Camera line scan và area scan: khác nhau thế nào, khi nào dùng loại nào?

Một cuộn màng nhựa chạy liên tục qua trạm kiểm tra, không có điểm dừng và không có “từng sản phẩm” để chụp. Một lon nước ngọt cần kiểm tra nhãn trên toàn bộ chu vi. Một tấm kính dài hơn vùng nhìn của bất kỳ camera nào. Với những bài toán như vậy, camera thông thường bắt đầu gặp khó, và đó là lúc camera line scan xuất hiện trong báo giá. Bài viết này giải thích camera line scan và camera area scan khác nhau thế nào, mỗi loại hợp với bài toán nào, cần chuẩn bị gì khi dùng line scan, kèm một ví dụ tính toán và checklist để bạn tự chọn đúng.

Nếu bạn mới làm quen với thị giác máy, hãy đọc trước bài Machine vision là gì để nắm các thành phần của một hệ thống. Bài này đi sâu vào một lựa chọn cụ thể ở phần camera.

Camera area scan là gì?

Camera area scan dùng cảm biến dạng ma trận hai chiều, chụp toàn bộ khung hình trong một lần phơi sáng, giống một chiếc máy ảnh. Đây là loại camera phổ biến nhất trong machine vision, xuất hiện ở hầu hết các trạm kiểm tra sản phẩm rời.

Với cảm biến global shutter (toàn bộ điểm ảnh phơi sáng cùng lúc), camera area scan chụp được vật đang di chuyển mà không bị méo hình. Dòng Basler ace 2 là ví dụ điển hình, bạn có thể xem thêm ở trang camera công nghiệp hoặc model Basler a2A4012.

Khi nào area scan là lựa chọn mặc định

Sản phẩm rời, có kích thước xác định: linh kiện, bảng mạch, chai lọ, hộp, chi tiết cơ khí.
Dây chuyền dừng-chạy hoặc chạy chậm: sản phẩm dừng lại hoặc đi qua vị trí chụp đủ chậm để không nhoè.
Nhiều vùng kiểm tra trong một ảnh: vừa kiểm tra nhãn, vừa đọc mã, vừa đo khoảng cách trên cùng một khung hình.
Dẫn hướng robot, kiểm tra có/không, kiểm tra lắp ráp.

Ưu điểm lớn nhất là tích hợp đơn giản: ống kính, đèn và giá lắp tiêu chuẩn, không cần đồng bộ với tốc độ băng tải.

Camera line scan là gì?

Camera line scan dùng cảm biến chỉ gồm một (hoặc vài) hàng điểm ảnh. Mỗi lần kích hoạt, camera chụp một dòng ảnh rất mảnh. Khi vật thể di chuyển qua camera, hàng nghìn dòng liên tiếp được ghép lại thành một ảnh hai chiều. Nói cách khác, chiều thứ hai của ảnh được tạo ra từ chính chuyển động của vật.

Vì chỉ có một hàng điểm ảnh, camera line scan có thể có rất nhiều điểm ảnh trên một dòng, cho độ phân giải cao theo chiều ngang, trong khi chiều dọc của ảnh gần như không giới hạn. Dòng Basler racer là ví dụ, với các model như raL6144-16gm và raL12288-8gm (con số đầu trong tên model là số điểm ảnh trên một dòng). Xem thêm các dòng camera line scan BeeVision phân phối.

Khi nào nên dùng line scan

Vật liệu dạng cuộn chạy liên tục (web inspection): giấy, màng film, lá kim loại, vải, vải không dệt.
Vật thể dài hoặc rất rộng: tấm kính, tôn, thép tấm, tấm pin mặt trời, bảng mạch cỡ lớn.
Bề mặt trụ cần quét toàn chu vi: lon, chai, ống, trục lăn. Vật được xoay trước camera và ảnh “trải phẳng” bề mặt cong.
Cần độ phân giải cao trên một vùng rộng mà một camera area scan phải chia thành nhiều camera mới đạt được.
Tốc độ dây chuyền cao khiến camera area scan khó chụp sắc nét mà không cần đèn chớp rất mạnh.

So sánh camera line scan và area scan

Tiêu chí	Camera area scan	Camera line scan
Cảm biến	Ma trận 2D, chụp cả khung hình	Một hoặc vài hàng điểm ảnh, ghép từng dòng
Chuyển động	Không bắt buộc	Bắt buộc có chuyển động tương đối liên tục
Đồng bộ	Trigger từ cảm biến hoặc PLC	Thường cần encoder để khớp tốc độ băng tải
Chiếu sáng	Đèn vòng, đèn vòm, đèn nền, đèn nghiêng…	Đèn dạng thanh (line light), cần cường độ cao và đều
Kích thước vùng nhìn	Giới hạn bởi cảm biến	Chiều dọc gần như không giới hạn
Tích hợp	Đơn giản, linh kiện tiêu chuẩn	Phức tạp hơn: cơ khí, encoder, đèn, băng thông dữ liệu
Phù hợp điển hình	Sản phẩm rời, nhiều vùng kiểm tra, dẫn hướng robot	Vật liệu cuộn, vật dài, bề mặt trụ, vùng rộng độ phân giải cao

Với phần lớn trạm kiểm tra sản phẩm rời, camera area scan vẫn là điểm xuất phát hợp lý. Camera line scan đáng cân nhắc khi bài toán có ít nhất một trong các dấu hiệu ở cột bên phải.

Dùng line scan cần chuẩn bị gì?

Camera line scan mạnh, nhưng chỉ cho ảnh tốt khi cả hệ thống được thiết kế đồng bộ. Đây là bốn yếu tố thường quyết định thành bại:

1. Encoder và tốc độ dòng (line rate)

Camera phải chụp mỗi dòng đúng lúc vật di chuyển được một khoảng bằng kích thước một điểm ảnh. Nếu băng tải thay đổi tốc độ mà camera vẫn chụp đều, ảnh sẽ bị kéo dài hoặc co lại. Vì vậy hệ thống line scan thường dùng encoder (bộ mã hoá vòng quay gắn trên trục băng tải) để phát xung kích hoạt theo quãng đường, không theo thời gian.

2. Chiếu sáng dạng thanh, đủ mạnh

Mỗi dòng ảnh chỉ có thời gian phơi sáng rất ngắn, nên cần nhiều ánh sáng hơn so với camera area scan. Đèn dạng thanh tập trung ánh sáng vào đúng vệt mà camera nhìn, và phải đều trên toàn bộ chiều rộng. Các hãng như OPT Machine Vision có dải đèn thanh và đèn chuyên dụng, xem thêm tại trang OPT Machine Vision.

3. Cơ khí ổn định

Vật liệu phải đi qua camera ổn định, không rung lắc hay lệch khỏi mặt phẳng lấy nét. Với bề mặt trụ, vật cần được xoay đều đúng một vòng trong lúc chụp.

4. Băng thông và xử lý dữ liệu

Camera line scan độ phân giải cao tạo ra luồng dữ liệu rất lớn và liên tục. Cần tính trước giao tiếp (GigE, CoaXPress, Camera Link…), card thu hình và sức xử lý của máy tính, thường là một hệ thống vision dựa trên PC. Bài Camera thông minh hay hệ thống vision PC giải thích vì sao.

Ví dụ tính nhanh: một dây chuyền màng film

Giả sử bạn cần kiểm tra một cuộn màng rộng 500 mm, chạy 60 m/phút, và muốn mỗi điểm ảnh trên vật tương ứng khoảng 0,1 mm. Các con số dưới đây chỉ để minh hoạ cách tính.

Số điểm ảnh trên một dòng: 500 mm ÷ 0,1 mm = 5.000 điểm ảnh. Một camera có khoảng 6.000 điểm ảnh trên dòng, như raL6144, là đủ, còn dư để bù lề.
Tốc độ băng tải: 60 m/phút = 1.000 mm/giây.
Tốc độ dòng cần thiết: 1.000 mm/giây ÷ 0,1 mm = 10.000 dòng/giây, tức 10 kHz. Camera phải đạt tốc độ này, và encoder phải phát xung đủ mịn để kích hoạt từng dòng.

Lưu ý: kích thước điểm ảnh 0,1 mm không có nghĩa là phát hiện được lỗi 0,1 mm. Trong thực tế, lỗi thường cần phủ vài điểm ảnh và có độ tương phản đủ rõ dưới ánh sáng đã chọn. Đó là lý do phép tính chỉ là bước khởi đầu, còn kết luận phải đến từ thử nghiệm trên mẫu thật.

Checklist: bài toán của bạn hợp với loại camera nào?

Sản phẩm là từng chiếc rời, hay là vật liệu chạy liên tục? Rời nghiêng về area scan; liên tục nghiêng về line scan.
Vật có dài hoặc rộng hơn vùng nhìn hợp lý của một camera area scan không?
Cần kiểm tra toàn bộ chu vi của vật hình trụ?
Dây chuyền có dừng ở vị trí chụp, hay chạy liên tục ở tốc độ cao?
Bạn có thể lắp encoder và giữ vật đi qua ổn định không?
Cần nhìn nhiều vùng khác nhau trên cùng sản phẩm, hay quét đều một bề mặt lớn?

Nếu phần lớn câu trả lời rơi vào “sản phẩm rời, dừng hoặc chạy chậm, nhiều vùng kiểm tra”, camera area scan là lựa chọn đơn giản và hiệu quả. Nếu nghiêng về “liên tục, dài, rộng, hình trụ”, hãy đánh giá camera line scan.

BeeVision giúp bạn chọn thế nào?

BeeVision phân phối chính hãng cả camera area scan và line scan của Basler, cùng đèn và ống kính OPT Machine Vision, máy tính công nghiệp và phần mềm. Với bài toán line scan, đội kỹ thuật thiết kế đồng bộ camera, đèn thanh, encoder và hệ thống xử lý, còn đội R&D/AI nội bộ có thể tuỳ biến phần mềm BeeVision Studio theo đúng dây chuyền và kết nối với PLC, MES, ERP.

Cách chắc chắn nhất vẫn là thử trên mẫu thật: gửi một đoạn vật liệu hoặc vài sản phẩm có lỗi thật, đội kỹ thuật sẽ dựng thử cấu hình phù hợp và báo lại camera nào, đèn nào phát hiện được lỗi của bạn. Kỹ sư BeeVision hỗ trợ onsite toàn quốc, bằng tiếng Việt và tiếng Anh. Muốn đọc thêm góc nhìn của nhà sản xuất, Cognex có bài Line Scan vs Area Scan (tiếng Anh).

Tóm lại

Camera area scan chụp cả khung hình một lần, tích hợp đơn giản và là lựa chọn mặc định cho sản phẩm rời. Camera line scan ghép ảnh từ từng dòng khi vật di chuyển, phát huy thế mạnh với vật liệu cuộn, vật dài, bề mặt trụ và vùng rộng cần độ phân giải cao, nhưng đòi hỏi encoder, đèn thanh, cơ khí ổn định và hệ thống xử lý đủ mạnh. Chọn đúng loại camera từ đầu giúp tránh những dự án “chụp được nhưng không thấy lỗi”.

Theo dõi BeeVision trên LinkedIn để nhận các bài kỹ thuật mới mỗi tuần, và đăng ký kênh YouTube BeeVision để xem video giải thích các ứng dụng machine vision.

Gửi mẫu OK/NG để đội kỹ thuật BeeVision thử trước khi bạn đầu tư. Chúng tôi sẽ cho bạn biết camera area scan hay line scan phù hợp hơn với dây chuyền của bạn, dựa trên kết quả thử thật.

Liên hệ BeeVision:

Website: bee.vision

Email: hive@bee.vision