Das Konzept, mehrere Bilder unter unterschiedlichen Beleuchtungsszenarien sequenziell aufzunehmen und dadurch die Erkennung von bestimmten Merkmalen zu vereinfachen oder überhaupt erst zu ermöglichen, ist in der Bildverarbeitung bereits seit einiger Zeit bekannt. Die Multifield-Technologie unterscheidet sich durch den Ansatz, eine gleichzeitige Aufnahme mehrerer Bilder unter unterschiedlichen Lichtverhältnissen zu realisieren. Der Vorteil dieses Konzepts: Es spart Zeit und ermöglicht somit schnellere, wirtschaftlichere Inspektionsprozesse. Da Sensoren in Zeilenkameras weniger aktive Pixel als die in Flächenkameras verwenden, sinken die Kosten. Weitere Vorteile von Zeilenkamerasystemen sind ihre hohe Empfindlichkeit und die Fähigkeit, sich schnell bewegende Objekte abzubilden, ohne dass eine teure Blitzbeleuchtung erforderlich ist.
Multifield-Sensoren mit TDI
Multifield-Zeilenkameras bieten die Vorteile herkömmlicher Zeilenkameras, liefern aber durch die Erfassung von Monochrom-, HDR-, Farb-, Multispektral- oder Polarisationsbildern zusätzliche Informationen. Grundlage von Multifield-Sensoren ist die TDI-Technologie (Time Delay & Integration). Dabei werden mehrere Belichtungen desselben sich bewegenden Objekts akkumuliert, wodurch sich die verfügbare Integrationszeit zum Sammeln von einfallendem Licht erhöht. Schlüsseltechnologie einer Multifield-Zeilenkamera ist ein Sensor mit weiterentwickelten, auf Waferebene beschichteten dichroitischen Filtern mit minimalem spektralem Übersprechen. So ist die spektrale Trennung von Bildern möglich, die von separaten TDI-Arrays aufgenommen wurden. Das geringe spektrale Übersprechen führt zu einer deutlich besseren Farbtrennung zwischen den RGB-Kanälen als bei herkömmlichen farbstoffbasierten Farbfiltern.
Nach Wellenlängen separierte Aufnahmen
Die Linea HS 16k Multifield ist die erste Zeilenkamera, in der die Multifield-Technologie umgesetzt wurde. Sie ist in der Lage, in einem einzigen Scanvorgang bis zu drei Bilder mit Lichtquellen verschiedener Wellenlängen gleichzeitig aufzunehmen. Der integrierte CMOS-TDI-Sensor arbeitet mit drei TDI-Arrays, die über eine Zeilenauflösung von 16k und eine Pixelgröße von 5x5m verfügen. Der Sensor ist in drei Bereiche mit 64, 128 und nochmals 64 Zeilen aufgeteilt, die jeweils 35 Zeilen Abstand voneinander haben. Das mittlere Array weist doppelt so viele Zeilen auf wie die beiden anderen Felder und hat deshalb die höchste Empfindlichkeit. Diese Einteilung in Kombination mit den dichroitischen Filtern ermöglicht die nach Wellenlängen separierten, geteilten Multifield-Aufnahmen. Um die anfallenden großen Datenmengen verzögerungsfrei übertragen zu können, verfügt die Zeilenkamera über eine Camera Link HS-Schnittstelle, die bis zu 8,4 Gigapixel/s über ein einziges Glasfaserkabel liefert (AOC, Active Optical Cable). Sie erreicht bis zu 133kHz Zeilenrate pro Array und damit insgesamt eine Zeilenrate von 400kHz. Durch ihre Eigenschaften erhöht die Kamera die Prüfgeschwindigkeit und Bildqualität erheblich. Sie macht Mehrfachabtastungen überflüssig, steigert so den Durchsatz eines Prüfsystems und reduziert Beeinträchtigungen bei der Bilderkennung, die durch mechanische Vibrationen entstehen können. Die Linea HS 16k Multifield kann auch verwendet werden, um Farbbilder unter Einsatz einer weißen Lichtquelle aufzunehmen. Die spektralen Eigenschaften von dichroitischen Filtern bieten hierfür eine einzigartige Farbdarstellung, die zu einer verbesserten Erkennbarkeit genutzt werden kann.