25/08/08Sənaye və elmi təsvirlərdə, az işıqlı şəraitdə sürətlə hərəkət edən obyektləri çəkmək daimi problem yaradır. Vaxt Gecikməsi İnteqrasiyası (TDI) kameraları burada işə başlayır. TDI texnologiyası xüsusilə yüksək sürətli mühitlərdə müstəsna həssaslıq və təsvir aydınlığı təmin etmək üçün hərəkət sinxronizasiyasını və çoxsaylı ekspozisiyaları birləşdirir.
TDI Kamera nədir?
TDI kamerası, hərəkət edən obyektlərin şəkillərini çəkən ixtisaslaşdırılmış xətt skan kamerasıdır. Bütün çərçivəni bir anda ifşa edən standart ərazi skan kameralarından fərqli olaraq, TDI kameraları obyektin hərəkəti ilə sinxronizasiya ilə yükü bir piksel cərgəsindən digərinə keçir. Hər bir piksel cərgəsi obyekt hərəkət etdikcə işıq toplayır, hərəkət bulanıqlığına yol vermədən ekspozisiya vaxtını effektiv şəkildə artırır və siqnal gücünü artırır.
Bu şarj inteqrasiyası siqnal-küy nisbətini (SNR) kəskin şəkildə artırır və TDI kameralarını yüksək sürətli və ya az işıqlı tətbiqlər üçün ideal edir.
TDI kamerası necə işləyir?
TDI kamerasının işi Şəkil 1-də göstərilmişdir.
Şəkil 1: Vaxt Gecikməsi İnteqrasiyası (TDI) sensorlarının işləməsi
QEYD: TDI kameraları əldə edilmiş yükləri hərəkətli təsvir obyekti ilə sinxronlaşdıraraq bir neçə "mərhələ" üzrə hərəkət etdirir. Hər bir mərhələ işığa məruz qalmaq üçün əlavə şans verir. TDI sensorunun 5 sütunlu 5 mərhələli seqmenti ilə kamerada hərəkət edən parlaq "T" ilə təsvir edilmişdir. Tucsen Dhyana 9KTDI hibrid CCD tipli şarj hərəkəti, lakin CMOS tipli paralel oxuma ilə.
TDI kameraları bir mühüm fərqlə effektiv şəkildə xətt skan kameralarıdır: kameralar görüntüləmə obyekti üzrə skan edildikdə məlumat əldə edən bir piksel sırası əvəzinə, TDI kameralarında adətən 256-ya qədər "mərhələ" kimi tanınan çoxlu sıra var.
Bununla belə, bu sıralar ərazini skan edən kamera kimi 2 ölçülü təsvir yaratmır. Bunun əvəzinə, skan edilmiş təsvir obyekti kamera sensoru boyunca hərəkət etdikcə, hər piksel daxilində aşkar edilmiş fotoelektronlar hələ oxunmadan, təsvir obyektinin hərəkəti ilə sinxron şəkildə növbəti cərgəyə fırlanır. Daha sonra hər bir əlavə sıra təsvir obyektini işığa məruz qoymaq üçün əlavə imkan verir. Yalnız bir şəkil dilimi sensorun son piksel cərgəsinə çatdıqdan sonra həmin cərgə ölçmə üçün oxunma arxitekturasına ötürülür.
Beləliklə, kamera mərhələlərində çoxsaylı ölçmələrin aparılmasına baxmayaraq, kameranın oxuduğu səs-küyün yalnız bir nümunəsi təqdim olunur. 256-mərhələli TDI kamera nümunəni 256 dəfə daha uzun müddətə baxışda saxlayır və buna görə də ekvivalent xətt skan kamerasından 256 dəfə uzun ekspozisiya müddəti var. Ərazi skan kamerası ilə ekvivalent ekspozisiya müddəti həddindən artıq hərəkət bulanıqlığına səbəb olacaq və təsviri yararsız hala gətirəcək.
TDI nə vaxt istifadə edilə bilər?
TDI kameraları təsvir obyektinin kameraya nisbətən hərəkətdə olduğu istənilən təsvir tətbiqi üçün əla həlldir, bu şərtlə ki, hərəkət kameranın görünüşü boyunca vahid olsun.
Buna görə də TDI təsvirinin tətbiqləri, bir tərəfdən, daha yüksək sürət, daha yaxşı aşağı işıq həssaslığı, daha yaxşı görüntü keyfiyyəti və ya üçü birdən gətirməklə, 2 ölçülü təsvirlərin formalaşdığı bütün xətt skanını əhatə edir. Digər tərəfdən, TDI kameralarının istifadə oluna biləcəyi ərazi skan kameralarından istifadə edən bir çox görüntüləmə texnikası var.
Yüksək həssaslıqlı sCMOS TDI üçün, bioloji flüoresan mikroskopiyada "kafel və tikiş" təsviri plitələr yerinə səhnənin fasiləsiz skan edilməsindən istifadə etməklə həyata keçirilə bilər. Və ya bütün TDI yoxlama proqramları üçün yaxşı uyğun ola bilər. TDI üçün başqa bir vacib tətbiq, mikro-maye kanalından keçərkən kameradan keçən hüceyrələrin flüoresan görüntülərinin əldə edildiyi görüntü axını sitometriyasıdır.
sCMOS TDI-nin müsbət və mənfi cəhətləri
Pros
● Təsvir obyekti üzrə skan edərkən ixtiyari ölçülü 2 ölçülü şəkilləri yüksək sürətlə çəkə bilər.
● Çoxsaylı TDI mərhələləri, aşağı səs-küy və yüksək QE xətti skan kameralarından kəskin şəkildə yüksək həssaslığa səbəb ola bilər.
● Çox yüksək oxuma sürətinə nail olmaq olar, məsələn, 9072 piksel genişlikdə təsvir üçün 510.000Hz (saniyədə sətir) qədər.
●İşıqlandırma yalnız 1 ölçülü olmalıdır və ikinci (skan edilmiş) ölçüdə heç bir düz sahə və ya digər düzəliş tələb edə bilməz. Əlavə olaraq, xətt taraması ilə müqayisədə daha uzun ekspozisiya müddətləri AC işıq mənbələri səbəbindən titrəmələri "hamarlaşdıra" bilər.
● Hərəkətli təsvirlər hərəkət bulanıqlığı olmadan və yüksək sürətlə və həssaslıqla əldə edilə bilər.
●Böyük ərazilərin skan edilməsi sahə skan kameralarından kəskin surətdə daha sürətli ola bilər.
● Qabaqcıl proqram təminatı və ya işə salma parametrləri ilə "alan skanına bənzər" rejimi diqqət və düzülmə üçün sahə skanına ümumi baxış təqdim edə bilər.
Eksiler
● Adi sCMOS kameralarına nisbətən yenə də yüksək səs-küy, yəni ultra aşağı işıqlı proqramlar əlçatmazdır.
● Kameranın skan edilməsi ilə təsvir obyektinin hərəkətini sinxronlaşdırmaq üçün qabaqcıl tetikleme ilə mütəxəssis quraşdırmalar, hərəkət sürətinə çox incə nəzarət və ya sinxronizasiyanı aktivləşdirmək üçün sürətin dəqiq proqnozlaşdırılması tələb olunur.
● Yeni texnologiya olaraq, hazırda aparat və proqram təminatının tətbiqi üçün bir neçə həll yolu mövcuddur.
Aşağı işıq qabiliyyətinə malik sCMOS TDI
Bir görüntüləmə üsulu olaraq TDI rəqəmsal görüntüləmədən əvvəl yaransa və performans baxımından xətt skanını çoxdan ötsə də, yalnız son bir neçə ildə TDI kameraları adətən elmi səviyyəli texnologiyanın həssaslığını tələb edən aşağı işıqlı tətbiqlərə çatmaq üçün tələb olunan həssaslığı qazandı.sCMOS kameralar.
'sCMOS TDI' sensor üzrə CCD tipli yüklərin hərəkətini sCMOS tipli oxunuşla, arxa işıqlı sensorlarla birləşdirir. Əvvəlki CCD əsaslı və ya sırf CMOS-əsaslı* TDI kameraları kəskin şəkildə daha yavaş oxumağa, daha kiçik piksel sayına, daha az mərhələyə və 30e- və >100e- arasında oxu səs-küyünə malik idi. Bunun əksinə olaraq, Tucsen kimi sCMOS TDIDhyana 9KTDI sCMOS kamera7.2e- oxunuş səs-küyünü təklif edir, arxa işıqlandırma vasitəsilə daha yüksək kvant səmərəliliyi ilə birlikdə TDI-nin əvvəllər mümkün olduğundan xeyli aşağı işıq səviyyəli tətbiqlərdə istifadəsinə imkan verir.
Bir çox tətbiqlərdə, TDI prosesi ilə işə salınan daha uzun ekspozisiya müddətləri oxu səs-küyü 1e-ə yaxın olan yüksək keyfiyyətli sCMOS sahə skan kameraları ilə müqayisədə oxunan səs-küyün artımını kompensasiya etməkdən daha çox ola bilər.
TDI Kameralarının Ümumi Tətbiqləri
TDI kameraları dəqiqlik və sürətin eyni dərəcədə vacib olduğu bir çox sənaye sahələrində tapılır:
● Yarımkeçirici vaflinin yoxlanılması
● Düz panel ekran (FPD) sınağı
● Veb yoxlaması (kağız, film, folqa, tekstil)
● Tibbi diaqnostikada və ya baqajın müayinəsində rentgen skan edilməsi
● Rəqəmsal patologiyada slayd və çox quyu boşqab skan edilməsi
● Uzaqdan zondlama və ya kənd təsərrüfatında hiperspektral təsvir
● SMT xətlərində PCB və elektronikanın yoxlanılması
Bu proqramlar real dünya məhdudiyyətləri altında TDI təsvirinin təmin etdiyi təkmilləşdirilmiş kontrast, sürət və aydınlıqdan faydalanır.
Nümunə: Slayd və Çox Quyu Plitə Skanı
Qeyd edildiyi kimi, sCMOS TDI kameraları üçün əhəmiyyətli vəd verən proqramlardan biri slayd və ya çox quyulu boşqab skanı daxil olmaqla tətbiqlərin tikilməsidir. Böyük flüoresan və ya parlaq sahəli mikroskop nümunələrinin 2 ölçülü sahə kameraları ilə skan edilməsi XY mikroskop mərhələsinin çoxsaylı hərəkətlərindən əmələ gələn təsvirlər şəbəkəsinin tikilməsinə əsaslanır. Hər bir təsvir səhnənin dayanmasını, yerləşməsini və sonra yenidən işə salınmasını tələb edir, eyni zamanda sürüşmə qapağının istənilən gecikməsi. TDI isə səhnə hərəkətdə olarkən görüntülər əldə edə bilir. Şəkil daha sonra hər biri nümunənin bütün enini əhatə edən az sayda uzun “zolaqlardan” formalaşır. Bu, təsvir şəraitindən asılı olaraq, bütün tikiş tətbiqlərində potensial olaraq kəskin şəkildə yüksək əldəetmə sürətinə və məlumat ötürmə qabiliyyətinə səbəb ola bilər.
Mərhələnin hərəkət edə biləcəyi sürət TDI kamerasının ümumi ekspozisiya vaxtı ilə tərs mütənasibdir, ona görə də qısa ekspozisiya müddətləri (1-20 ms) ərazini skan edən kameralarla müqayisədə görüntüləmə sürətində ən böyük təkmilləşdirməni təklif edir ki, bu da daha sonra böyüklük sırasına və ya ümumi çəkiliş vaxtının daha çox azalmasına səbəb ola bilər. Daha uzun ekspozisiya müddətləri üçün (məsələn, > 100ms) ərazi skanı adətən vaxt üstünlüyünü saxlaya bilər.
Cəmi on saniyə ərzində əmələ gələn çox böyük (2 Giqapiksel) flüoresan mikroskopiya şəklinin nümunəsi Şəkil 2-də göstərilmişdir. Ərazi skan kamerası ilə yaradılmış ekvivalent təsvirin bir neçə dəqiqə çəkməsi gözlənilə bilər.
Şəkil 2: TDI skan etmə və tikmə vasitəsilə 10 saniyə ərzində formalaşan 2 Giqapiksel şəkil
QEYD: Tucsen Dhyana 9kTDI istifadə edərək əldə edilən 10x böyüdücü şəkil, flüoresan mikroskopiya ilə baxılan işıqlandırıcı qələm nöqtələrindən ibarətdir. 3,6 ms ekspozisiya müddətindən istifadə etməklə 10 saniyə ərzində əldə edilmişdir. Şəkil ölçüləri: 30mm x 17mm, 58.000 x 34.160 piksel.
TDI sinxronizasiyası
TDI kamerasının təsvir obyekti ilə sinxronizasiyası (bir neçə faiz daxilində) vacibdir – sürət uyğunsuzluğu “hərəkət bulanıqlığı” effektinə səbəb olacaq. Bu sinxronizasiya iki yolla edilə bilər:
Proqnozlaşdırıcı: Kamera sürəti nümunənin hərəkət sürəti, optika (böyütmə) və kamera piksel ölçüsü haqqında biliklərə əsaslanaraq hərəkət sürətinə uyğunlaşdırılıb. Və ya sınaq və səhv.
Tətikləndi: Bir çox mikroskop mərhələləri, portallar və görüntüləmə subyektlərini hərəkət etdirmək üçün digər avadanlıqlara müəyyən bir hərəkət məsafəsi üçün kameraya tətik impulsu göndərən kodlayıcılar daxil ola bilər. Bu, hərəkət sürətindən asılı olmayaraq səhnənin/portalın və kameranın sinxron qalmasına imkan verir.
TDI Kameraları Xətt Skanı və Ərazi Skanı Kameralarına qarşı
TDI-nin digər məşhur təsvir texnologiyaları ilə müqayisəsi belədir:
| Xüsusiyyət | TDI kamera | Line Scan Kamera | Ərazi Skan Kamerası |
| Həssaslıq | Çox Yüksək | Orta | Aşağıdan Ortaya qədər |
| Şəkil keyfiyyəti (hərəkət) | Əla | Yaxşı | Yüksək sürətlə bulanıklaşır |
| İşıqlandırma tələbləri | Aşağı | Orta | Yüksək |
| Hərəkət Uyğunluğu | Əla (əgər sinxronlaşdırılıbsa) | Yaxşı | Yazıq |
| Üçün ən yaxşısı | Yüksək sürətli, az işıq | Sürətlə hərəkət edən obyektlər | Statik və ya yavaş səhnələr |
TDI səhnə sürətlə hərəkət edərkən və işıq səviyyələri məhdud olduqda aydın seçimdir. Xətt skanı həssaslıqda bir pillədir, ərazi skanı isə sadə və ya stasionar quraşdırmalar üçün daha yaxşıdır.
Doğru TDI Kameranın Seçilməsi
TDI kamera seçərkən aşağıdakıları nəzərə alın:
● TDI mərhələlərinin sayı: Daha çox mərhələ SNR-ni artırır, eyni zamanda xərcləri və mürəkkəbliyi artırır.
● Sensor növü: sCMOS-a sürəti və aşağı səs-küyü üçün üstünlük verilir; CCD bəzi köhnə sistemlər üçün hələ də uyğun ola bilər.
● İnterfeys: Sisteminizlə uyğunluğu təmin edin—Camera Link, CoaXPress və 10GigE ümumi seçimlərdir, 100G CoF və 40G CoF yeni tendensiyalar kimi ortaya çıxdı.
● Spektral cavab: Tətbiq ehtiyaclarına əsasən monoxrom, rəngli və ya yaxın infraqırmızı (NIR) arasında seçim edin.
● Sinxronizasiya seçimləri: Hərəkətin daha yaxşı uyğunlaşdırılması üçün kodlayıcı girişləri və ya xarici tətik dəstəyi kimi xüsusiyyətləri axtarın.
Tətbiqinizdə zərif bioloji nümunələr, yüksək sürətli yoxlama və ya az işıqlı mühitlər varsa, sCMOS TDI çox güman ki, düzgün uyğunluqdur.
Nəticə
TDI kameraları xüsusilə sCMOS sensorlar üzərində qurulduqda təsvir texnologiyasında güclü təkamülü təmsil edir. Hərəkət sinxronizasiyasını çox xəttli inteqrasiya ilə birləşdirərək, onlar dinamik, az işıqlı səhnələr üçün misilsiz həssaslıq və aydınlıq təklif edir.
İstər vafliləri yoxlayır, istər slaydları skan edir, istərsə də yüksək sürətli yoxlamalar həyata keçirirsinizsə, TDI-nin necə işlədiyini başa düşmək sizə ən yaxşı həlli seçməyə kömək edə bilər.elmi kameralartəsvir problemləriniz üçün.
Tez-tez verilən suallar
TDI kameraları ərazi tarama rejimində işləyə bilərmi?
TDI kameraları sensor vaxtının hiyləsi ilə əldə edilən "alan skanına bənzər" rejimdə (çox nazik) 2 ölçülü şəkillər yarada bilər. Bu, diqqət və uyğunlaşma kimi vəzifələr üçün faydalı ola bilər.
"Ərazi skanına məruz qalmağa" başlamaq üçün sensor əvvəlcə TDI-ni ən azı kameranın mərhələləri olduğu qədər, mümkün qədər tez irəliləyərək, sonra dayandırmaqla "təmizlənir". Bu, ya proqram nəzarəti, ya da aparat tetiklemesi vasitəsilə əldə edilir və ideal olaraq qaranlıqda həyata keçirilir. Məsələn, 256 pilləli kamera ən azı 256 sətir oxumalı, sonra dayanmalıdır. Bu 256 sətir məlumat silinir.
Kamera işə salınmasa və ya xətlər oxunmasa da, sensor görüntünü üzə çıxaran sahə skan sensoru kimi davranır.
İstənilən ekspozisiya müddəti kameranın boş olduğu halda keçməlidir, kameranı ən azı mərhələlərin sayı ilə irəlilətməzdən əvvəl, yenicə əldə edilən təsvirin hər bir sətrini oxuyur. Yenə də ideal olaraq bu "oxumaq" mərhələsi qaranlıqda baş verməlidir.
Bu texnika TDI əməliyyatından minimal təhrif və bulanıqlıqla "canlı önizləmə" və ya sahə skan edilmiş şəkillərin ardıcıllığını təmin etmək üçün təkrarlana bilər.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Bütün hüquqlar qorunur. İstinad edərkən mənbəni qeyd edin:www.tucsen.com
