23/10/10Vaxt gecikməsi və inteqrasiyası (TDI) xəttin skan edilməsi prinsipi əsasında qurulmuş şəkil çəkmə üsuludur, burada nümunə hərəkətinin vaxtı təyin etməklə şəkil yaratmaq üçün bir-ölçülü təsvirlər seriyası çəkilir və tetiklenerek şəkil dilimləri çəkilir. Bu texnologiya onilliklər ərzində mövcud olsa da, adətən veb yoxlama kimi aşağı həssas tətbiqlərlə əlaqələndirilir.
Yeni nəsil kameralar sCMOS-un həssaslığını TDI sürəti ilə birləşdirərək ərazi skanına bərabər keyfiyyətdə, lakin daha sürətli ötürmə qabiliyyətinə malik olan şəkil çəkməyi təklif etdi. Bu, xüsusilə aşağı işıq şəraitində böyük nümunələrin təsvirinin tələb olunduğu hallarda aydın olur. Bu texniki qeyddə biz TDI skanının necə işlədiyini təsvir edirik və təsvirin çəkilmə vaxtını müqayisə edilə bilən geniş ərazi skan texnikası, kafel və tikiş təsviri ilə müqayisə edirik.
Xətt skanından TDI-yə qədər
Xətt skan görüntüləmə nümunə hərəkətdə olarkən təsvirin bir hissəsini çəkmək üçün bir piksel sətirindən (sütun və ya mərhələ adlanır) istifadə edən təsvir üsuludur. Elektrik tetikleme mexanizmlərindən istifadə edərək, nümunə sensordan keçərkən təsvirin tək bir "dilimi" alınır. Nümunə hərəkəti ilə təsviri addım-addım çəkmək üçün kamera tətik sürətini miqyaslandırmaqla və bu şəkilləri çəkmək üçün çərçivə tutucudan istifadə etməklə, təsviri yenidən qurmaq üçün bir-birinə yapışdırıla bilər.
TDI təsviri nümunənin təsvirinin bu prinsipi üzərində qurulur, lakin çəkilmiş fotoelektronların sayını artırmaq üçün bir neçə mərhələdən istifadə edir. Nümunə hər mərhələdən keçdikcə daha çox məlumat toplanır və əvvəlki mərhələlər tərəfindən tutulan mövcud fotoelektronlara əlavə edilir və oxşar prosesdə CCD cihazlarına qarışdırılır. Nümunə son mərhələdən keçərkən, toplanmış fotoelektronlar oxunuşa göndərilir və diapazonda inteqrasiya olunmuş siqnal şəkil dilimini yaratmaq üçün istifadə olunur. Şəkil 1-də beş TDI sütunu (mərhələləri) olan bir cihazda təsvirin çəkilməsi göstərilir.
Şəkil 1: TDI texnologiyasından istifadə edərək şəkil çəkmək üçün animasiya nümunəsi. Nümunə (mavi T) TDI şəkil çəkmə cihazı (5 piksel sütun, 5 TDI mərhələ) üzərindən ötürülür və hər mərhələdə fotoelektronlar tutulur və siqnal səviyyəsinə əlavə olunur. Oxunma bunu rəqəmsal görüntüyə çevirir.
1a: Şəkil (mavi T) səhnəyə təqdim olunur; T cihazda göstərildiyi kimi hərəkətdədir.
1b: T birinci mərhələdən keçdikcə, TDI kamerası TDI sensorunda birinci mərhələyə çatdıqda piksellər tərəfindən tutulan fotoelektronları qəbul etmək üçün işə salınır. Hər bir sütunda fotoelektronları ayrı-ayrılıqda tutan bir sıra piksellər var.
1c: Bu tutulan fotoelektronlar ikinci mərhələyə qarışdırılır, burada hər bir sütun öz siqnal səviyyəsini növbəti mərhələyə itələyir.
1d: Nümunənin bir piksel məsafəsinin hərəkəti ilə vaxt keçdikcə ikinci mərhələdə fotoelektronların ikinci dəsti tutulur və əvvəllər çəkilmişlərə əlavə olunur, siqnal artır. Mərhələ 1-də fotoelektronların yeni dəsti çəkilir ki, bu da şəkil çəkilişinin növbəti diliminə uyğundur.
1e: Mərhələ 1d-də təsvir edilən şəkil çəkmə prosesləri görüntü sensordan keçərkən təkrarlanır. Bu, mərhələlərdən fotoelektronlardan siqnal yaradır. Siqnal, fotoelektron siqnalını rəqəmsal oxuna çevirən oxunuşa ötürülür.
1f: Rəqəmsal oxunuş sütunlar üzrə şəkil sütunu kimi göstərilir. Bu, təsvirin rəqəmsal yenidən qurulmasına imkan verir.
TDI cihazı eyni vaxtda fotoelektronları bir mərhələdən digərinə ötürməyə və nümunə hərəkətdə olarkən birinci mərhələdən yeni fotoelektronları tutmağa qadir olduğundan, şəkil çəkilmiş cərgələrin sayında effektiv şəkildə sonsuz ola bilər. Şəkil çəkilişinin (şək. 1a) neçə dəfə baş verdiyini müəyyən edən tətik sürətləri yüzlərlə kHz-ə bərabər ola bilər.
Şəkil 2-nin nümunəsində 5 µm piksel TDI kameradan istifadə etməklə 29 x 17 mm mikroskop slaydı 10,1 saniyə ərzində çəkilmişdir. Hətta əhəmiyyətli böyütmə səviyyələrində belə, bulanıqlıq səviyyəsi minimaldır. Bu, bu texnologiyanın əvvəlki nəsillərində böyük irəliləyişdir.
Əlavə təfərrüat üçün, Cədvəl 1 10, 20 və 40 x böyütmə ilə bir sıra ümumi nümunə ölçüləri üçün təmsil olunan təsvir müddətini göstərir.
Şəkil 2: Tucsen 9kTDI istifadə edərək çəkilmiş flüoresan nümunənin şəkli. Ekspozisiya 10 ms, çəkmə vaxtı 10.1 s.
Cədvəl 1: 1 və 10 ms ekspozisiya vaxtı üçün 10, 20 və 40 x-də Zaber MVR seriyalı motorlu səhnədə Tucsen 9kTDI kameradan istifadə edərək müxtəlif nümunə ölçülərinin (saniyələrin) çəkmə vaxtının matrisi.
Ərazi skan görüntüləmə
sCMOS kameralarında ərazi skanının təsviri 2 ölçülü piksel massivindən istifadə etməklə eyni vaxtda bütün təsvirin çəkilməsini nəzərdə tutur. Hər bir piksel işığı tutur, onu dərhal emal üçün elektrik siqnallarına çevirir və yüksək qətnamə və sürətə malik tam təsviri formalaşdırır. Tək ekspozisiyada çəkilə bilən təsvirin ölçüsü piksel ölçüsü, böyütmə və massivdəki piksellərin sayı ilə idarə olunur.1)
Standart massiv üçün baxış sahəsi (2)
Nümunənin kameranın baxış sahəsi üçün çox böyük olduğu hallarda, görüntünü görüntü sahəsinin ölçüsündə şəkillər şəbəkəsinə ayırmaqla bir şəkil qurmaq olar. Bu şəkillərin çəkilişi bir nümunəyə uyğundur, burada səhnə griddəki mövqeyə keçəcək, səhnə yerləşəcək və sonra şəkil çəkiləcək. Yayılan çekim kameralarında çekim dönərkən əlavə gözləmə müddəti var. Bu şəkilləri kamera mövqeyini hərəkət etdirərək və onları bir-birinə tikməklə çəkmək olar. Şəkil 3 flüoresan mikroskop altında 16 kiçik şəklin bir-birinə yapışdırılması ilə yaradılmış insan hüceyrəsinin böyük şəklini göstərir.
Şəkil 3: Kafel və tikiş təsvirindən istifadə edərək ərazi skan kamerası tərəfindən çəkilmiş insan hüceyrəsinin slaydı.
Ümumiyyətlə, daha çox təfərrüatı həll etmək üçün bu şəkildə daha çox təsvirin yaradılması və birləşdirilməsi tələb olunur. Bunun bir həll yolu işə başlamaqdırgeniş formatlı kameranın skan edilməsiXüsusi optika ilə tandemdə yüksək piksel sayına malik böyük sensorlara malikdir və daha çox detalın çəkilməsinə imkan verir.
TDI və ərazinin skan edilməsi arasında müqayisə (Kafel və Dikiş)
Nümunələrin geniş sahəli skan edilməsi üçün həm Çini və Dikiş, həm də TDI skanı uyğun həllərdir, lakin ən yaxşı üsulu seçməklə nümunənin skan edilməsi üçün tələb olunan vaxtı əhəmiyyətli dərəcədə azaltmaq mümkündür. Bu vaxta qənaət TDI skanının hərəkət edən nümunəni tutmaq qabiliyyəti ilə yaradılır; kafel və tikiş təsviri ilə bağlı səhnənin yerləşdirilməsi və yuvarlanan çekim vaxtı ilə bağlı gecikmələrin aradan qaldırılması.
Şəkil 4 həm kafel və tikiş (solda), həm də TDI (sağ) skanında insan hüceyrəsinin şəklini çəkmək üçün tələb olunan dayanma nöqtələrini (yaşıl) və hərəkətləri (qara xətlər) müqayisə edir. TDI təsvirində təsviri dayandırmaq və yenidən tənzimləmək ehtiyacını aradan qaldırmaqla, ekspozisiya vaxtının aşağı <100 ms olması şərtilə, görüntüləmə vaxtını əhəmiyyətli dərəcədə azaltmaq mümkündür.
Cədvəl 2 9k TDI və standart sCMOS kamera arasında işlənmiş skan nümunəsini göstərir.
Şəkil 4: Kafel və tikişi (solda) və TDI təsvirini (sağda) göstərən flüoresan altında insan hüceyrəsinin skan edilməsi motivi.
Cədvəl 2: 10x obyektiv lens və 10 ms ekspozisiya vaxtı ilə 15 x 15 mm nümunə üçün sahə skanının və TDI təsvirinin müqayisəsi.
TDI təsvirin sürətini artırmaq üçün fantastik potensial təklif etsə də, bu texnologiyanın istifadəsində nüanslar var. Yüksək ekspozisiya müddətləri üçün (>100 ms) ərazinin skan edilməsinin hərəkət və həll aspektləri üçün itirilmiş vaxtın əhəmiyyəti məruz qalma müddətinə nisbətən azalır. Belə hallarda ərazi skan kameraları TDI görüntüləmə ilə müqayisədə daha az skan vaxtları təklif edə bilər. TDI texnologiyasının sizə cari quraşdırmanız üzərində üstünlüklər təklif edə biləcəyini görmək üçün,bizimlə əlaqə saxlayınmüqayisə kalkulyatoru üçün.
Digər tətbiqlər
Bir çox tədqiqat sualları çoxkanallı və ya çoxfokuslu görüntü əldə etmək kimi tək bir təsvirdən daha çox məlumat tələb edir.
Ərazi skan kamerasında çoxkanallı görüntüləmə eyni vaxtda birdən çox dalğa uzunluğundan istifadə edərək şəkillərin çəkilməsini nəzərdə tutur. Bu kanallar adətən qırmızı, yaşıl və mavi kimi işığın müxtəlif dalğa uzunluqlarına uyğun gəlir. Hər bir kanal hadisə yerindən spesifik dalğa uzunluğu və ya spektral məlumat alır. Daha sonra kamera bu kanalları birləşdirir ki, tam rəngli və ya multispektral təsvir yaradılsın və fərqli spektral detallarla səhnənin daha əhatəli görünüşünü təmin edir. Ərazi skan kameralarında buna diskret ekspozisiyalarla nail olunur, lakin TDI görüntüləmə ilə sensoru bir neçə hissəyə ayırmaq üçün bir splitter istifadə edilə bilər. 9kTDI-ni (45 mm) 3 x 15,0 mm sensorlara bölmək yenə də 13,3 mm eni standart sensordan (6,5 µm piksel eni, 2048 piksel) daha böyük olacaq. Üstəlik, TDI yalnız nümunənin təsvir edilən hissəsində işıqlandırma tələb etdiyi üçün skanlar daha tez dövrə edilə bilər.
Bunun ola biləcəyi başqa bir sahə çoxfokuslu görüntüləmədir. Ərazi skan kameralarında çoxfokuslu görüntüləmə müxtəlif fokus məsafələrində birdən çox təsvirin çəkilməsini və bütün səhnənin kəskin fokusda olduğu kompozit görüntü yaratmaq üçün onları qarışdırmağı əhatə edir. O, hər bir təsvirdəki fokus bölgələrini təhlil edərək və birləşdirərək səhnədəki müxtəlif məsafələrə müraciət edir və nəticədə görüntünün daha ətraflı təsviri əldə edilir. Yenə a istifadə edərəkayırıcıTDI sensorunu iki (22,5 mm) və ya üç (15,0 mm) hissəyə bölmək üçün sahə skanının ekvivalentindən daha tez multifokuslu təsvir əldə etmək mümkün ola bilər. Daha yüksək səviyyəli multifokus (6 və ya daha çox z yığını) üçün sahə skanının ən sürətli təsvir üsulu olaraq qalacağı ehtimal edilir.
Nəticələr
Bu texniki qeyd ərazinin skan edilməsi ilə geniş sahəli skan üçün TDI texnologiyası arasındakı fərqləri təsvir edir. Xətt skanını və sCMOS həssaslığını birləşdirərək, TDI, kafel və tikiş kimi ənənəvi sahə skan üsullarını üstələyərək, fasiləsiz sürətli, yüksək keyfiyyətli təsvir əldə edir. Bu sənəddə göstərilən müxtəlif fərziyyələri nəzərə alaraq onlayn kalkulyatorumuzdan istifadənin üstünlüklərini qiymətləndirin. TDI həm standart, həm də qabaqcıl təsvir üsullarında görüntüləmə vaxtlarını azaltmaq üçün böyük potensiala malik effektiv təsvir üçün güclü bir vasitə kimi dayanır.TDI kamera və ya ərazi skan kamerasının tətbiqinizə uyğun olub-olmadığını və çəkmə vaxtınızı yaxşılaşdıra biləcəyini görmək istəyirsinizsə, bu gün bizimlə əlaqə saxlayın.
