スキャンカメラと従来のセンサーの主な違い

従来のセンサーを理解する

CCD (電荷結合素子) や CMOS (相補型金属酸化膜半導体) センサーなどの従来の画像センサーは、画像フレーム全体を同時にキャプチャします。これらのセンサーはピクセルのグリッドで構成され、各ピクセルは光の強度の 1 つのポイントを表します。光がセンサーに当たると、各ピクセルは光の強度に比例した電荷を蓄積します。この電荷が読み取られてデジタル画像が作成されます。

CCD センサーは高画質と低ノイズで知られており、優れた鮮明度が求められる用途に適しています。ただし、CMOS センサーよりも高価で、消費電力も大きくなります。一方、CMOS センサーは、コスト、電力効率、統合機能の面で優れています。スマートフォン、デジタル カメラ、さまざまな組み込みビジョン システムに広く使用されています。

従来のセンサーの主な特徴:

• グローバル シャッター:多くの従来のセンサーはグローバル シャッターを採用しており、すべてのピクセルが同時に光にさらされます。これは、高速で移動する物体を歪みなく撮影するために不可欠です。
• フレームベースの取得:画像全体が 1 つのフレームでキャプチャされるため、リアルタイムの画像処理と分析が可能になります。
• 幅広い入手可能性:従来のセンサーは、さまざまなサイズ、解像度、パフォーマンス特性のものが容易に入手できます。

スキャンカメラの探求

スキャン カメラは、従来のセンサーとは異なり、画像フレーム全体を一度にキャプチャしません。代わりに、リニア センサーまたは単一要素センサーを使用して、シーンをラインごとまたはポイントごとにスキャンします。カメラは機械的または電子的に移動し、視野全体をカバーして、画像を順番に構築します。このプロセスは、フラットベッド スキャナーがドキュメントをデジタル化するプロセスに似ています。

一般的なスキャン カメラの 1 つはライン スキャン カメラです。これは、1 列のピクセルを使用して 1 次元画像をキャプチャします。次に、この列をシーン全体に移動して 2 次元画像を作成します。もう 1 つのタイプはポイント スキャン カメラです。これは、1 つのピクセルまたは小さなピクセル配列を使用してシーンをポイントごとにスキャンします。

スキャンカメラの主な特徴:

• ローリング シャッター:スキャン カメラでは通常、画像の異なるラインが異なるタイミングで露出されるローリング シャッターが使用されます。これにより、高速で移動する物体を撮影するときに歪みが生じる可能性があります。
• 連続取得:画像は行ごとまたは点ごとに連続的に構築されるため、正確な同期と制御が必要です。
• 高解像度の可能性:スキャン カメラは、スキャン プロセスを正確に制御することで、非常に高い解像度を実現できます。

コアの違い: 詳細な比較

基本的な違いは、画像取得方法にあります。従来のセンサーは画像全体を一度にキャプチャしますが、スキャンカメラは画像を順番に構築します。これにより、パフォーマンス、アプリケーション、制限の点でいくつかの重要な違いが生じます。

シャッター メカニズム:従来のセンサーでは、多くの場合、すべてのピクセルを同時にキャプチャするグローバル シャッターが使用されています。スキャン カメラでは主にローリング シャッターが使用され、動いている被写体を撮影するときに歪みが生じる可能性があります。これは、画像の上部が下部とわずかに異なるタイミングでキャプチャされるためです。

解像度と画質:スキャン カメラは、スキャン プロセスを正確に制御できるため、非常に高い解像度を実現できます。従来のセンサーは、センサー上のピクセル密度によって制限されます。ただし、従来のセンサーは、特に低照度条件では、ノイズとダイナミック レンジの点で一般的に優れた画質を提供します。

速度とスループット:フレームベースの取得を行う従来のセンサーは、一般的にスキャン カメラよりも高いフレーム レートとスループットを提供します。スキャン カメラは、スキャン メカニズムの速度とセンサーの読み出し速度によって制限されます。ただし、静止したシーンや動きの遅いシーンでは、スキャン カメラの高解像度が大きな利点となります。

用途:従来のセンサーは、民生用電子機器、医療用画像処理、監視システムで広く使用されています。スキャン カメラは、高解像度と幾何学的精度が最も重要となる産業検査、ドキュメント スキャン、3D スキャンで使用されています。

主な違いの要約:

• 画像取得:従来のセンサーはフレーム全体をキャプチャしますが、スキャン カメラは行ごとまたはポイントごとにデータを取得します。
• シャッター タイプ:グローバル シャッター (従来型) とローリング シャッター (スキャン)。
• 解像度の可能性:一般的に低い (従来型) vs. 潜在的に非常に高い (スキャン)。
• 速度/スループット:高い (従来型) vs. 低い (スキャン)。
• アプリケーション:広範囲 (従来型) と特殊 (スキャン)。

利点と欠点

それぞれのテクノロジーには長所と短所があります。適切なテクノロジーを選択するかどうかは、アプリケーションの特定の要件に大きく依存します。

従来のセンサー:

利点:

• 高フレームレート
• グローバルシャッター機能（多くの場合）
• 幅広い利用可能性を備えた成熟した技術
• コストが低い（一般的に）

デメリット:

• スキャンカメラに比べて解像度が限られている
• ブルーミングやスミアアーティファクトが発生する可能性がある
• 場合によってはダイナミックレンジが低くなる

スキャンカメラ:

利点:

• 非常に高い解像度
• 優れた幾何学的精度
• 大判イメージングに最適

デメリット:

• フレームレートが低い
• ローリングシャッター歪み
• より複雑な同期と制御
• コストが高くなる（場合によっては）

さまざまな業界への応用

スキャンカメラと従来のセンサーのどちらを選択するかは、アプリケーションによって大きく異なります。いくつかの例を見てみましょう。

工業検査:スキャンカメラは製造部品の検査によく使用されますが、欠陥を検出するには高解像度と幾何学的精度が不可欠です。スキャンカメラは微細な欠陥を識別し、寸法を正確に測定できます。

ドキュメントスキャン:スキャンカメラ技術を採用したフラットベッドスキャナは、ドキュメントや画像をデジタル化するために使用されます。連続スキャンプロセスにより、元の資料を高解像度で再現できます。

医療用画像処理:従来のセンサーは、X 線、CT、MRI などの医療用画像処理で広く使用されています。体内の動的なプロセスを捉えるには、高いフレーム レートと優れた画質が不可欠です。

監視システム:従来のセンサーは、リアルタイムのビデオ映像をキャプチャできるため、監視カメラでよく使用されます。コンパクトなサイズと低消費電力により、これらのアプリケーションに最適です。

3D スキャン:スキャン カメラ、特に構造化光またはレーザー三角測量を採用したカメラは、オブジェクトの 3D モデルを作成するために使用されます。連続スキャン プロセスにより、正確な深度情報を取得できます。

写真撮影:従来のセンサーがこの分野を支配していますが、芸術作品や風景の詳細な画像を撮影するなど、非常に高い解像度が求められる特殊な写真撮影アプリケーションでは、スキャン カメラが使用されることがあります。