenti sensori CMOS elimina la necessità di imaging HDR multi-esposizione, mentre l'efficienza quantica elevata e il basso rumore di lettura garantiscono un'eccellente cattura dei dettagli anche con esposizioni brevi.

Nota sugli obiettivi
Per ottenere i massimi risultati da una telecamera a risoluzione ultra-elevata sono necessari supporti ottici a risoluzione elevata. Gli obiettivi di alta qualità forniscono luminosità, contrasto e nitidezza eccellenti nell'intera immagine, non soltanto al centro. Anche se due obiettivi con la stessa lunghezza focale possono sembrare simili, le loro prestazioni ottiche possono diferire significativamente. 

Grafici MTF 
Per aiutare i clienti a scegliere l'obiettivo più adatto per la telecamera e l'applicazione spesso i produttori inseriscono grafici MTF (Modular Transfer Function) nelle specifiche dell'obiettivo. I grafici MTF combinano nitidezza e contrasto sull'asse verticale, mentre l'asse orizzontale rappresenta la distanza dal centro dell'immagine. Gli obiettivi a prestazioni elevate hanno un valore MTF più alto, per una maggior distanza dal centro dell'obiettivo.

Sinistra: Grafico di confronto delle prestazioni di obiettivi a prestazioni elevate e basse rispetto a un ipotetico obiettivo perfetto. 
L'obiettivo con prestazioni elevate mantiene contrasto e nitidezza eccellenti in tutta l'immagine. 

Destra: Dettagli tagliati degli angoli delle immagini catturate utilizzando un obiettivo a prestazioni elevate vs un obiettivo standard. Il maggior contrasto e la maggior nitidezza sono evidenti. Gli obiettivi con prestazioni inferiori (viola) perdono nitidezza verso gli angoli e i bordi dell'immagine.