25/08/08In l'imaghjini industriale è scientifica, a cattura d'uggetti in rapidu muvimentu in cundizioni di poca luce presenta una sfida custante. Hè quì chì intervenenu e camere Time Delay Integration (TDI). A tecnulugia TDI combina a sincronizazione di u muvimentu è l'esposizioni multiple per furnisce una sensibilità è una chiarezza d'immagine eccezziunali, in particulare in ambienti à alta velocità.
Chì ghjè una camera TDI?
Una camera TDI hè una camera di scansione lineare specializata chì cattura immagini di oggetti in muvimentu. À u cuntrariu di e camere di scansione d'area standard chì esponenu un quadru interu in una volta, e camere TDI spostanu a carica da una fila di pixel à l'altra in sincronizazione cù u muvimentu di l'ughjettu. Ogni fila di pixel accumula luce mentre u sughjettu si move, aumentendu efficacemente u tempu di esposizione è migliorandu a forza di u signale senza introduce sfocatura di muvimentu.
Questa integrazione di carica aumenta dramaticamente u rapportu segnale-rumore (SNR), rendendu e camere TDI ideali per applicazioni à alta velocità o cù poca luce.
Cumu funziona una camera TDI?
U funziunamentu di una camera TDI hè illustratu in a Figura 1.
Figura 1: Funziunamentu di i sensori d'integrazione di ritardu di tempu (TDI)
NOTA: E camere TDI movenu e cariche acquisite attraversu parechje "stadi" in sincronizazione cù un sughjettu in muvimentu. Ogni tappa offre una chance supplementaria per esse espostu à a luce. Illustratu via una "T" luminosa chì si move attraversu una camera, cù un segmentu di 5 colonne per 5 stadi di un sensore TDI. Tucsen Dhyana 9KTDI cù muvimentu di carica ibridu in stile CCD ma lettura parallela in stile CMOS.
E camere TDI sò in effetti camere à scansione lineare, cù una distinzione impurtante: invece di una fila di pixel chì acquistenu dati mentre e camere sò scansionate nantu à un sughjettu di imaging, e camere TDI anu parechje file, cunnisciute cum'è "stadi", finu à tipicamente 256.
Tuttavia, ste file ùn formanu micca una maghjina bidimensionale cum'è una camera à scansione d'area. Invece, mentre un sughjettu di l'imaghjini scansionatu si move attraversu u sensore di a camera, i fotoelettroni rilevati in ogni pixel si movenu versu a fila successiva in sincronia cù u muvimentu di u sughjettu di l'imaghjini, senza ancu esse letti. Ogni fila supplementaria furnisce tandu una opportunità supplementaria per espone u sughjettu di l'imaghjini à a luce. Solu una volta chì una fetta d'imaghjini ghjunghje à l'ultima fila di pixel di u sensore, quella fila hè passata à l'architettura di lettura per a misurazione.
Cusì, malgradu parechje misurazioni chì si facenu in tutti i stadii di a camera, hè introdutta solu una istanza di rumore di lettura di a camera. Una camera TDI à 256 stadii mantene u campione in vista 256 volte più longu, è dunque hà un tempu di esposizione 256 volte più longu chè a camera di scansione lineare equivalente. Un tempu di esposizione equivalente cù una camera di scansione d'area pruducerebbe una sfocatura di muvimentu estrema, rendendu l'immagine inutile.
Quandu si pò aduprà u TDI?
E camere TDI sò una suluzione eccellente per qualsiasi applicazione d'imaghjini induve u sughjettu di l'imaghjini hè in muvimentu in relazione à a camera, à cundizione chì u muvimentu sia uniforme in tutta a vista di a camera.
L'applicazioni di l'imaghjini TDI includenu dunque, da una parte, tutte quelle di scansione lineare induve si formanu immagini bidimensionali, purtendu à velocità più elevate, una sensibilità à poca luce assai migliorata, una migliore qualità di l'immagine, o tutte e trè à tempu. Da l'altra parte, ci sò parechje tecniche di imaghjini chì utilizanu camere à scansione d'area induve si ponu aduprà camere TDI.
Per sCMOS TDI d'alta sensibilità, l'imaghjini "tile and stitch" in microscopia di fluorescenza biologica pò esse realizata aduprendu una scansione senza interruzzione di u palcuscenicu in locu di a piastrellatura. Oppure tuttu u TDI pò esse adattatu à l'applicazioni d'ispezione. Un'altra applicazione impurtante per u TDI hè a citometria di flussu d'imaghjini, induve l'imaghjini di fluorescenza di e cellule sò acquistate mentre passanu una camera mentre scorrenu attraversu un canale microfluidicu.
Vantaghji è svantaghji di sCMOS TDI
Pro
● Pò catturà imagine bidimensionali di dimensione arbitraria à alta velocità quandu si scansiona un sughjettu d'imaghjini.
● Parechji stadii TDI, bassu rumore è altu QE ponu purtà à una sensibilità assai più alta cà e camere à scansione lineare.
● Si ponu ottene velocità di lettura assai elevate, per esempiu, finu à 510 000 Hz (linee per seconda), per una maghjina di 9 072 pixel di larghezza.
●L'illuminazione deve esse solu unidimensionale è ùn pò micca richiede un campu pianu o altre correzioni in a seconda dimensione (scansionata). Inoltre, i tempi di esposizione più longhi paragunati à a scansione lineare ponu "lisciare" u sfarfalliu per via di e fonti di luce AC.
● L'imagine in muvimentu ponu esse acquistate senza sfocatura di muvimentu è cù alta velocità è sensibilità.
●A scansione di vaste zone pò esse drasticamente più rapida chè e camere di scansione di zona.
● Cù un software avanzatu o cunfigurazioni di trigger, una modalità "simile à una scansione di zona" pò furnisce una panoramica di a scansione di zona per a messa à focu è l'allineamentu.
Inconvénienti
● Rumore sempre più altu cà e camere sCMOS cunvinziunali, ciò chì significa chì l'applicazioni in cundizioni di illuminazione ultra bassa sò fora di portata.
● Richiede cunfigurazioni spezialiste cù attivazione avanzata per sincronizà u muvimentu di u sughjettu di l'imaghjini cù a scansione di a camera, un cuntrollu assai precisu di a velocità di u muvimentu, o una previsione precisa di a velocità per permette a sincronizazione.
● Cum'è una nova tecnulugia, esistenu attualmente poche suluzioni per l'implementazione di hardware è software.
TDI sCMOS capace di poca luce
Mentre chì a TDI cum'è tecnica d'imaghjini hè precedente à l'imaghjini digitale, è hà dapoi assai tempu superatu a scansione lineare in termini di prestazioni, solu in l'ultimi anni e camere TDI anu acquistatu a sensibilità necessaria per ghjunghje à l'applicazioni in poca luce chì nurmalmente richiederebbenu a sensibilità di tecniche di qualità scientifica.camere sCMOS.
'sCMOS TDI' combina u muvimentu di carica di stile CCD attraversu u sensore cù a lettura di stile sCMOS, cù sensori retroilluminati dispunibili. E camere TDI precedenti basate nantu à CCD o puramente basate nantu à CMOS* avianu una lettura drasticamente più lenta, un numeru di pixel più chjucu, menu stadii è un rumore di lettura trà 30e- è >100e-. In cuntrastu, sCMOS TDI cum'è u TucsenCamera Dhyana 9KTDI sCMOSOffre un rumore di lettura di 7,2e-, cumminatu cù una maggiore efficienza quantica per via di a retroilluminazione, chì permette l'usu di TDI in applicazioni cù livelli di luce significativamente più bassi di quelli pussibuli prima.
In parechje applicazioni, i tempi di esposizione più longhi permessi da u prucessu TDI ponu più chè cumpensà l'aumentu di u rumore di lettura paragunatu à e camere sCMOS di scansione d'area di alta qualità cù un rumore di lettura vicinu à 1e-.
Applicazioni cumuni di e camere TDI
E camere TDI si trovanu in parechje industrie induve a precisione è a velocità sò ugualmente critiche:
● Ispezione di wafer di semiconduttori
● Test di schermu pianu (FPD)
● Ispezione web (carta, film, foglia d'aluminiu, tessili)
● Scansione à raggi X in diagnostica medica o screening di bagagli
● Scansione di vetrini è piastre multi-pozzetti in patologia digitale
● Imaging iperspettrale in teledetezione o agricultura
● Ispezione di PCB è elettronica in linee SMT
Queste applicazioni beneficianu di u cuntrastu, a velocità è a chiarezza migliorati chì l'imaghjini TDI furniscenu sottu à i vincoli di u mondu reale.
Esempiu: Scansione di vetrini è piastre multi-pozzetti
Cum'è digià mintuvatu, una applicazione significativamente prumittente per e camere sCMOS TDI hè l'applicazioni di cucitura, cumprese a scansione di diapositive o piastre multi-pozzetto. A scansione di grandi campioni di microscopia fluorescente o à campu chjaru cù camere à area bidimensionale si basa nantu à a cucitura di una griglia d'imagine furmata da parechji movimenti di un tavulinu di microscopia XY. Ogni imagine richiede chì u tavulinu si fermi, si stabilizzi è poi si riavvii, inseme cù qualsiasi ritardu di l'otturatore rotante. U TDI, invece, pò acquistà imagine mentre u tavulinu hè in muvimentu. L'imagine hè tandu furmata da un picculu numeru di lunghe "strisce", ognuna di e quali copre tutta a larghezza di u campione. Questu pò potenzialmente purtà à velocità d'acquisizione è à un rendimentu di dati drasticamente più elevati in tutte l'applicazioni di cucitura, secondu e cundizioni d'imaghjini.
A velocità à a quale u palcuscenicu pò spustassi hè inversamente proporzionale à u tempu tutale di esposizione di a camera TDI, dunque i tempi di esposizione brevi (1-20 ms) offrenu u più grande miglioramentu in a velocità di imaging paragunatu à e camere di scansione d'area, chì ponu tandu purtà à un ordine di grandezza o una riduzione più grande di u tempu tutale di acquisizione. Per tempi di esposizione più longhi (per esempiu > 100 ms), a scansione d'area pò di solitu mantene un vantaghju di tempu.
Un esempiu di una maghjina di microscopia di fluorescenza assai grande (2 Gigapixel) furmata in solu dece secondi hè mostratu in a Figura 2. Una maghjina equivalente furmata cù una camera di scansione d'area puderia piglià finu à parechji minuti.
Figura 2: Imagine di 2 Gigapixel furmata in 10 secondi per via di a scansione è a cucitura TDI
NOTA: Imagine cù ingrandimentu 10x acquistata cù u Tucsen Dhyana 9kTDI di punti di penna evidenziatrice osservati cù microscopia à fluorescenza. Acquisita in 10 secondi cù un tempu di esposizione di 3,6 ms. Dimensioni di l'imagine: 30 mm x 17 mm, 58.000 x 34.160 pixel.
Sincronizazione di TDI
A sincronizazione di una camera TDI cù u sughjettu di l'imaghjini (à pochi per centu) hè essenziale - a discrepanza di velocità porterà à un effettu di "sfocatura di muvimentu". Questa sincronizazione pò esse fatta in dui modi:
PredittivuA velocità di a camera hè impostata per currisponde à a velocità di muvimentu basatu annantu à a cunniscenza di a velocità di muvimentu di u campione, l'ottica (ingrandimentu) è a dimensione di i pixel di a camera. O per prova è errore.
AttivatuParechji tavulini di microscopiu, gantry è altri equipaghji per spustà i sughjetti di imaging ponu include encoder chì mandanu un impulsu di trigger à a camera per una distanza di muvimentu data. Questu permette à u tavulinu / gantry è à a camera di stà sincronizati indipendentemente da a velocità di muvimentu.
Telecamere TDI vs. Telecamere à scansione lineare è à scansione d'area
Eccu cumu si compara u TDI à altre tecnulugie d'imaghjini populari:
| Funziunalità | Camera TDI | Camera di scansione lineare | Camera di scansione di zona |
| Sensibilità | Assai altu | Mediu | Bassu à Mediu |
| Qualità di l'imagine (muvimentu) | Eccellente | Bene | Sfocatu à alta velocità |
| Requisiti di illuminazione | Bassu | Mediu | Altu |
| Compatibilità di u muvimentu | Eccellente (s'ellu hè sincronizatu) | Bene | Poveru |
| U megliu per | Alta velocità, poca luce | Oggetti in muvimentu rapidu | Scene statiche o lente |
A TDI hè a scelta chjara quandu a scena si move rapidamente è i livelli di luce sò limitati. A scansione lineare hè un passu in giù in a sensibilità, mentre chì a scansione di zona hè megliu per cunfigurazioni simplici o stazionarie.
Sceglie a Camera TDI Ghjusta
Quandu sceglite una camera TDI, cunsiderate i seguenti punti:
● Numeru di tappe TDI: Più tappe aumentanu u SNR, ma ancu u costu è a cumplessità.
● Tipu di sensore: sCMOS hè preferitu per a so velocità è u so bassu rumore; CCD pò ancu esse adattatu per certi sistemi legacy.
● Interfaccia: Assicuratevi a cumpatibilità cù u vostru sistema - Camera Link, CoaXPress è 10GigE sò opzioni cumuni, 100G CoF è 40G CoF sò emersi cum'è nuove tendenze.
● Risposta spettrale: Sceglite trà monocromu, culore o infrarossu vicinu (NIR) secondu i bisogni di l'applicazione.
● Opzioni di sincronizazione: Cercate funzioni cum'è ingressi di encoder o supportu di trigger esternu per un megliu allineamentu di u muvimentu.
Sè a vostra applicazione implica campioni biologichi delicati, ispezioni à alta velocità o ambienti cù poca luce, sCMOS TDI hè probabilmente a soluzione ideale.
Cunclusione
E camere TDI rapprisentanu una putente evoluzione in a tecnulugia di l'imaghjini, in particulare quandu sò custruite nantu à sensori sCMOS. Cumbinendu a sincronizazione di u muvimentu cù l'integrazione multilinea, offrenu una sensibilità è una chiarezza senza paragone per scene dinamiche è cù poca luce.
Ch'ella sia una ispezionazione di wafer, una scansione di diapositive o una ispezione à alta velocità, capisce u funziunamentu di u TDI pò aiutà à sceglie a megliu suluzione trà...camere scientificheper e vostre sfide d'imaghjini.
FAQ
E camere TDI ponu funziunà in modu di scansione di zona?
E camere TDI ponu creà imagine bidimensionali (moltu fini) in un modu "simile à una scansione di area", ottenutu per mezu di un truccu di timing di sensore. Questu pò esse utile per compiti cum'è a messa à focu è l'allineamentu.
Per principià una "esposizione di scansione di zona", u sensore hè prima "svuotatu" avanzendu u TDI almenu tanti passi quanti ne hà a camera, u più prestu pussibule, poi fermendusi. Questu hè ottenutu sia per mezu di u cuntrollu di u software, sia per mezu di l'attivazione di l'hardware, è hè idealmente realizatu in u bughju. Per esempiu, una camera di 256 stadi deve leghje almenu 256 linee, poi fermà si. Queste 256 linee di dati sò scartate.
Mentre a camera ùn hè micca attivata o e linee ùn sò micca lette, u sensore si cumporta cum'è un sensore di scansione d'area chì espone una maghjina.
U tempu di esposizione desideratu deve tandu passà cù a camera inattiva, prima di fà avanzà di novu a camera almenu di u so numeru di tappe, leghjendu ogni linea di l'imagine appena acquistata. Ancu una volta, idealmente sta fase di "lettura" deve accade in u bughju.
Sta tecnica pò esse ripetuta per furnisce una "anteprima in diretta" o una sequenza d'imagine di scansione di zona cù una distorsione è sfocatura minime da l'operazione TDI.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Tutti i diritti riservati. Quandu citate, per piacè ricunnoscite a fonte:www.tucsen.com
