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埃科光电TTS604MCXP-6M/C ——超分辨率像素位移相机探索之路
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2023-06-19 16:38:28来源: 中国机器视觉网

现今,新型显示技术不断发展,像素密度不断提高,检测要求也越发严苛。部分AR、VR及LTPO类小尺寸高PPI(Pixel Per Inch)产品,使用6500万、1.51亿像素大幅面扫描相机已不能适应其检测精度要求。因此,市场正亟需一款更高分辨率的工业相机以满足此类需求。

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图 典型面板像素级检测应用,常见的检测需求包括:坏点检测、亮度均匀性检测等。为使成像准确,每个屏幕像素需至少对应9-16个相机像素。

为此,埃科推出了TTS604MCXP-6M/C超分辨率面扫描相机,其有效像素数量高达6.04亿。目前,该相机已正式面向市场,并展现了卓越的超高精度成像能力。

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原始分辨率

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13.59亿分辨率

要研制一款满足超高精度检测要求的大幅面扫描相机,首先要了解“分辨率”的含义,以及提高相机分辨率的难点所在。

在机器视觉领域,面扫描相机的分辨率通常指相机传感器的成像像素数量。例如,埃科光电的6500万像素大幅面扫描相机TS65MCXP-71M/C,其传感器的分辨率为9344*7000,其中9344和7000分别表示横向和纵向的像素数量。若要提高相机的分辨率,则须增加传感器像素总数。常规情况下,可通过增加传感器尺寸以及减小像元面积两种方式实现。

增加传感器尺寸:保持像元大小不变,将原本29.9mm*22.4mm规格的6500万像素传感器的长宽均增加一倍,相机的分辨率便会相应增加至原本四倍。

减小像元面积:保持传感器芯片尺寸不变,将原本9344*7000像素传感器中每个像元的面积减小至原面积的四分之一,那么其分辨率也将增加至原本四倍。

然而,上述两种方法在实现传感器分辨率大幅提升的同时,也会带来新问题。

首先是品质控制及成本增长问题。

对于面扫描相机,由于晶圆生产水平的限制,相机芯片几乎不可避免地有坏点存在。并且随着芯片尺寸的扩大,晶圆生产工艺难度也在加大,因此大尺寸芯片的坏点率往往难以控制。在实际应用过程中,少量坏点可使用数字方法进行矫正,尽管会引入一定误差,但总体上对最终成像效果影响不大。但若坏点率提高,矫正引入的误差不断积累,就有可能对最终检测结果产生严重影响。要控制坏点率,须提升大尺寸半导体生产工艺,成本的增加也正在于此。

其次,像素数量的提高还会给镜头和光源提出更高的要求。

镜头方面:在相机与镜头的配合中,镜头的靶面必须与相机芯片匹配,否则成像会出现黑边、畸变等异常。而大靶面的镜头不但对制作材料要求严格,其成像一致性也难以把控。如果没有合适的镜头,即使提高相机的分辨率,也无法有效提高成像质量,不能达到预期效果。

光源方面:在相机与光源的配合中,要求光源在规定的曝光时间内,提供足够的光子数,使得图像灰度达到可接受的数值。但是在光照强度不变的条件下,图像灰度与像元大小有直接关系,像元越小,单位时间内能够接收到的光子数就越少,产生的光电流也就越小。简而言之,相机输出图像的亮度会随着像元面积减小而降低。因此,像元面积减小的同时必须提高光源亮度。然而,光源亮度提高后,强烈的光照会带来巨大的热量,直接影响工作区域的温度。高温不但可能对拍摄物造成损伤,还容易导致镜头中的光学部件发生形变,引起光路变化,导致成像不对称、不清晰或其他成像异常。

基于上述问题,埃科光电提出了使用像素位移方法提升相机分辨率的解决方案。

利用像素位移技术,相机通过多次成像,再经算法修正图像信息后,超分辨率大幅面扫描相机(TTS604MCXP-6M/C)可以获取等效于6.04亿像素芯片直接取图的成像效果。这一技术的优点在于,既不需要增加传感器尺寸或者缩小像素尺寸,又不需要搭配特殊的镜头和光源,仅基于现有条件下,便可实现更高分辨率的成像,得到更高效率和更高精度的检测效果。

具体来说,相机设定的位移序列如左图所示。首先,相机在(0,0)坐标处静止成像,然后将图像传感器沿X方向位移半个像素至(0.5,0)坐标并取图,再依次将其移动至(0,0.5)位置、(0.5,0.5)位置取图。由于图像传感器沿一个方向位移时,相当于拍摄物沿反方向位移,所以最终将这四张图如右图方式进行拼接,便可以得到6.04亿像素的等效图像。

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彩色6.04亿超分辨率相机还可实现真彩色成像。按照同样的路线进行移动和取图后,可将4次拍摄获取的灰度值,分别认定为RGB不同通道的灰度值,再通过算法进行叠加,从而实现真彩色成像。

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为使上述两种功能达到最佳效果,像素位移的位移精度至关重要。如果相机的位移精度较低,对于黑白相机而言在明暗边界处将产生间隔图案,彩色相机则会在明暗边界处出现色散。而超分辨率大幅面扫描相机(TTS604MCXP-6M/C)依靠闭环反馈的微位移机制,位移精度高达50nm,完全满足位移精度要求。

综上,具有高分辨率和真彩色成像两大优秀特质的埃科光电像素位移相机TTS604MCXP-6M/C,可广泛应用于各种屏幕检测领域,如液晶显示器、有机发光二极管(OLED)屏幕、微LED屏幕等,也可应用于其他需要高分辨率成像的领域,如无损检测、医学影像等。

埃科光电作为像素位移相机领域的前沿企业,通过自主研发和技术创新,正不断推进像素位移相机迭代发展,不仅在国内市场上受到了广泛关注,也在国际市场上得到了认可。随着技术的进步和应用的不断拓展,像素位移相机将为各个领域的高分辨率成像需求提供更加全面、高效、可靠的解决方案。

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TTS604MCXP-6M/C产品特征

标准位移模式下可实现4/9倍分辨率提高,分辨率可达6.04/13.59亿;纳米级像素位移技术;最高帧率1.5fps@4倍分辨率模式;支持手动位移和自动位移;采用CoaXPress接口;包含黑白和彩色相机版本;彩色相机可实现RGB真彩色成像;电制冷(低于环境温度20℃)。