23/10/10Tydvertraging en integrasie (TDI) is 'n metode van beeldopname wat gebou is op die beginsel van lynskandering, waar 'n reeks eendimensionele beelde vasgelê word om 'n beeld te genereer deur die beweging van die monster te tydsbereken en die beeldskyfopname deur sneller te aktiveer. Alhoewel hierdie tegnologie al dekades lank bestaan, word dit tipies geassosieer met lae-sensitiwiteitstoepassings, soos webinspeksie.
'n Nuwe generasie kameras het die sensitiwiteit van sCMOS met die spoed van TDI gekombineer om beeldopname van gelyke gehalte as area-skandering te bied, maar met die potensiaal vir ordegroottes vinniger deurset. Dit is veral duidelik in situasies waar beeldvorming van groot monsters in lae ligtoestande vereis word. In hierdie tegniese nota beskryf ons hoe TDI-skandering werk, en vergelyk die beeldopnametyd met 'n vergelykbare grootarea-skanderingstegniek, teël- en steekbeelding.
Van lynskandering na TDI
Lynskandering is 'n beeldtegniek wat 'n enkele lyn pixels (verwys na as 'n kolom of stadium) gebruik om 'n sny van 'n beeld te neem terwyl 'n monster in beweging is. Deur elektriese snellermeganismes te gebruik, word 'n enkele 'sny' van 'n beeld geneem terwyl die monster die sensor verbygaan. Deur die kamera se snellertempo te skaal om die beeld in pas met die monsterbeweging vas te lê en 'n raamgryper te gebruik om hierdie beelde vas te lê, kan hulle saamgevoeg word om die beeld te rekonstrueer.
TDI-beelding bou voort op hierdie beginsel van beeldopname van 'n monster, maar gebruik verskeie stadiums om die aantal foto-elektrone wat vasgelê word, te verhoog. Soos die monster elke stadium verbygaan, word meer inligting versamel en bygevoeg by die bestaande foto-elektrone wat deur vroeëre stadiums vasgelê is en in 'n soortgelyke proses as CCD-toestelle geskommel is. Soos die monster oor die finale stadium gaan, word die versamelde foto-elektrone na 'n uitleser gestuur, en die geïntegreerde sein oor die reeks word gebruik om 'n beeldsnit te genereer. In Figuur 1 word beeldopname op 'n toestel met vyf TDI-kolomme (stadiums) getoon.
Figuur 1: 'n geanimeerde voorbeeld van beeldopname met behulp van TDI-tegnologie. 'n Monster (blou T) word oor 'n TDI-beeldopnametoestel (’n kolom van 5 pixels, 5 TDI-fases) gelei, en foto-elektrone word in elke fase vasgelê en by die seinvlak gevoeg. 'n Uitlees skakel dit om na 'n digitale beeld.
1a: Die beeld (’n blou T) word op die verhoog bekendgestel; die T is in beweging soos op die toestel getoon.
1b: Soos die T die eerste stadium verbygaan, word die TDI-kamera geaktiveer om foto-elektrone te aanvaar wat deur die pixels vasgevang word soos hulle die eerste stadium op die TDI-sensor tref. Elke kolom het 'n reeks pixels wat foto-elektrone individueel vasvang.
1c: Hierdie vasgelegde foto-elektrone word na die tweede stadium geskuif, waar elke kolom sy seinvlak na die volgende stadium stoot.
1d: In tyd met die beweging van die monster se een-pixel afstand, word 'n tweede stel foto-elektrone in stadium twee vasgelê en by die voorheen vasgelegde gevoeg, wat die sein verhoog. In stadium 1 word 'n nuwe stel foto-elektrone vasgelê, wat ooreenstem met die volgende skyf van die beeldopname.
1e: Die beeldopnameprosesse wat in stadium 1d beskryf word, word herhaal soos die beeld verby die sensor beweeg. Dit bou 'n sein op vanaf foto-elektrone van die stadiums. Die sein word deurgegee na 'n uitleesapparaat, wat die foto-elektronsein in 'n digitale uitleesapparaat omskakel.
1f: Die digitale uitlesing word kolom vir kolom as 'n beeld vertoon. Dit maak digitale rekonstruksie van 'n beeld moontlik.
Aangesien die TDI-toestel in staat is om gelyktydig foto-elektrone van een stadium na die volgende oor te dra, en nuwe foto-elektrone van die eerste stadium vas te lê terwyl die monster in beweging is, kan die beeld effektief oneindig wees in die aantal rye wat vasgelê word. Die snellertempo's, wat die aantal kere wat beeldopname (fig. 1a) plaasvind, bepaal, kan in die orde van honderde kHz wees.
In die voorbeeld van Figuur 2 is 'n mikroskoopplaatjie van 29 x 17 mm in 10.1 sekondes vasgelê met 'n 5 µm-pixel TDI-kamera. Selfs teen beduidende zoomvlakke is die vlak van onscherpte minimaal. Dit verteenwoordig 'n groot vooruitgang op vorige generasies van hierdie tegnologie.
Vir verdere besonderhede toon Tabel 1 verteenwoordigende beeldtyd vir 'n reeks algemene steekproefgroottes teen 10, 20 en 40 x zoom.
Figuur 2: 'n Beeld van 'n fluoresserende monster vasgelê met 'n Tucsen 9kTDI. Blootstelling 10 ms, vasleggingstyd 10.1 s.
Tabel 1: Matriks van vasleggingstyd van verskillende steekproefgroottes (sekondes) met behulp van 'n Tucsen 9kTDI-kamera op 'n Zaber MVR-reeks gemotoriseerde verhoog teen 10, 20 en 40 x vir 1 en 10 ms blootstellingstyd.
Area-skanderingbeelding
Gebiedsskandering in sCMOS-kameras behels die gelyktydige vaslegging van 'n hele beeld met behulp van 'n tweedimensionele skikking van pixels. Elke pixel vang lig vas, skakel dit om na elektriese seine vir onmiddellike verwerking en vorm 'n volledige beeld met hoë resolusie en spoed. Die grootte van 'n beeld wat in 'n enkele beligting vasgelê kan word, word bepaal deur die pixelgrootte, die vergroting en die aantal pixels in 'n skikking, per (1)
Vir 'n standaard skikking word die gesigsveld gegee deur (2)
In gevalle waar 'n monster te groot is vir die gesigsveld van 'n kamera, kan 'n beeld gekonstrueer word deur die beeld in 'n rooster van beelde van die grootte van die gesigsveld te skei. Die vaslegging van hierdie beelde volg 'n patroon, waar die verhoog na 'n posisie op die rooster sal beweeg, die verhoog sal sak, en dan sal die beeld vasgelê word. In rolsluiterkameras is daar 'n bykomende wagtyd terwyl die sluiter draai. Hierdie beelde kan vasgelê word deur die kameraposisie te skuif en hulle aanmekaar te werk. Figuur 3 toon 'n groot beeld van 'n menslike sel onder fluoresensiemikroskopie wat gevorm word deur 16 kleiner beelde aanmekaar te werk.
Figuur 3: 'n Skyfie van 'n menslike sel wat deur 'n area-skanderingskamera vasgelê word met behulp van teël- en steekbeelding.
Oor die algemeen sal die oplos van groter detail vereis dat meer beelde op hierdie manier gegenereer en saamgevoeg word. Een oplossing hiervoor is om te gebruikgrootformaat kamera skandering, wat groot sensors met 'n hoë pixeltelling het, in samewerking met gespesialiseerde optika, wat dit moontlik maak om 'n groter hoeveelheid detail vas te lê.
Vergelyking tussen TDI en area-skandering (Teël & Steek)
Vir grootskaalse skandering van monsters is beide Teël-en-steek- en TDI-skandering geskikte oplossings, maar deur die beste metode te kies, is dit moontlik om die tyd wat benodig word om 'n monster te skandeer, aansienlik te verminder. Hierdie tydbesparing word gegenereer deur die vermoë van TDI-skandering om 'n bewegende monster vas te lê; wat die vertragings wat verband hou met stadiumversakking en rolluiktydsberekening wat verband hou met teël-en-steekbeelding, verwyder.
Figuur 4 vergelyk die stoppe (groen) en bewegings (swart lyne) wat nodig is om 'n beeld van 'n menslike sel vas te lê in beide teël-en-steek (links) en TDI (regs) skandering. Deur die behoefte om die beeld in TDI-beelding te stop en te herbelyn, te verwyder, is dit moontlik om beeldtyd aansienlik te verminder, mits die blootstellingstyd laag is <100 ms.
Tabel 2 toon 'n uitgewerkte voorbeeld van skandering tussen 'n 9k TDI en 'n standaard sCMOS-kamera.
Figuur 4: 'n Skandeermotief van die vaslegging van 'n menslike sel onder fluoresensie wat teël-en-steek (links) en TDI-beelding (regs) toon.
Tabel 2: Vergelyking van area-skandering en TDI-beelding vir 'n 15 x 15 mm monster met 'n 10x objektieflens en 10 ms blootstellingstyd.
Alhoewel TDI fantastiese potensiaal bied vir verhoogde spoed van beeldopname, is daar nuanses aan die gebruik van hierdie tegnologie. Vir hoë beligtingstye (>100 ms) word die betekenis van die tyd wat verlore gaan aan die beweging- en vestigingsaspekte van area-skandering verminder relatief tot beligtingstyd. In sulke gevalle kan area-skanderingkameras verminderde skanderingstye bied in vergelyking met TDI-beelding. Om te sien of TDI-tegnologie jou voordele bo jou huidige opstelling kan bied,kontak onsvir 'n vergelykingsrekenaar.
Ander toepassings
Baie navorsingsvrae vereis meer inligting as 'n enkele beeld, soos multikanaal- of multifokusbeeldverkryging.
Multikanaalbeelding in 'n area-skanderingskamera behels die vaslegging van beelde met behulp van verskeie golflengtes gelyktydig. Hierdie kanale stem tipies ooreen met verskillende golflengtes van lig, soos rooi, groen en blou. Elke kanaal vang spesifieke golflengte- of spektrale inligting van die toneel vas. Die kamera kombineer dan hierdie kanale om 'n volkleur- of multispektrale beeld te genereer, wat 'n meer omvattende beeld van die toneel met duidelike spektrale besonderhede bied. In area-skanderingskameras word dit bereik deur diskrete beligtings, maar met TDI-beelding kan 'n splitter gebruik word om die sensor in verskeie dele te skei. Die verdeling van 'n 9kTDI (45 mm) in 3 x 15.0 mm sensors sal steeds groter wees as 'n standaard sensor (6.5 µm pixelwydte, 2048 pixels) breedte van 13.3 mm. Boonop, aangesien TDI slegs beligting op die deel van die monster wat afgebeeld word, benodig, kan die skanderings vinniger gesiklus word.
Nog 'n gebied waar dit die geval mag wees, is in multifokusbeelding. Multifokusbeelding in area-skanderingskameras behels die vaslegging van verskeie beelde op verskillende fokusafstande en die vermenging daarvan om 'n saamgestelde beeld te skep met die hele toneel in skerp fokus. Dit spreek verskillende afstande in 'n toneel aan deur in-fokusgebiede van elke beeld te analiseer en te kombineer, wat lei tot 'n meer gedetailleerde voorstelling van 'n beeld. Weereens, deur 'n te gebruiksplitterOm die TDI-sensor in twee (22.5 mm) of drie (15.0 mm) stukke te verdeel, mag dit moontlik wees om 'n multifokusbeeld vinniger te verkry as 'n area-skandering-ekwivalent. Vir hoër-orde multifokus (z-stapels van 6 of meer) sal area-skandering egter waarskynlik die vinnigste beeldtegniek bly.
Gevolgtrekkings
Hierdie tegniese nota beskryf die verskille tussen area-skandering en TDI-tegnologie vir groot-area-skandering. Deur lynskandering en sCMOS-sensitiwiteit saam te voeg, bereik TDI vinnige, hoë kwaliteit beeldvorming sonder onderbrekings, wat tradisionele area-skanderingmetodes soos teël- en steekmetodes oortref. Beoordeel die voordele van die gebruik van ons aanlyn sakrekenaar, met inagneming van verskeie aannames wat in hierdie dokument uiteengesit word. TDI staan as 'n kragtige instrument vir doeltreffende beeldvorming met groot potensiaal om beeldtye in beide standaard- en gevorderde beeldtegnieke te verminder.As u wil sien of 'n TDI-kamera of area-skandeerkamera by u toepassing kan pas en u vasleggingstyd kan verbeter, kontak ons vandag.
