22/07/13Ang Time Delay Integration (TDI) usa ka teknik sa imaging nga nag-una sa digital imaging - apan naghatag gihapon kini og daghang mga bentaha sa pagputol sa sulud sa imaging karon. Adunay duha ka mga kahimtang diin ang mga TDI camera mahimong modan-ag - pareho kung ang hilisgutan sa imaging naglihok:
1 – Ang imaging subject kay kinaiyanhon nga naglihok nga adunay kanunay nga tulin, sama sa web inspection (sama sa pag-scan sa nagalihok nga mga palid sa papel, plastik o panapton alang sa mga depekto ug kadaot), mga linya sa asembliya, o micro fluidics ug fluid flows.
2 – Static imaging nga mga subject nga mahimong i-imaget sa usa ka camera nga gibalhin gikan sa lugar ngadto sa lugar, pinaagi sa paglihok sa subject o sa camera. Ang mga pananglitan naglakip sa pag-scan sa slide sa mikroskopyo, pag-inspeksyon sa mga materyales, pag-inspeksyon sa flat panel ug uban pa.
Kung ang bisan hain niini nga mga sirkumstansya mahimong magamit sa imong imaging, kini nga webpage makatabang kanimo sa pagkonsiderar kung ang pagbalhin gikan sa naandan nga 2-dimensional nga 'area scan' nga mga kamera ngadto sa Line Scan TDI nga mga kamera mahimo bang makapausbaw sa imong imaging.
Ang problema sa Area-Scan & Moving Target
● Motion Blur
Ang ubang mga imaging subject kay naglihok tungod sa panginahanglan, pananglitan sa fluid flow o web inspection. Sa ubang mga aplikasyon, sama sa pag-scan sa slide ug pag-inspeksyon sa mga materyales, ang pagpadayon sa paglihok sa hilisgutan mahimong mas paspas ug mas episyente kaysa paghunong sa paglihok alang sa matag nakuha nga imahe. Bisan pa, alang sa mga camera nga gi-scan sa lugar, kung ang hilisgutan sa imaging naglihok nga may kalabotan sa camera, mahimo kini nga usa ka hagit.
Motion blur nga nagtuis sa hulagway sa naglihok nga sakyanan
Sa mga sitwasyon nga adunay limitado nga kahayag o diin gikinahanglan ang taas nga kalidad sa imahe, ang taas nga oras sa pagkaladlad sa camera mahimong gusto. Bisan pa, ang paglihok sa hilisgutan mokaylap sa kahayag niini sa daghang mga pixel sa camera sa panahon sa pagkaladlad, nga mosangput sa 'pagblur sa paglihok'. Mahimo kini nga maminusan pinaagi sa pagpabilin nga mubo kaayo ang mga exposure-ubos sa oras nga gikinahanglan alang sa usa ka punto sa hilisgutan nga moagi sa usa ka pixel sa camera. Kini mao angunkasagaran sa gasto sa ngitngit, saba, kasagaran dili magamit nga mga hulagway.
●Pagtahi
Dugang pa, kasagaran ang pag-imaging sa dagko o padayon nga mga subject sa imaging nga adunay mga area scan camera nanginahanglan nga makakuha og daghang mga imahe, nga pagkahuman gitahi. Kini nga pagtahi nanginahanglan nga nagsapaw-sapaw nga mga pixel tali sa silingang mga imahe, pagkunhod sa kahusayan ug pagdugang sa pagtipig sa datos ug mga kinahanglanon sa pagproseso.
●Dili patas nga kahayag
Dugang pa, ang kahayag panagsa ra nga igo aron malikayan ang mga isyu ug artifact sa mga utlanan tali sa mga tinahi nga mga imahe. Usab, aron mahatagan og kahayag sa usa ka dako nga igo nga lugar alang sa area-scan nga camera nga adunay igo nga intensity kasagaran nagkinahanglan sa paggamit sa high-power, high-cost DC light sources.
Dili patas nga kahayag sa pagtahi sa usa ka multi-image acquisition sa utok sa mouse. Hulagway gikan sa Watson et al. 2017: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0180486
Unsa ang TDI camera, ug sa unsang paagi kini makatabang?
Sa naandan nga 2-dimensional nga area-scan nga mga camera, adunay tulo ka hugna sa pagkuha og imahe: pixel reset, exposure, ug readout. Atol sa pagkaladlad, ang mga photon gikan sa talan-awon makita, nga miresulta sa mga photoelectron, nga gitipigan sa mga pixel sa camera hangtud sa katapusan sa pagkaladlad. Ang mga kantidad gikan sa matag pixel gibasa dayon, ug usa ka 2D nga imahe naporma. Ang mga pixel i-reset dayon ug ang tanan nga mga singil matangtang aron masugdan ang sunod nga pagkaladlad.
Bisan pa, sama sa nahisgotan na, kung ang imaging nga hilisgutan naglihok nga may kalabotan sa camera, ang kahayag gikan sa hilisgutan mahimong mokaylap sa daghang mga pixel sa panahon niini nga pagkaladlad, nga mosangput sa motion blur. Ang mga TDI camera nakabuntog niini nga limitasyon gamit ang usa ka bag-ong teknik. Gipakita kini sa [Animation 1].
●Giunsa Pagtrabaho ang TDI Cameras
Ang mga TDI nga mga kamera naglihok sa usa ka sukaranan nga lahi nga paagi sa pag-scan sa mga camera sa lugar. Samtang ang imaging subject naglihok tabok sa camera sa panahon sa exposure, ang mga electronic charges nga naglangkob sa nakuha nga imahe gibalhin usab, nga nagpabilin sa sync. Atol sa pagkaladlad, ang mga TDI camera makahimo sa pag-shuffle sa tanan nga nakuha nga mga singil gikan sa usa ka laray sa mga pixel ngadto sa sunod, ubay sa camera, nga gi-synchronize sa motion sa imaging subject. Samtang ang hilisgutan molihok tabok sa camera, ang matag laray (nailhan ingon usa ka 'TDI Stage'), naghatag usa ka bag-ong higayon nga ibutyag ang camera sa hilisgutan, ug magtigum og signal.
Sa higayon nga ang usa ka laray sa nakuha nga mga singil makaabot sa katapusan sa camera, unya ang mga kantidad mabasa ug gitipigan isip usa ka 1-dimensional nga hiwa sa hulagway. Ang 2-D nga imahe naporma pinaagi sa pagdugtong sa matag sunud-sunod nga hiwa sa imahe samtang gibasa kini sa camera. Ang matag laray sa mga pixel sa resulta nga hulagway nagsubay ug mga hulagway sa samang 'hiwa' sa imaging subject, nagpasabot nga bisan pa sa paglihok, walay blur.
●256x Mas Taas nga Exposure
Uban sa mga TDI camera, ang epektibo nga oras sa pagkaladlad sa imahe gihatag sa tibuok nga panahon nga gikinahanglan alang sa usa ka punto sa hilisgutan nga molatas sa matag laray sa mga pixel, nga adunay hangtod sa 256 nga mga yugto nga magamit sa pipila ka mga TDI camera. Kini nagpasabut nga ang magamit nga oras sa pagkaladlad epektibo nga 256 ka beses nga labi ka dako kaysa mahimo nga makuha sa usa ka area-scan nga camera.
Makahatag kini bisan hain sa duha nga mga pag-uswag, o balanse sa duha. Una, ang usa ka hinungdanon nga pagpauswag sa katulin sa imaging mahimong makab-ot. Kon itandi sa usa ka area scan camera, ang imaging subject mahimong mobalhin ngadto sa 256x nga mas paspas samtang nagkuha gihapon sa samang gidaghanon sa signal, nga naghatag sa line rate sa camera nga paspas nga makasunod.
Sa laing bahin, kung gikinahanglan ang mas dako nga pagkasensitibo, ang mas taas nga oras sa pagkaladlad makapahimo sa mas taas nga kalidad nga mga hulagway, mas ubos nga intensity sa kahayag, o pareho.
●Dako nga data throughput nga walay stitching
Tungod kay ang TDI camera naggama og 2-dimensional nga hulagway gikan sa sunodsunod nga 1-dimensional nga mga hiwa, ang resulta nga hulagway mahimong sama kadako sa gikinahanglan. Samtang ang gidaghanon sa mga pixel sa 'horizontal' nga direksyon gihatag pinaagi sa gilapdon sa camera, pananglitan 9072 pixels, ang 'vertical' nga gidak-on sa hulagway walay kinutuban, ug yanong gitino kung unsa kadugay ang camera. Uban sa mga rate sa linya hangtod sa 510kHz, makahatag kini daghang daghang data throughput.
Inubanan niini, ang mga TDI camera makahatag ug halapad kaayo nga mga natad sa pagtan-aw. Pananglitan, ang 9072 pixel camera nga adunay 5µm pixels naghatag ug horizontal field of view nga 45mm nga adunay taas nga resolution. Aron makab-ot ang parehas nga gilapdon sa imaging nga adunay 5µm pixel area scan camera nanginahanglan hangtod sa tulo ka 4K nga mga camera nga magkatabi.
●Mga pag-uswag sa mga line scan camera
Ang mga TDI camera dili lang nagtanyag og mga pagpaayo sa mga area scan camera. Ang mga line scan camera, nga nakakuha lang ug usa ka linya sa mga pixel, nag-antos usab sa daghang parehas nga mga isyu sa intensity sa kahayag ug mugbo nga exposures sama sa mga area scan camera.
Bisan kung sama sa mga TDI camera, ang mga line scan camera nagtanyag labi pa nga kahayag sa usa ka yano nga pag-setup, ug likayan ang panginahanglan alang sa pagtahi sa imahe, kasagaran sila magkinahanglan labi ka grabe nga kahayag ug / o hinay nga paglihok sa hilisgutan aron makuha ang igo nga signal alang sa usa ka taas nga kalidad nga imahe. Ang mas taas nga mga exposure ug mas paspas nga mga tulin sa hilisgutan nga mahimo sa mga TDI camera nagpasabut nga mas ubos nga intensity, mas mubu nga gasto nga suga mahimong magamit samtang gipauswag ang kahusayan sa imaging. Pananglitan, ang usa ka linya sa produksiyon mahimong mobalhin gikan sa taas nga gasto, taas nga konsumo sa kuryente nga halogen nga mga suga nga nanginahanglan gahum sa DC, hangtod sa LED nga suga.
Giunsa pagtrabaho ang mga TDI camera?
Adunay tulo ka sagad nga mga sumbanan kung giunsa pagkab-ot ang TDI imaging sa sensor sa camera.
● CCD TDI- Ang mga camera sa CCD mao ang labing karaan nga istilo sa mga digital camera. Tungod sa ilang elektronik nga disenyo, ang pagkab-ot sa TDI nga kinaiya sa usa ka CCD kay simple ra kaayo, nga adunay daghang mga sensor sa camera nga natural nga makalihok niining paagiha. Busa ang TDI CCD kay gigamit na sulod sa mga dekada.
Bisan pa, ang teknolohiya sa CCD adunay mga limitasyon. Ang pinakagamay nga gidak-on sa pixel nga kasagarang magamit alang sa mga CCD TDI nga mga kamera kay sa palibot sa 12µm x 12µm – kini, uban sa gagmay nga pixel count, naglimite sa mga abilidad sa mga kamera sa pagsulbad sa maayong mga detalye. Dugang pa, ang katulin sa pag-angkon mas ubos kaysa ubang mga teknolohiya, samtang ang kasaba sa pagbasa–usa ka dakong limitasyon nga hinungdan sa ubos nga kahayag sa imaging – taas. Ang konsumo sa kuryente taas usab, nga usa ka hinungdan nga hinungdan sa pipila nga mga aplikasyon. Kini misangpot sa tinguha sa paghimo og TDI camera base sa CMOS architecture.
●Sayo nga CMOS TDI: Voltage-domain ug digital summing
Nabuntog sa mga CMOS camera ang daghang mga limitasyon sa kasaba ug katulin sa mga camera sa CCD, samtang naggamit og gamay nga gahum, ug nagtanyag og gagmay nga mga gidak-on sa pixel. Bisan pa, ang pamatasan sa TDI labi ka lisud nga makab-ot sa mga CMOS camera, tungod sa ilang disenyo sa pixel. Samtang ang mga CCD pisikal nga nagpalihok sa mga photoelectron gikan sa pixel ngadto sa pixel aron madumala ang sensor, ang mga CMOS camera nag-convert sa mga signal sa mga photoelectron ngadto sa mga boltahe sa matag pixel sa wala pa ang pagbasa.
Ang pamatasan sa TDI sa usa ka sensor sa CMOS gisuhid sukad sa 2001, bisan pa, ang hagit kung giunsa pagdumala ang 'pagtipon' sa signal samtang ang pagkaladlad molihok gikan sa usa ka laray hangtod sa sunod hinungdanon. Duha ka sayo nga mga pamaagi alang sa CMOS TDI nga gigamit gihapon sa mga komersyal nga kamera karon mao ang pagtipon sa boltahe sa domain ug digital summing nga TDI CMOS. Sa boltahe nga domain accumulation camera, samtang ang matag laray sa signal makuha samtang ang imaging subject moagi, ang nakuha nga boltahe idugang sa elektronik nga paagi sa kinatibuk-ang pagkuha alang niana nga bahin sa imahe. Ang pagtipon sa mga boltahe niining paagiha nagpaila sa dugang nga kasaba alang sa matag dugang nga yugto sa TDI nga idugang, nga naglimite sa mga benepisyo sa dugang nga mga yugto. Ang mga isyu nga adunay linearity naghagit usab sa paggamit niini nga mga camera alang sa tukma nga mga aplikasyon.
Ang ikaduhang pamaagi mao ang digital summing TDI. Niini nga pamaagi, ang usa ka CMOS camera epektibo nga nagdagan sa area scan mode nga adunay mubo nga pagkaladlad nga gipares sa oras nga gikuha alang sa imaging nga hilisgutan sa paglihok sa usa ka laray sa mga pixel. Apan, ang mga laray gikan sa matag sunodsunod nga frame gidugang sa digital sa paagi nga ang TDI nga epekto mahatag. Ingon nga ang tibuuk nga camera kinahanglan nga basahon alang sa matag laray sa mga pixel sa sangputanan nga imahe, kini nga digital nga pagdugang nagdugang usab sa pagbasa nga kasaba alang sa matag laray, ug gilimitahan ang katulin sa pag-angkon.
●Ang modernong sumbanan: charge-domain TDI CMOS, o CCD-on-CMOS TDI
Ang mga limitasyon sa CMOS TDI sa ibabaw nabuntog bag-o lang pinaagi sa pagpaila sa charge-domain accumulation TDI CMOS, nailhan usab nga CCD-on-CMOS TDI. Ang operasyon niini nga mga sensor gipakita sa [Animation 1]. Sama sa gipasabot sa ngalan, kini nga mga sensor nagtanyag sa sama sa CCD nga paglihok sa mga singil gikan sa usa ka pixel ngadto sa sunod, nagtigum og signal sa matag TDI nga yugto pinaagi sa pagdugang sa mga photoelectron sa lebel sa indibidwal nga mga singil. Kini epektibo nga walay kasaba. Bisan pa, ang mga limitasyon sa CCD TDI nabuntog pinaagi sa paggamit sa CMOS readout nga arkitektura, nga makapahimo sa taas nga tulin, ubos nga kasaba ug ubos nga konsumo sa kuryente nga kasagaran sa mga CMOS camera.
Mga Detalye sa TDI: unsa ang hinungdan?
●Teknolohiya:Ang labing hinungdanon nga hinungdan mao kung unsang teknolohiya sa sensor ang gigamit sama sa gihisgutan sa ibabaw. Ang bayad-domain nga CMOS TDI maghatag sa labing kaayo nga pasundayag.
●Mga Yugto sa TDI:Kini ang gidaghanon sa mga laray sa sensor diin ang signal mahimong maipon. Ang daghang mga yugto sa TDI sa usa ka camera, mas taas ang mahimo nga epektibo nga oras sa pagkaladlad. O, mas paspas nga makalihok ang subject sa imaging, kung adunay igo nga rate sa linya ang camera.
●Rate sa Linya:Pila ka laray ang mabasa sa camera kada segundo. Gitino niini ang pinakataas nga katulin sa paglihok nga masunod sa camera.
●Quantum Efficiency: Kini nagpakita sa pagkasensitibo sa camera sa kahayag sa lain-laing wavelength, nga gihatag sa kalagmitan sa usa ka insidente photon nga namatikdan ug sa paghimo sa usa ka photoelectron. Ang mas taas nga quantum efficiency makahatag og mas ubos nga kalig-on sa pag-iilaw, o mas paspas nga operasyon samtang gipadayon ang parehas nga lebel sa signal.
Dugang pa, ang mga kamera magkalahi sa wavelength range diin ang maayong pagkasensitibo mahimong makab-ot, uban sa pipila ka mga kamera nga nagtanyag sa pagkasensitibo hangtod sa ultra-violet (UV) nga tumoy sa spectrum, sa mga 200nm wavelength.
●Basaha ang Saba:Ang kasaba sa pagbasa mao ang lain nga hinungdanon nga hinungdan sa pagkasensitibo sa usa ka camera, pagtino sa labing gamay nga signal nga makit-an sa ibabaw sa salog sa kasaba sa camera. Uban sa taas nga pagbasa sa kasaba, ang mga itom nga bahin dili makit-an ug ang dinamikong hanay grabe nga pagkunhod, nagpasabut nga labi ka hayag nga pag-iilaw o mas taas nga oras sa pagkaladlad ug labi ka hinay nga katulin sa paglihok kinahanglan gamiton.
Mga Detalye sa TDI: unsa ang hinungdan?
Sa pagkakaron, ang mga TDI camera kay gigamit para sa web inspection, electronics ug manufacturing inspection, ug uban pang machine-vision applications. Kauban niini mao ang mga mahagiton nga mga aplikasyon nga ubos ang kahayag sama sa fluorescence imaging ug slide scanning.
Bisan pa, sa pagpaila sa high-speed, low noise, high sensitivity TDI CMOS cameras, adunay dako nga potensyal alang sa speed ug efficiency nga pagtaas sa bag-ong mga aplikasyon nga kaniadto gigamit lamang ang mga area-scan nga mga camera. Sama sa among gipaila sa pagsugod sa artikulo, ang mga TDI camera mahimong labing maayo nga kapilian alang sa pagkab-ot sa taas nga tulin ug taas nga kalidad sa imahe alang sa bisan unsang mga hilisgutan sa pag-imaging sa kanunay nga paglihok, o kung diin ang camera mahimong ma-scan sa mga static nga mga hilisgutan sa imaging.
Pananglitan, sa aplikasyon sa microscopy, mahimo natong itandi ang teoretikal nga katulin sa pagkuha sa usa ka 9K pixel, 256 stage TDI camera nga adunay 5 µm pixels ngadto sa 12MP camera area scan camera nga adunay 5 µm pixels. Atong susihon ang pag-angkon og 10 x 10 mm nga lugar nga adunay 20x nga pagpadako pinaagi sa paglihok sa entablado.
1. Ang paggamit sa 20x nga tumong sa area scan camera makahatag ug 1.02 x 0.77 mm imaging field of view.
2. Uban sa TDI camera, ang usa ka 10x nga tumong nga adunay 2x nga dugang nga pagpadako mahimong magamit sa pagbuntog sa bisan unsang limitasyon sa microscope field of view, aron sa paghatag sa usa ka 2.3mm horizontal imaging field of view.
3. Sa pag-ingon nga ang 2% nga pixel nagsapaw sa taliwala sa mga imahe alang sa mga katuyoan sa pagtahi, 0.5 segundos aron mabalhin ang entablado sa usa ka gitakda nga lokasyon, ug usa ka oras sa pagkaladlad sa 10ms, mahimo naton kalkulahon ang oras nga makuha sa camera sa pag-scan sa lugar. Sa susama, mahimo natong kuwentahon ang oras nga makuha sa TDI camera kung ang entablado gipadayon sa kanunay nga paglihok aron ma-scan sa direksyon sa Y, nga adunay parehas nga oras sa pagkaladlad matag linya.
4. Niini nga kaso, ang area scan camera magkinahanglan ug 140 ka mga hulagway nga makuha, nga adunay 63 ka segundos nga gigugol sa paglihok sa entablado. Ang TDI camera makakuha lang og 5 ka taas nga mga hulagway, nga adunay 2 ka segundo lang nga gigugol sa pagbalhin sa entablado ngadto sa sunod nga kolum.
5. Ang kinatibuk-ang oras nga gigugol sa pag-angkon sa 10 x 10 mm nga lugar mao64.4 segundos alang sa area scan camera,ug basta9.9 segundos alang sa TDI camera.
Kung gusto nimo tan-awon kung ang usa ka TDI camera mahimong motugma sa imong aplikasyon ug makatubag sa imong mga panginahanglan, kontaka kami karon.
