25/08/08Sa industriyal ug siyentipikanhong imaging, ang pagkuha sa paspas nga paglihok nga mga butang ubos sa ubos nga kahayag nga mga kondisyon nagpresentar sa usa ka kanunay nga hagit. Dinhi diin ang Time Delay Integration (TDI) nga mga camera mosulod. Ang teknolohiya sa TDI naghiusa sa pag-synchronize sa paglihok ug daghang mga pagpadayag aron mahatagan ang talagsaon nga pagkasensitibo ug katin-aw sa imahe, labi na sa mga high-speed nga palibot.
Unsa ang TDI Camera?
Ang TDI camera usa ka espesyal nga line scan camera nga nagkuha og mga hulagway sa naglihok nga mga butang. Dili sama sa mga standard area scan camera nga nagbutyag sa tibuok frame sa usa ka higayon, ang TDI camera nagbalhin sa bayad gikan sa usa ka laray sa mga pixel ngadto sa sunod sa pag-synchronize sa paglihok sa butang. Ang matag row sa pixel nag-ipon og kahayag samtang naglihok ang hilisgutan, nga epektibo nga nagdugang sa oras sa pagkaladlad ug nagpauswag sa kusog sa signal nga wala gipaila ang motion blur.
Kini nga integrasyon sa singil mahinuklugong nagpadako sa signal-to-noise ratio (SNR), nga naghimo sa mga TDI camera nga maayo alang sa high-speed o low-light nga mga aplikasyon.
Giunsa Nagtrabaho ang TDI Camera?
Ang operasyon sa usa ka TDI camera gihulagway sa Figure 1.
Figure 1: Operasyon sa Time Delay Integration (TDI) sensors
NOTA: Ang mga TDI camera naglihok nga nakuha nga mga singil sa daghang 'mga yugto' sa pag-synchronize sa usa ka naglihok nga hilisgutan sa imaging. Ang matag yugto naghatag ug dugang nga higayon nga ma-expose sa kahayag. Gihulagway pinaagi sa usa ka hayag nga 'T' nga naglihok sa usa ka camera, nga adunay 5-kolum sa 5-stage nga bahin sa usa ka TDI sensor. Tucsen Dhyana 9KTDI nga adunay hybrid nga CCD-style charge movement apan CMOS-style parallel readout.
Ang mga TDI camera epektibo nga line scan nga mga camera, nga adunay usa ka importante nga kalainan: imbes nga usa ka laray sa mga pixel ang makakuha og data samtang ang mga camera gi-scan sa usa ka imaging subject, ang TDI cameras adunay daghang mga row, nailhan nga 'stages', hangtod sa kasagaran 256.
Bisan pa, kini nga mga linya wala maghimo usa ka 2-dimensional nga imahe sama sa usa ka area-scan camera. Hinuon, samtang ang usa ka gi-scan nga hilisgutan sa imaging molihok tabok sa sensor sa camera, ang nakit-an nga mga photoelectron sa sulod sa matag pixel shuffle subay sa sunod nga laray nga nahiuyon sa paglihok sa hilisgutan sa imaging, nga wala pa mabasa. Ang matag dugang nga laray dayon naghatag usa ka dugang nga higayon aron ibutyag ang hilisgutan sa imahe sa kahayag. Sa higayon nga ang usa ka hiwa sa imahe makaabot sa katapusang laray sa mga pixel sa sensor mao kana nga laray dayon ipasa ngadto sa readout nga arkitektura alang sa pagsukod.
Busa, bisan pa sa daghang mga pagsukod nga nahitabo sa mga yugto sa camera, usa ra ka higayon sa kasaba sa pagbasa sa camera ang gipaila. Ang usa ka 256-stage TDI camera nagpadayon sa pagtan-aw sa sample nga 256 ka beses nga mas taas, ug busa adunay 256 ka beses nga mas taas nga oras sa exposure kaysa sa katumbas nga line scan camera. Ang katumbas nga oras sa pagkaladlad sa usa ka camera sa pag-scan sa lugar makahatag labi ka blur sa paglihok, nga dili magamit ang imahe.
Kanus-a Magamit ang TDI?
Ang mga TDI camera usa ka maayo kaayo nga solusyon alang sa bisan unsang aplikasyon sa imaging diin ang hilisgutan sa imaging naglihok nga may kalabotan sa camera, nga naghatag nga parehas ang paglihok sa pagtan-aw sa camera.
Busa ang mga aplikasyon sa TDI imaging naglakip, sa usa ka bahin, ang tanan sa line scanning diin ang 2-dimensional nga mga hulagway naporma, samtang nagdala og mas daghang katulin, mas maayo nga low-light sensitivity, mas maayo nga kalidad sa imahe, o ang tanan nga tulo sa usa ka higayon. Sa laing bahin, adunay daghang mga teknik sa imaging nga naggamit sa mga area-scan nga mga camera diin magamit ang mga TDI camera.
Para sa high-sensitivity sCMOS TDI, ang 'tile and stitch' imaging sa biological fluorescence microscopy mahimong himoon gamit ang nonstop scan sa stage puli sa tiling. O ang tanan nga TDI mahimong haum kaayo sa mga aplikasyon sa inspeksyon. Ang laing importante nga aplikasyon alang sa TDI mao ang imaging flow cytometry, diin ang fluorescence nga mga hulagway sa mga selula makuha samtang sila moagi sa usa ka kamera samtang nag-agos sa usa ka microfluidic channel.
Mga Pros ug Cons sa sCMOS TDI
Mga pro
● Makakuha ug 2-dimensional nga mga hulagway sa arbitraryong gidak-on sa taas nga tulin kon mag-scan sa usa ka subject sa imaging.
● Daghang mga yugto sa TDI, gamay nga kasaba, ug taas nga QE mahimong mosangput sa labi ka taas nga pagkasensitibo kaysa sa mga line scan camera.
● Taas kaayo nga katulin sa pagbasa mahimong makab-ot, pananglitan, hangtod sa 510,000Hz (mga linya kada segundo), alang sa 9,072-pixel-wide nga hulagway.
●Kinahanglan lang nga 1-dimensional ang pag-iilaw ug dili magkinahanglan og flat-field o uban pang mga pagtul-id sa ikaduha (na-scan) nga dimensyon. Dugang pa, ang mas taas nga mga oras sa pagkaladlad kumpara sa pag-scan sa linya mahimo’g 'mag-ayo' nga pagkidlap tungod sa mga gigikanan sa suga sa AC.
● Ang naglihok nga mga hulagway mahimong makuha nga walay motion blur ug adunay taas nga tulin ug pagkasensitibo.
●Ang pag-scan sa dagkong mga lugar mahimong labi ka paspas kaysa mga camera sa pag-scan sa lugar.
● Uban sa advanced software o triggering setups, ang 'area-scan-like' mode makahatag ug area-scan nga overview para sa focus ug alignment.
Cons
● Mas taas pa nga kasaba kay sa naandan nga sCMOS nga mga kamera, nga nagpasabot nga ang mga ultra-low-light nga mga aplikasyon dili maabot.
● Nagkinahanglan og mga espesyalista nga setup nga adunay advanced triggering aron i-synchronize ang paglihok sa imaging subject sa pag-scan sa camera, maayo kaayo nga pagkontrol sa katulin sa paglihok, o tukma nga prediksyon sa katulin aron mahimo ang pag-synchronize.
● Isip bag-ong teknolohiya, pipila lang ka solusyon ang anaa karon para sa pagpatuman sa hardware ug software.
Ubos nga kahayag nga makahimo sa sCMOS TDI
Samtang ang TDI isip usa ka teknik sa imaging nag-una sa digital imaging, ug dugay na nga milabaw sa line scan sa performance, sa milabay nga pipila ka tuig nga ang TDI cameras nakakuha sa sensitivity nga gikinahanglan aron maabot ang ubos nga kahayag nga mga aplikasyon nga kasagaran nagkinahanglan sa pagkasensitibo sa siyentipikong-grado.sCMOS nga mga kamera.
Gihiusa sa 'sCMOS TDI' ang istilo sa CCD nga paglihok sa mga singil sa tibuuk nga sensor nga adunay istilo nga pagbasa sa sCMOS, nga adunay magamit nga mga sensor nga nagdan-ag sa likod. Kaniadto nga gibase sa CCD o puro nga nakabase sa CMOS* nga TDI nga mga kamera adunay labi ka hinay nga pagbasa, gamay nga ihap sa pixel, gamay nga yugto, ug basa nga kasaba taliwala sa 30e- ug> 100e-. Sa kasukwahi, ang sCMOS TDI sama sa TucsenDhyana 9KTDI sCMOS cameranagtanyag sa pagbasa sa kasaba sa 7.2e-, inubanan sa mas taas nga quantum efficiency pinaagi sa back-illumination, makapahimo sa paggamit sa TDI sa kamahinungdanon ubos nga kahayag nga lebel aplikasyon kay sa kaniadto mahimo.
Sa daghang mga aplikasyon, ang mas taas nga mga oras sa pagkaladlad nga gipalihok sa proseso sa TDI mahimong labaw pa sa pag-compensate sa pagtaas sa nabasa nga kasaba kumpara sa taas nga kalidad nga sCMOS area-scan nga mga camera nga adunay pagbasa nga kasaba duol sa 1e-.
Kasagarang Aplikasyon sa TDI Cameras
Ang mga TDI camera makita sa daghang mga industriya diin ang katukma ug katulin parehas nga kritikal:
● Semiconductor wafer inspeksyon
● Pagsulay sa flat panel display (FPD).
● Web inspection (papel, pelikula, foil, tela)
● X-ray scanning sa medical diagnostics o baggage screening
● Slide ug multi-well plate scanning sa digital pathology
● Hyperspectral imaging sa remote sensing o agrikultura
● PCB ug electronics inspeksyon sa SMT linya
Kini nga mga aplikasyon nakabenepisyo gikan sa gipauswag nga kalainan, katulin, ug katin-aw nga gihatag sa TDI imaging sa ilawom sa mga pagpugong sa tinuud nga kalibutan.
Pananglitan: Pag-scan sa Slide ug Multi-Well Plate
Sama sa nahisgotan na, usa ka aplikasyon nga adunay mahinungdanong saad alang sa sCMOS TDI camera mao ang pagtahi sa mga aplikasyon, lakip ang slide o multi-well plate scanning. Ang pag-scan sa dagkong fluorescent o brightfield nga mga sample sa microscopy nga adunay 2-dimensional area nga mga camera nagsalig sa pagtahi sa usa ka grid sa mga hulagway nga naporma gikan sa daghang mga paglihok sa XY microscope stage. Ang matag hulagway nagkinahanglan sa entablado sa paghunong, paghusay, ug unya pagsugod pag-usab, uban sa bisan unsang paglangan sa rolling shutter. Ang TDI, sa laing bahin, mahimong makakuha og mga imahe samtang ang entablado naglihok. Ang imahen naporma gikan sa gamay nga gidaghanon sa taas nga 'mga strips', ang matag usa naglangkob sa tibuuk nga gilapdon sa sample. Mahimo kini nga mosangput sa labi ka taas nga katulin sa pagkuha ug data throughput sa tanan nga mga aplikasyon sa pagtahi, depende sa mga kondisyon sa imahe.
Ang katulin sa paglihok sa entablado inversely proporsyonal sa kinatibuk-ang oras sa pagkaladlad sa TDI camera, busa ang mubu nga mga oras sa pagkaladlad (1-20ms) nagtanyag sa labing kadako nga pag-uswag sa katulin sa imaging kumpara sa mga camera sa pag-scan sa lugar, nga mahimo’g mosangput sa usa ka han-ay sa kadako o mas dako nga pagkunhod sa tibuuk nga oras sa pagkuha. Alang sa mas taas nga oras sa pagkaladlad (pananglitan > 100ms), ang pag-scan sa lugar kasagarang makapabiling bentaha sa panahon.
Usa ka pananglitan sa usa ka dako kaayo (2 Gigapixel) nga fluorescence microscopy nga hulagway nga naporma sulod lang sa napulo ka segundos gipakita sa Figure 2. Ang usa ka katumbas nga hulagway nga naporma gamit ang area scan camera mahimong gipaabot nga molungtad ug pipila ka minuto.
Figure 2: 2 Gigapixel nga imahe naporma sa 10 segundos pinaagi sa TDI scanning & stitching
NOTA: 10x magnification image nakuha gamit ang Tucsen Dhyana 9kTDI sa highlighter pen dots nga gitan-aw gamit ang fluorescence microscopy. Nakuha sa 10 segundo gamit ang 3.6 ms exposure time. Mga sukod sa hulagway: 30mm x 17mm, 58,000 x 34,160 pixels.
Pag-synchronize sa TDI
Ang pag-synchronize sa usa ka TDI camera sa imaging subject (sa sulod sa pipila ka porsyento) kinahanglanon – ang velocity mismatch mosangpot sa usa ka 'motion blur' effect. Kini nga pag-synchronize mahimo sa duha ka paagi:
Matagnaon: Gitakda ang katulin sa camera nga motakdo sa katulin sa paglihok base sa kahibalo sa katulin sa paglihok sa sample, optics (magnification), ug gidak-on sa pixel sa camera. O pagsulay ug sayup.
Na-trigger: Daghang mga yugto sa mikroskopyo, gantries ug uban pang kagamitan sa paglihok sa mga subject sa imaging mahimong maglakip sa mga encoder nga magpadala og trigger pulse ngadto sa camera alang sa gihatag nga distansya sa paglihok. Gitugotan niini ang entablado/gantry ug camera nga magpabilin nga nag-sync bisan unsa pa ang katulin sa paglihok.
TDI Cameras batok sa Line Scan ug Area Scan Cameras
Ania kung giunsa pagtandi sa TDI sa ubang mga sikat nga teknolohiya sa imaging:
| Feature | TDI Camera | Line Scan Camera | Area Scan Camera |
| Pagkasensitibo | Taas kaayo | Medium | Ubos ngadto sa Medium |
| Kalidad sa Hulagway (lihok) | Maayo kaayo | Maayo | Blurred sa taas nga tulin |
| Mga Kinahanglanon sa Pagsiga | Ubos | Medium | Taas |
| Pagkaangay sa Paglihok | Maayo kaayo (kon dungan) | Maayo | Pobre |
| Labing Maayo Alang | Taas nga tulin, ubos nga kahayag | Mga butang nga paspas nga naglihok | Static o hinay nga mga eksena |
Ang TDI mao ang tin-aw nga pagpili kung ang talan-awon paspas nga naglihok ug ang lebel sa kahayag limitado. Ang pag-scan sa linya usa ka pagpaubos sa pagkasensitibo, samtang ang pag-scan sa lugar mas maayo alang sa yano o naghunong nga mga pag-setup.
Pagpili sa Husto nga TDI Camera
Sa pagpili sa TDI camera, hunahunaa ang mosunod:
● Gidaghanon sa mga yugto sa TDI: Daghang mga yugto ang nagdugang sa SNR, apan usab ang gasto ug pagkakomplikado.
● Uri sa sensor: Ang sCMOS gipalabi tungod sa katulin niini ug ubos nga kasaba; Ang CCD mahimo gihapon nga angay alang sa pipila ka mga sistema sa kabilin.
● Interface: Siguradoha ang pagkaangay sa imong sistema—Camera Link, CoaXPress, ug 10GigE kay kasagarang mga opsyon, 100G CoF ug 40G CoF ang mitumaw isip bag-ong uso.
● Spectral nga tubag: Pagpili tali sa monochrome, color, o near-infrared (NIR) base sa mga panginahanglanon sa aplikasyon.
● Mga opsyon sa pag-synchronize: Pangitaa ang mga feature sama sa encoder inputs o external trigger nga suporta para sa mas maayong motion alignment.
Kung ang imong aplikasyon naglakip sa delikado nga biolohikal nga mga sample, high-speed inspection, o low-light environment, ang sCMOS TDI lagmit ang husto nga angay.
Panapos
Ang mga TDI camera nagrepresentar sa usa ka gamhanan nga ebolusyon sa teknolohiya sa imaging, labi na kung gitukod sa mga sensor sa sCMOS. Pinaagi sa paghiusa sa motion synchronization uban sa multi-line integration, nagtanyag sila og dili hitupngan nga pagkasensitibo ug katin-aw alang sa dinamiko, ubos nga kahayag nga mga talan-awon.
Nag-inspeksyon ka man sa mga wafer, nag-scan sa mga slide, o nagpahigayon og mga high-speed nga inspeksyon, ang pagsabut kung giunsa ang pagtrabaho sa TDI makatabang kanimo sa pagpili sa pinakamaayo nga solusyonsiyentipikanhong mga kamerapara sa imong mga hagit sa imaging.
FAQ
Makaandar ba ang TDI camera sa area scan mode?
Ang mga TDI camera makahimo og (nipis kaayo) nga 2-dimensional nga mga hulagway sa 'area-scan-like' mode, nga makab-ot pinaagi sa usa ka lansis sa sensor timing. Makatabang kini sa mga buluhaton sama sa pagtutok ug pag-align.
Aron masugdan ang usa ka 'area-scan exposure', ang sensor una nga 'cleared' pinaagi sa pag-abante sa TDI bisan sa daghang mga lakang nga ang camera adunay mga yugto, sa labing paspas nga mahimo, dayon paghunong. Mahimo kini pinaagi sa pagkontrol sa software, o pag-trigger sa hardware, ug labing maayo nga gihimo sa kangitngit. Pananglitan, ang usa ka 256-stage camera kinahanglan nga mobasa ug labing menos 256 ka linya, unya mohunong. Kining 256 ka linya sa datos gilabay.
Samtang ang camera wala gi-trigger o gibasa ang mga linya, ang sensor naglihok sama sa usa ka area-scan sensor nga nagpadayag sa usa ka imahe.
Ang gitinguha nga oras sa pagkaladlad kinahanglan nga molabay sa wala’y mahimo nga camera, sa dili pa ipadayon pag-usab ang camera sa labing menos ang gidaghanon sa mga yugto niini, basahon ang matag linya sa imahe nga bag-o lang nakuha. Sa makausa pa, labing maayo nga kini nga bahin sa 'pagbasa' kinahanglan mahitabo sa kangitngit.
Kini nga teknik mahimong masubli aron maghatag usa ka 'live preview' o pagkasunod-sunod sa mga imahe sa pag-scan sa lugar nga adunay gamay nga pagtuis ug pag-blur gikan sa operasyon sa TDI.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Tanang katungod gigahin. Sa pagkutlo, palihog ilha ang tinubdan:www.tucsen.com
