23/10/10U ritardu è l'integrazione di u tempu (TDI) hè un metudu di cattura d'imagine custruitu annantu à u principiu di a scansione lineare, induve una seria d'imagine unidimensionali sò catturate per generà una imagine timingendu u muvimentu di u campione è a cattura di a fetta d'imagine per trigger. Ancu s'è sta tecnulugia esiste da decennii, hè stata tipicamente assuciata à applicazioni à bassa sensibilità, cum'è l'ispezione web.
Una nova generazione di camere hà cumminatu a sensibilità di sCMOS cù a velocità di TDI per offre una cattura d'imagine di qualità uguale à a scansione di l'area, ma cù u putenziale per un rendimentu più rapidu di ordini di grandezza. Questu hè particularmente evidente in situazioni induve hè necessaria l'imaghjini di grandi campioni in cundizioni di poca luce. In questa nota tecnica, descrivemu cumu funziona a scansione TDI, è paragunemu u tempu di cattura d'imagine à una tecnica di scansione di grande area paragunabile, l'imaghjini tile & stitch.
Da a scansione di linea à u TDI
L'imaghjini di scansione di linea hè una tecnica d'imaghjini chì usa una sola linea di pixel (chjamata colonna, o palcuscenicu) per piglià una fetta d'imagine mentre un campione hè in muvimentu. Usendu meccanismi di trigger elettrichi, una sola "fetta" d'imagine hè presa mentre u campione passa u sensore. Scalendu a velocità di trigger di a camera per catturà l'imagine in sintonia cù u muvimentu di u campione è aduprendu un frame grabber per catturà queste imagine, ponu esse cucite inseme per ricustruisce l'imagine.
L'imaghjini TDI si basa annantu à stu principiu di cattura d'imagine di un campione, ma usa parechje tappe per aumentà u numeru di fotoelettroni catturati. Mentre u campione passa ogni tappa, più infurmazione hè raccolta è aghjunta à i fotoelettroni esistenti catturati da e tappe precedenti è mischiati in un prucessu simile à i dispositivi CCD. Mentre u campione passa sopra a tappa finale, i fotoelettroni raccolti sò mandati à una lettura, è u signale integratu in tutta a gamma hè adupratu per generà una fetta d'imagine. In a Figura 1, hè mostrata a cattura d'imagine nantu à un dispositivu cù cinque colonne TDI (tappe).
Figura 1: un esempiu animatu di cattura d'imagine cù a tecnulugia TDI. Un campione (T blu) hè passatu sopra un dispositivu di cattura d'imagine TDI (una colonna di 5 pixel, 5 stadii TDI), è i fotoelettroni sò catturati in ogni tappa è aghjunti à u livellu di u signale. Una lettura cunverte questu in una maghjina digitale.
1a: L'imagine (una T turchina) hè introdutta nant'à u palcuscenicu; a T hè in muvimentu cum'è mostratu nant'à u dispusitivu.
1b: Quandu u T passa u primu stadiu, a camera TDI hè attivata per accettà fotoelettroni chì sò catturati da i pixel quand'elli ghjunghjenu à u primu stadiu di u sensore TDI. Ogni colonna hà una seria di pixel chì catturanu fotoelettroni individualmente.
1c: Quessi fotoelettroni catturati sò mischiati à a seconda tappa, induve ogni colonna spinge u so livellu di signale à a tappa successiva.
1d: In tempu cù u muvimentu di u campione à una distanza di un pixel, un secondu inseme di fotoelettroni hè catturatu in a seconda tappa, è aghjuntu à quelli catturati prima, aumentendu u signale. In a tappa 1, un novu inseme di fotoelettroni hè catturatu, currispondente à a prossima fetta di cattura d'immagine.
1e: I prucessi di cattura d'imagine descritti in a tappa 1d sò ripetuti mentre l'imagine passa davanti à u sensore. Questu custruisce un signale da i fotoelettroni di e tappe. U signale hè trasmessu à una lettura, chì cunverte u signale fotoelettronicu in una lettura digitale.
1f: A lettura digitale hè visualizata cum'è una maghjina colonna per colonna. Questu permette a ricustruzione digitale di una maghjina.
Siccomu u dispusitivu TDI hè capace di passà simultaneamente fotoelettroni da una tappa à l'altra, è di catturà novi fotoelettroni da a prima tappa mentre u campione hè in muvimentu, l'imagine pò esse effettivamente infinita in u numeru di righe catturate. I tassi di trigger, chì determinanu u numeru di volte chì si verifica a cattura di l'imagine (fig. 1a), ponu esse di l'ordine di centinaie di kHz.
In l'esempiu di a Figura 2, un vetrino di microscopiu di 29 x 17 mm hè statu catturatu in 10,1 secondi cù una camera TDI di 5 µm pixel. Ancu à livelli di zoom significativi, u livellu di sfocatura hè minimu. Questu rapprisenta un grande avanzamentu rispetto à e generazioni precedenti di sta tecnulugia.
Per più dettagli, a Tavula 1 mostra u tempu di imaging rappresentativu per una seria di dimensioni di campioni cumuni cù zoom 10, 20 è 40x.
Figura 2: Una maghjina di un campione fluorescente catturatu cù un Tucsen 9kTDI. Esposizione 10 ms, tempu di cattura 10,1 s.
Tavula 1: Matrice di u tempu di cattura di diverse dimensioni di campione (secondi) utilizendu una camera Tucsen 9kTDI nantu à un palcuscenicu motorizatu di a serie Zaber MVR à 10, 20 è 40 x per un tempu di esposizione di 1 è 10 ms.
Scansione di l'imaghjini di a zona
L'imaghjini di scansione d'area in e camere sCMOS implica a cattura di una maghjina sana simultaneamente aduprendu una matrice bidimensionale di pixel. Ogni pixel cattura a luce, cunvertendula in signali elettrici per un trattamentu immediatu è furmendu una maghjina cumpleta cù alta risoluzione è velocità. A dimensione di una maghjina chì pò esse catturata in una sola esposizione hè guvernata da a dimensione di u pixel, l'ingrandimentu è u numeru di pixel in una matrice, per (1)
Per un array standard, u campu di vista hè datu da (2)
In i casi induve un campione hè troppu grande per u campu visuale di una camera, una maghjina pò esse custruita separendu a maghjina in una griglia d'imaghjini di a dimensione di u campu visuale. A cattura di ste maghjine seguita un mudellu, induve u tavulinu si move in una pusizione nantu à a griglia, u tavulinu si stabilizza, è dopu a maghjina si cattura. In e camere à otturatore rotante, ci hè un tempu d'attesa supplementu mentre l'otturatore gira. Ste maghjine ponu esse catturate muvendu a pusizione di a camera è cucendule inseme. A Figura 3 mostra una grande maghjina di una cellula umana sottu microscopia à fluorescenza furmata cucendu inseme 16 maghjine più chjuche.
Figura 3: Una diapositiva di una cellula umana catturata da una camera di scansione di area utilizendu l'imaghjini di tile & stitch.
In generale, per risolve dettagli più grandi serà necessariu generà è cucì più imagine inseme in questu modu. Una suluzione à questu hè di impiegàscansione di càmera di grande furmatu, chì hà grandi sensori cù un numeru elevatu di pixel, in tandem cù ottiche specializate, chì permettenu di catturà una quantità più grande di dettagli.
Paragone trà TDI è scansione di zona (Tile & Stitch)
Per a scansione di campioni di grande superficia, a scansione Tile & Stitch è a scansione TDI sò suluzioni adatte, ma selezziunendu u megliu metudu, hè pussibule riduce significativamente u tempu necessariu per scansà un campione. Stu risparmiu di tempu hè generatu da a capacità di a scansione TDI di catturà un campione in muvimentu; eliminendu i ritardi assuciati à l'assestamentu di u palcuscenicu è à u timing di l'otturatore rolling assuciatu à l'imaghjini tile & stitch.
A figura 4 paraguna i tappi (verdi) è i muvimenti (linee nere) richiesti per catturà una maghjina di una cellula umana sia in a scansione tile & stitch (sinistra) sia in quella TDI (destra). Eliminendu a necessità di piantà è riallineà l'imagine in l'imaghjini TDI, hè pussibule di riduce significativamente u tempu d'imaghjini, basta chì u tempu d'esposizione sia bassu <100 ms.
A tavula 2 mostra un esempiu funziunale di scansione trà una TDI 9k è una camera sCMOS standard.
Figura 4: Un mutivu di scansione di a cattura di una cellula umana sottu fluorescenza chì mostra tile and stitch (à manca) è imaging TDI (à diritta).
Tavula 2: Paragone di a scansione di l'area è di l'imaghjini TDI per un campione di 15 x 15 mm cù una lente obiettiva 10x è un tempu di esposizione di 10 ms.
Mentre chì u TDI offre un putenziale fantasticu per una velocità aumentata di cattura d'imagine, ci sò sfumature à l'usu di sta tecnulugia. Per tempi d'esposizione elevati (> 100 ms), l'impurtanza di u tempu persu per l'aspetti di muvimentu è di stabilizazione di a scansione di l'area hè ridutta in relazione à u tempu d'esposizione. In tali casi, e camere di scansione di l'area ponu offre tempi di scansione ridutti paragunati à l'imaghjini TDI. Per vede s'è a tecnulugia TDI pò offre vantaghji rispetto à a vostra cunfigurazione attuale,cuntatta ciper una calculatrice di paragone.
Altre applicazioni
Parechje dumande di ricerca richiedenu più infurmazioni chè una sola maghjina, cum'è l'acquisizione d'imagine multicanale o multifocus.
L'imaghjini multicanale in una camera di scansione d'area implica a cattura d'imaghjini utilizendu parechje lunghezze d'onda simultaneamente. Quessi canali currispondenu tipicamente à diverse lunghezze d'onda di luce, cum'è u rossu, u verde è u blu. Ogni canale cattura informazioni specifiche di lunghezza d'onda o spettrali da a scena. A camera combina tandu questi canali per generà una maghjina à culori o multispettrale, furnendu una vista più cumpleta di a scena cù dettagli spettrali distinti. In e camere di scansione d'area, questu hè ottenutu per mezu di esposizioni discrete, tuttavia, cù l'imaghjini TDI, un divisore pò esse adupratu per separà u sensore in più parti. A divisione di un 9kTDI (45 mm) in 3 sensori x 15,0 mm serà sempre più grande di un sensore standard (6,5 µm di larghezza di pixel, 2048 pixel) di larghezza di 13,3 mm. Inoltre, postu chì TDI richiede solu l'illuminazione nantu à a parte di u campione chì hè ripresa, e scansioni ponu esse ciclate più rapidamente.
Un altru duminiu induve questu pò esse u casu hè l'imaghjini multifocali. L'imaghjini multifocali in e camere di scansione d'area implica a cattura di parechje imagine à diverse distanze di focu è a so mischia per creà una imagine cumposta cù tutta a scena in focus nitidu. Affronta distanze variabili in una scena analizendu è cumbinendu regioni in focus da ogni imagine, risultendu in una rapprisentazione più dettagliata di una imagine. Di novu, aduprendu undivisorePer sparte u sensore TDI in dui (22,5 mm), o trè (15,0 mm) pezzi, pò esse pussibule acquistà una maghjina multifocal più rapidamente chè un equivalente di scansione d'area. Per u multifocal d'ordine superiore (z stacks di 6 o più), tuttavia, a scansione d'area hè prubabile di rimanere a tecnica d'imaghjini più rapida.
Cunclusioni
Questa nota tecnica descrive e differenze trà a scansione di zona è a tecnulugia TDI per a scansione di grande area. Fusionendu a scansione di linea è a sensibilità sCMOS, TDI permette di ottene immagini veloci è di alta qualità senza interruzioni, superendu i metudi tradiziunali di scansione di zona cum'è tile & stitch. Valutate i vantaghji di l'usu di a nostra calculatrice in linea, tenendu contu di e diverse ipotesi descritte in questu documentu. TDI si distingue cum'è un strumentu putente per una scansione efficiente cù un grande putenziale per riduce i tempi di scansione sia in e tecniche di scansione standard sia in quelle avanzate.Sè vo vulete vede s'è una camera TDI o una camera di scansione d'area puderia currisponde à a vostra applicazione è migliurà u vostru tempu di cattura, cuntattateci oghje.
