22/07/13Vaxt Gecikməsi İnteqrasiyası (TDI) rəqəmsal təsviri qabaqlayan bir təsvir üsuludur - lakin bu, bu gün təsvirin qabaqcıl kənarında hələ də böyük üstünlüklər təmin edir. TDI kameralarının parlaya biləcəyi iki hal var – hər ikisi təsvir obyekti hərəkətdə olarkən:
1 – Təsvir obyekti, veb yoxlamada olduğu kimi (məsələn, hərəkət edən kağız, plastik və ya parça vərəqlərinin qüsur və zədələrə görə skan edilməsi), montaj xətləri və ya mikro maye və maye axınlarında olduğu kimi, təbii olaraq sabit sürətlə hərəkətdədir.
2 – obyekti və ya kameranı hərəkət etdirərək ərazidən bölgəyə köçürülən kamera tərəfindən təsvir oluna bilən statik təsvir obyektləri. Nümunələrə mikroskop slaydlarının skan edilməsi, materialların yoxlanılması, düz panel yoxlaması və s. daxildir.
Əgər bu hallardan hər hansı biri təsvirinizə tətbiq oluna bilərsə, bu veb-səhifə sizə adi 2 ölçülü “sahə skanı” kameralarından Line Scan TDI kameralarına keçidin təsvirizə təkan verə biləcəyini düşünməyə kömək edəcək.
Ərazi Tarama və Hərəkətli Hədəflərlə bağlı problem
● Motion Blur
Bəzi təsvir obyektləri, məsələn, maye axını və ya veb yoxlama zamanı zərurətlə hərəkətdədir. Slaydın skan edilməsi və materialların yoxlanılması kimi digər tətbiqlərdə obyekti hərəkətdə saxlamaq, əldə edilən hər bir şəkil üçün hərəkəti dayandırmaqdan xeyli sürətli və daha səmərəli ola bilər. Bununla belə, ərazini skan edən kameralar üçün təsvir obyekti kameraya nisbətən hərəkətdədirsə, bu, problem yarada bilər.
Hərəkət bulanıqlığı hərəkət edən nəqliyyat vasitəsinin görüntüsünü təhrif edir
Məhdud işıqlandırmanın olduğu və ya yüksək görüntü keyfiyyətlərinin tələb olunduğu hallarda, kameranın uzun ekspozisiya müddəti tələb oluna bilər. Bununla belə, ekspozisiya zamanı obyektin hərəkəti öz işığını çoxsaylı kamera pikselləri üzərində yayaraq “hərəkət bulanıqlığına” gətirib çıxaracaq. Bu, ekspozisiyaları çox qısa saxlamaqla minimuma endirilə bilər - mövzunun bir nöqtəsinin kamera pikselini keçməsi üçün lazım olan vaxtdan az. Budurunadətən qaranlıq, səs-küylü, tez-tez istifadə olunmayan şəkillər hesabına.
●Dikiş
Bundan əlavə, adətən ərazi skan kameraları ilə böyük və ya davamlı təsvir obyektlərinin görüntülənməsi daha sonra bir-birinə yapışdırılan çoxlu şəkillərin alınmasını tələb edir. Bu tikiş qonşu şəkillər arasında üst-üstə düşən pikselləri tələb edir, səmərəliliyi azaldır və məlumatların saxlanması və emal tələblərini artırır.
●Qeyri-bərabər işıqlandırma
Üstəlik, işıqlandırma nadir hallarda tikişli şəkillər arasındakı sərhədlərdə problem və artefaktların qarşısını almaq üçün kifayət edəcəkdir. Həmçinin, kifayət qədər intensivlikdə sahə skan kamerası üçün kifayət qədər böyük bir ərazidə işıqlandırma təmin etmək üçün tez-tez yüksək güclü, yüksək qiymətli DC işıq mənbələrindən istifadə tələb olunur.
Bir siçan beyninin çox şəkilli alınmasını tikərkən qeyri-bərabər işıqlandırma. Watson və başqalarından görüntü. 2017: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0180486
TDI kamera nədir və bu necə kömək edir?
Adi 2 ölçülü sahə skan edən kameralarda təsvirin əldə edilməsinin üç mərhələsi var: piksel sıfırlaması, ekspozisiya və oxunuş. Ekspozisiya zamanı hadisə yerindən fotonlar aşkar edilir, nəticədə fotoelektronlar ekspozisiya sonuna qədər kamera piksellərində saxlanılır. Daha sonra hər pikselin dəyərləri oxunur və 2D təsvir yaranır. Sonra piksellər sıfırlanır və növbəti ekspozisiyaya başlamaq üçün bütün ödənişlər silinir.
Bununla belə, qeyd edildiyi kimi, təsvir obyekti kameraya nisbətən hərəkət edirsə, bu ekspozisiya zamanı obyektdən gələn işıq çoxlu piksel üzərində yayıla bilər və bu, hərəkət bulanıqlığına səbəb ola bilər. TDI kameraları yenilikçi bir texnikadan istifadə edərək bu məhdudiyyəti aradan qaldırır. Bu [Animasiya 1]-də nümayiş etdirilir.
●TDI kameraları necə işləyir
TDI kameraları sahə skan kameralarından tamamilə fərqli şəkildə işləyir. Ekspozisiya zamanı təsvir obyekti kamera üzərində hərəkət etdikcə, əldə edilən təsviri təşkil edən elektron yüklər də sinxronlaşdırılaraq hərəkət edir. Ekspozisiya zamanı TDI kameraları görüntü obyektinin hərəkəti ilə sinxronlaşdırılaraq kamera boyunca bütün əldə edilmiş yükləri bir piksel sırasından digərinə qarışdıra bilir. Mövzu kamera boyunca hərəkət etdikcə, hər bir sıra (“TDI Mərhələsi” kimi tanınır), kameranı obyektə göstərmək və siqnal toplamaq üçün yeni imkan verir.
Əldə edilmiş yüklər cərgəsi kameranın sonuna çatdıqda, yalnız bundan sonra dəyərlər oxunur və təsvirin 1 ölçülü dilimi kimi saxlanılır. 2-D təsvir, kamera onları oxuduqca şəklin hər bir ardıcıl dilimini bir-birinə yapışdırmaqla formalaşır. Yaranan təsvirdəki piksellərin hər bir cərgəsi təsvir obyektinin eyni "dilimini" izləyir və təsvir edir, yəni hərəkətə baxmayaraq, bulanıqlıq yoxdur.
●256x Daha Uzun Ekspozisiya
TDI kameraları ilə, təsvirin effektiv ekspozisiya müddəti, bəzi TDI kameralarında 256 mərhələyə qədər mövcud olan hər bir piksel cərgəsini keçmək üçün mövzuda bir nöqtəyə lazım olan bütün vaxtla verilir. Bu o deməkdir ki, mövcud ekspozisiya müddəti ərazini skan edən kameranın əldə edə biləcəyindən effektiv şəkildə 256 dəfə böyükdür.
Bu, iki təkmilləşdirmədən birini və ya hər ikisinin balansını təmin edə bilər. Birincisi, görüntüləmə sürətində əhəmiyyətli bir artım əldə edilə bilər. Ərazi skan kamerası ilə müqayisədə görüntüləmə obyekti eyni miqdarda siqnal çəkərkən 256x-ə qədər daha sürətli hərəkət edə bilər, kameranın xətt sürəti kifayət qədər sürətli olarsa.
Digər tərəfdən, daha çox həssaslıq tələb olunarsa, daha uzun ekspozisiya müddəti daha yüksək keyfiyyətli şəkillər, daha az işıqlandırma intensivliyi və ya hər ikisini təmin edə bilər.
●Dikişsiz böyük məlumat ötürmə qabiliyyəti
TDI kamerası ardıcıl 1-ölçülü dilimlərdən 2-ölçülü təsvir istehsal etdiyi üçün nəticədə alınan görüntü tələb olunan qədər böyük ola bilər. "Üfüqi" istiqamətdə piksellərin sayı kameranın eni ilə, məsələn, 9072 piksel ilə verildiyi halda, şəklin "şaquli" ölçüsü qeyri-məhduddur və sadəcə olaraq kameranın nə qədər işlədiyi ilə müəyyən edilir. 510 kHz-ə qədər olan xətt sürətləri ilə bu, böyük məlumat ötürmə qabiliyyətini təmin edə bilər.
Bununla birlikdə, TDI kameraları çox geniş görünüş sahələri təklif edə bilər. Məsələn, 5µm pikselli 9072 piksel kamera yüksək qətnamə ilə 45 mm-lik üfüqi baxış sahəsini təmin edir. 5µm piksel sahəsi skan kamerası ilə eyni təsvir genişliyinə nail olmaq üçün yan-yana üçə qədər 4K kamera tələb olunur.
●Xətt skan kameraları üzərində təkmilləşdirmələr
TDI kameraları yalnız sahə skan kameraları üzərində təkmilləşdirmələr təklif etmir. Yalnız bir piksel sətirini çəkən xətt skan kameraları da sahə skan kameraları kimi işıqlandırma intensivliyi və qısa ekspozisiyalarla eyni problemlərdən əziyyət çəkir.
Baxmayaraq ki, TDI kameraları kimi, xətt skan kameraları daha sadə quraşdırma ilə daha bərabər işıqlandırma təklif edir və təsvirin tikilməsi ehtiyacından qaçır, onlar çox vaxt yüksək keyfiyyətli şəkil üçün kifayət qədər siqnal çəkmək üçün çox intensiv işıqlandırma və/yaxud obyektin yavaş hərəkəti tələb edə bilər. TDI kameralarının işə saldığı daha uzun ekspozisiyalar və daha sürətli mövzu sürətləri, görüntüləmə səmərəliliyini yaxşılaşdırarkən daha az intensivlik, daha ucuz işıqlandırmadan istifadə oluna biləcəyi deməkdir. Məsələn, istehsal xətti yüksək qiymətli, yüksək enerji istehlakı ilə DC gücü tələb edən halogen işıqlardan LED işıqlandırmaya keçə bilər.
TDI kameraları necə işləyir?
Kamera sensorunda TDI təsvirinə necə nail olmaq üçün üç ümumi standart var.
● CCD TDI– CCD kameralar rəqəmsal kameraların ən qədim üslubudur. Elektron dizaynına görə, CCD-də TDI davranışına nail olmaq nisbətən sadədir, bir çox kamera sensorları təbii olaraq bu şəkildə işləyə bilir. Buna görə də TDI CCD-lər onilliklər ərzində istifadə olunur.
Bununla belə, CCD texnologiyasının öz məhdudiyyətləri var. CCD TDI kameraları üçün adətən mövcud olan ən kiçik piksel ölçüsü təxminən 12µm x 12µm-dir – bu, kiçik piksel sayları ilə birlikdə kameraların incə detalları həll etmək imkanlarını məhdudlaşdırır. Üstəlik, əldə etmə sürəti digər texnologiyalardan daha aşağıdır, oxunuş səsi isə aşağı işıqlı görüntülərdə əsas məhdudlaşdırıcı amildir. Enerji istehlakı da yüksəkdir, bu da bəzi tətbiqlərdə əsas amildir. Bu, CMOS arxitekturasına əsaslanan TDI kameraları yaratmaq istəyinə səbəb oldu.
●Erkən CMOS TDI: Gərginlik-domen və rəqəmsal cəmləmə
CMOS kameralar CCD kameraların səs-küy və sürət məhdudiyyətlərinin bir çoxunu aşaraq, daha az enerji sərf edir və daha kiçik piksel ölçüləri təklif edir. Bununla belə, piksel dizaynına görə CMOS kameralarında TDI davranışına nail olmaq daha çətin idi. CCD-lər sensoru idarə etmək üçün fotoelektronları fiziki olaraq pikseldən pikselə köçürürsə, CMOS kameraları oxunmazdan əvvəl fotoelektronlarda olan siqnalları hər pikseldəki gərginliyə çevirir.
CMOS sensorunda TDI davranışı 2001-ci ildən bəri tədqiq edilmişdir, lakin məruz qalma bir cərgədən digərinə keçərkən siqnalın "yığılması" ilə necə məşğul olmaq çətinliyi əhəmiyyətli idi. Bu gün hələ də kommersiya kameralarında istifadə edilən CMOS TDI üçün iki erkən üsul gərginlik domeninin yığılması və rəqəmsal yekun TDI CMOS-dur. Gərginlik domeninin toplanması kameralarında, görüntüləmə obyekti keçmişdə hərəkət etdikcə hər bir siqnal cərgəsi əldə edildikdə, alınan gərginlik şəklin həmin hissəsi üçün ümumi qəbula elektron şəkildə əlavə edilir. Gərginliklərin bu şəkildə yığılması əlavə edilmiş hər bir əlavə TDI mərhələsi üçün əlavə səs-küy yaradır və əlavə mərhələlərin faydalarını məhdudlaşdırır. Xəttilik ilə bağlı problemlər də bu kameraların dəqiq tətbiqlər üçün istifadəsini çətinləşdirir.
İkinci üsul rəqəmsal yekun TDI-dir. Bu üsulda, CMOS kamera, təsvir obyektinin bir piksel cərgəsi boyunca hərəkət etməsi üçün çəkilən vaxta uyğun gələn çox qısa bir ekspozisiya ilə sahə tarama rejimində effektiv şəkildə işləyir. Lakin, hər bir ardıcıl çərçivənin cərgələri rəqəmsal olaraq bir-birinə əlavə olunur ki, TDI effekti verilir. Yaranan təsvirdəki hər bir piksel sırası üçün bütün kamera oxunmalı olduğundan, bu rəqəmsal əlavə hər bir sıra üçün oxunan səs-küyü də əlavə edir və əldəetmə sürətini məhdudlaşdırır.
●Müasir standart: şarj-domen TDI CMOS və ya CCD-on-CMOS TDI
Yuxarıdakı CMOS TDI məhdudiyyətləri bu yaxınlarda CMOS-da CCD-on-CMOS TDI kimi tanınan yük-domen toplama TDI CMOS-un tətbiqi ilə aradan qaldırıldı. Bu sensorların işi [Animasiya 1]-də nümayiş etdirilir. Adından da göründüyü kimi, bu sensorlar fərdi yüklər səviyyəsində fotoelektronların əlavə edilməsi ilə hər TDI mərhələsində siqnal toplayan yüklərin bir pikseldən digərinə CCD kimi hərəkətini təklif edir. Bu effektiv şəkildə səssizdir. Bununla belə, CCD TDI məhdudiyyətləri CMOS kameraları üçün ümumi olan yüksək sürət, aşağı səs-küy və aşağı enerji istehlakını təmin edən CMOS oxuma arxitekturasının istifadəsi ilə aradan qaldırılır.
TDI Spesifikasiyaları: nə vacibdir?
●Texnologiya:Ən vacib amil yuxarıda müzakirə edildiyi kimi hansı sensor texnologiyasından istifadə edilməsidir. Charge-domain CMOS TDI ən yaxşı performansı təmin edəcək.
●TDI mərhələləri:Bu, siqnalın yığıla biləcəyi sensorun sıralarının sayıdır. Kameranın TDI mərhələləri nə qədər çox olarsa, onun effektiv ifşa müddəti bir o qədər uzun ola bilər. Yaxud, kameranın kifayət qədər xətt sürətinə malik olması şərti ilə təsvir obyekti daha sürətli hərəkət edə bilər.
●Xətt dərəcəsi:Kamera saniyədə neçə sıra oxuya bilər. Bu, kameranın ayaqlaşa biləcəyi maksimum hərəkət sürətini müəyyən edir.
●Kvant Effektivliyi: Bu, hadisə fotonun aşkarlanması və fotoelektron əmələ gəlməsi ehtimalı ilə verilən müxtəlif dalğa uzunluqlarında kameranın işığa həssaslığını göstərir. Daha yüksək kvant səmərəliliyi eyni siqnal səviyyələrini qoruyarkən daha aşağı işıqlandırma gücü və ya daha sürətli əməliyyat təklif edə bilər.
Bundan əlavə, kameralar yaxşı həssaslığın əldə oluna biləcəyi dalğa uzunluğu diapazonunda fərqlənir, bəzi kameralar spektrin ultrabənövşəyi (UV) sonuna qədər, təxminən 200nm dalğa uzunluğunda həssaslıq təklif edir.
●Səs-küyü oxuyun:Oxuma səsi kameranın həssaslığında digər mühüm amildir və kameranın səs-küy mərtəbəsinin üstündə aşkarlana bilən minimum siqnalı təyin edir. Yüksək oxuma səs-küyü ilə qaranlıq xüsusiyyətlər aşkar edilmir və dinamik diapazon ciddi şəkildə azalır, yəni daha parlaq işıqlandırma və ya daha uzun məruz qalma vaxtları və daha yavaş hərəkət sürətlərindən istifadə edilməlidir.
TDI Spesifikasiyaları: nə vacibdir?
Hal-hazırda, TDI kameraları veb yoxlama, elektronika və istehsal yoxlaması və digər maşın görmə tətbiqləri üçün istifadə olunur. Bununla yanaşı, flüoresan görüntüləmə və slaydların skan edilməsi kimi zəif işıqlı tətbiqləri çətinləşdirir.
Bununla belə, yüksək sürətli, aşağı səs-küylü, yüksək həssaslığa malik TDI CMOS kameraların tətbiqi ilə əvvəllər yalnız ərazini skan edən kameralardan istifadə edilən yeni tətbiqlərdə sürət və səmərəliliyin artması üçün böyük potensial var. Məqalənin əvvəlində təqdim etdiyimiz kimi, TDI kameraları ya daimi hərəkətdə olan təsvir obyektləri üçün, ya da kameranın statik təsvir obyektləri arasında skan edilə biləcəyi yerlərdə yüksək sürət və yüksək görüntü keyfiyyətlərinə nail olmaq üçün ən yaxşı seçim ola bilər.
Məsələn, mikroskop tətbiqində biz 9K piksel, 256 mərhələli 5 µm pikselli TDI kameranın nəzəri əldə etmə sürətini 5 µm pikselli 12 MP kamera sahəsi skan kamerası ilə müqayisə edə bilərik. Səhnəni hərəkət etdirərək 20x böyütmə ilə 10 x 10 mm sahənin əldə edilməsini araşdıraq.
1. Ərazi skan kamerası ilə 20x obyektivdən istifadə 1,02 x 0,77 mm görüntü sahəsi təmin edərdi.
2. TDI kamerası ilə 2x əlavə böyüdücü ilə 10x obyektiv mikroskopun baxış sahəsində istənilən məhdudiyyəti aradan qaldırmaq, 2,3 mm üfüqi görüntü sahəsini təqdim etmək üçün istifadə edilə bilər.
3. Dikiş məqsədləri üçün şəkillər arasında 2% piksel üst-üstə düşməsini, səhnəni təyin edilmiş yerə köçürmək üçün 0,5 saniyə və 10 ms ekspozisiya müddətini fərz etsək, ərazini skan edən kameranın çəkəcəyi vaxtı hesablaya bilərik. Eyni şəkildə, hər bir xətt üçün eyni ekspozisiya vaxtı ilə səhnə Y istiqamətində skan etmək üçün daimi hərəkətdə saxlanılsa, TDI kamerasının çəkəcəyi vaxtı hesablaya bilərik.
4. Bu halda, sahəni skan edən kamera səhnəni hərəkət etdirmək üçün 63 saniyə sərf etməklə, 140 təsvirin əldə edilməsini tələb edəcəkdir. TDI kamerası səhnəni növbəti sütuna köçürmək üçün cəmi 2 saniyə sərf etməklə cəmi 5 uzun təsvir əldə edəcək.
5. 10 x 10 mm sahənin əldə edilməsinə sərf olunan ümumi vaxt olacaqƏrazi skan kamerası üçün 64,4 saniyə,və sadəcəTDI kamerası üçün 9,9 saniyə.
TDI kamerasının tətbiqinizə uyğun olub-olmadığını və ehtiyaclarınıza cavab verə biləcəyini görmək istəyirsinizsə, bu gün bizimlə əlaqə saxlayın.
