23/10/10Mae oedi amser ac integreiddio (TDI) yn ddull o gipio delweddau sy'n seiliedig ar egwyddor sganio llinell, lle mae cyfres o ddelweddau un dimensiwn yn cael eu cipio i gynhyrchu delwedd trwy amseru symudiad y sampl a chipio sleisen delwedd trwy sbarduno. Er bod y dechnoleg hon wedi bod o gwmpas ers degawdau, mae fel arfer wedi'i chysylltu â chymwysiadau sensitifrwydd isel, fel archwilio gwe.
Mae cenhedlaeth newydd o gamerâu wedi cyfuno sensitifrwydd sCMOS â chyflymder TDI i gynnig cipio delweddau o'r un ansawdd â sgan ardal ond gyda'r potensial ar gyfer trwybwn cyflymach o orchmynion maint. Mae hyn yn arbennig o amlwg mewn sefyllfaoedd lle mae angen delweddu samplau mawr mewn amodau golau isel. Yn y nodyn technegol hwn, rydym yn amlinellu sut mae sganio TDI yn gweithio, ac yn cymharu'r amser cipio delweddau â thechneg sganio ardal fawr gymharol, delweddu teils a phwyth.
O sganio llinell i TDI
Mae delweddu sgan llinell yn dechneg delweddu sy'n defnyddio un llinell o bicseli (a elwir yn golofn, neu lwyfan) i gymryd sleisen o ddelwedd tra bod sampl yn symud. Gan ddefnyddio mecanweithiau sbarduno trydanol, cymerir un 'sleisen' o ddelwedd wrth i'r sampl basio'r synhwyrydd. Drwy raddio cyfradd sbarduno'r camera i ddal y ddelwedd yn unol â symudiad y sampl a defnyddio cipio fframiau i ddal y delweddau hyn, gellir eu pwytho at ei gilydd i ail-greu'r ddelwedd.
Mae delweddu TDI yn adeiladu ar yr egwyddor hon o gipio delweddau o sampl, fodd bynnag, yn defnyddio sawl cam i gynyddu nifer y ffotoelectronau a gipiwyd. Wrth i'r sampl basio pob cam, mae mwy o wybodaeth yn cael ei chasglu a'i hychwanegu at y ffotoelectronau presennol a gipiwyd gan gamau cynharach ac a gymysgwyd mewn proses debyg i ddyfeisiau CCD. Wrth i'r sampl basio dros y cam olaf, anfonir y ffotoelectronau a gasglwyd i ddarllenydd, a defnyddir y signal integredig ar draws yr ystod i gynhyrchu sleisen ddelwedd. Yn Ffigur 1, dangosir cipio delwedd ar ddyfais gyda phum colofn TDI (camau).
Ffigur 1: enghraifft animeiddiedig o gipio delwedd gan ddefnyddio technoleg TDI. Mae sampl (T glas) yn cael ei basio dros ddyfais cipio delwedd TDI (colofn o 5 picsel, 5 cam TDI), ac mae ffotoelectronau'n cael eu cipio ym mhob cam ac yn cael eu hychwanegu at lefel y signal. Mae darlleniad yn trosi hyn yn ddelwedd ddigidol.
1a: Cyflwynir y ddelwedd (T glas) i'r llwyfan; mae'r T yn symud fel y dangosir ar y ddyfais.
1b: Wrth i'r T basio'r cam cyntaf, mae'r camera TDI yn cael ei sbarduno i dderbyn ffotoelectronau sy'n cael eu dal gan y picseli wrth iddynt daro'r cam cyntaf ar y synhwyrydd TDI. Mae gan bob colofn gyfres o bicseli sy'n dal ffotoelectronau yn unigol.
1c: Mae'r ffotoelectronau sydd wedi'u dal yn cael eu symud i'r ail gam, lle mae pob colofn yn gwthio ei lefel signal i'r cam nesaf.
1d: Ynghyd â symudiad y sampl o bellter un picsel, mae ail set o ffotoelectronau yn cael eu dal ar gam dau, ac yn cael eu hychwanegu at y rhai a ddaliwyd yn flaenorol, gan gynyddu'r signal. Yng ngham 1, mae set newydd o ffotoelectronau yn cael eu dal, sy'n cyfateb i'r sleisen nesaf o ddal delwedd.
1e: Mae'r prosesau cipio delweddau a ddisgrifir yng ngham 1d yn cael eu hailadrodd wrth i'r ddelwedd symud heibio i'r synhwyrydd. Mae hyn yn adeiladu signal o ffotoelectronau o'r camau. Mae'r signal yn cael ei basio i ddarllenydd, sy'n trosi'r signal ffotoelectron yn ddarllenydd digidol.
1f: Mae'r darlleniad digidol yn cael ei arddangos fel delwedd colofn wrth golofn. Mae hyn yn caniatáu ail-greu delwedd yn ddigidol.
Gan fod y ddyfais TDI yn gallu pasio ffotoelectronau o un cam i'r llall ar yr un pryd, a chipio ffotoelectronau newydd o'r cam cyntaf tra bod y sampl yn symud, gall y ddelwedd fod yn ddiddiwedd yn effeithiol o ran nifer y rhesi a gipiwyd. Gall y cyfraddau sbarduno, sy'n pennu nifer y troeon y mae cipio delwedd (ffig 1a) yn digwydd, fod tua channoedd o kHz.
Yn enghraifft Ffigur 2, cafodd sleid microsgop 29 x 17 mm ei dal mewn 10.1 eiliad gan ddefnyddio camera TDI picsel 5 µm. Hyd yn oed ar lefelau chwyddo sylweddol, mae'r lefel o aneglurder yn fach iawn. Mae hyn yn cynrychioli datblygiad enfawr ar genedlaethau blaenorol y dechnoleg hon.
Am fwy o fanylion, mae Tabl 1 yn dangos amser delweddu cynrychioliadol ar gyfer cyfres o feintiau sampl cyffredin ar chwyddo 10, 20, a 40 x.
Ffigur 2: Delwedd o sampl fflwroleuol a gipiwyd gan ddefnyddio Tucsen 9kTDI. Amlygiad 10 ms, amser cipio 10.1 eiliad.
Tabl 1: Matrics o amser cipio meintiau sampl amrywiol (eiliadau) gan ddefnyddio camera Tucsen 9kTDI ar lwyfan modur cyfres Zaber MVR ar 10, 20, a 40 x am amser amlygiad o 1 a 10 ms.
Delweddu sgan ardal
Mae delweddu sgan ardal mewn camerâu sCMOS yn cynnwys cipio delwedd gyfan ar yr un pryd gan ddefnyddio arae 2-ddimensiwn o bicseli. Mae pob picsel yn cipio golau, gan ei drosi'n signalau trydanol ar gyfer prosesu ar unwaith a ffurfio delwedd gyflawn gyda datrysiad a chyflymder uchel. Mae maint delwedd y gellir ei chipio mewn un amlygiad yn cael ei lywodraethu gan faint y picsel, y chwyddiad, a nifer y picseli mewn arae, fesul (1)
Ar gyfer arae safonol, rhoddir y maes golygfa gan (2)
Mewn achosion lle mae sampl yn rhy fawr ar gyfer maes golygfa camera, gellir llunio delwedd trwy wahanu'r ddelwedd yn grid o ddelweddau o faint y maes golygfa. Mae cipio'r delweddau hyn yn dilyn patrwm, lle bydd y llwyfan yn symud i safle ar y grid, bydd y llwyfan yn setlo, ac yna bydd y ddelwedd yn cipio. Mewn camerâu caead rholio, mae amser aros ychwanegol tra bod y caead yn cylchdroi. Gellir cipio'r delweddau hyn trwy symud safle'r camera a'u pwytho at ei gilydd. Mae Ffigur 3 yn dangos delwedd fawr o gell ddynol o dan ficrosgopeg fflwroleuol a ffurfiwyd trwy wnïo 16 o ddelweddau llai at ei gilydd.
Ffigur 3: Sleid o gell ddynol yn cael ei dal gan gamera sganio ardal gan ddefnyddio delweddu teils a phwythau.
Yn gyffredinol, bydd datrys mwy o fanylion yn gofyn am gynhyrchu a phwytho mwy o ddelweddau at ei gilydd yn y ffordd hon. Un ateb i hyn yw defnyddiosganio camera fformat mawr, sydd â synwyryddion mawr gyda chyfrif picsel uchel, ar y cyd ag opteg arbenigol, sy'n caniatáu i fwy o fanylion gael eu dal.
Cymhariaeth rhwng TDI a sganio ardal (Teilsio a Phwytho)
Ar gyfer sganio samplau arwynebedd mawr, mae sganio Teilsio a Phwytho a TDI yn atebion priodol, fodd bynnag, trwy ddewis y dull gorau, mae'n bosibl lleihau'r amser sydd ei angen i sganio sampl yn sylweddol. Mae'r arbediad amser hwn yn cael ei gynhyrchu gan allu sganio TDI i ddal sampl symudol; gan ddileu'r oedi sy'n gysylltiedig â setlo llwyfan ac amseru caead rholio sy'n gysylltiedig â delweddu teilsio a phwytho.
Mae Ffigur 4 yn cymharu'r stopiau (gwyrdd) a'r symudiadau (llinellau du) sydd eu hangen i ddal delwedd o gell ddynol mewn sganio teils a phwyth (chwith), a TDI (dde). Drwy ddileu'r angen i stopio ac ail-alinio'r ddelwedd mewn delweddu TDI, mae'n bosibl lleihau amser delweddu'n sylweddol, ar yr amod bod yr amser amlygiad yn isel <100 ms.
Mae Tabl 2 yn dangos enghraifft ymarferol o sganio rhwng TDI 9k a chamera sCMOS safonol.
Ffigur 4: Motiff sganio o gipio cell ddynol o dan fflwroleuedd yn dangos teils a phwyth (chwith) a delweddu TDI (dde).
Tabl 2: Cymhariaeth o sgan arwynebedd a delweddu TDI ar gyfer sampl 15 x 15 mm gyda lens amcan 10x ac amser amlygiad o 10 ms.
Er bod TDI yn cynnig potensial gwych ar gyfer cynyddu cyflymder cipio delweddau, mae yna wahaniaethau i'r defnydd o'r dechnoleg hon. Ar gyfer amseroedd amlygiad hir (>100 ms), mae arwyddocâd yr amser a gollir i agweddau symud a setlo sgan ardal yn cael ei leihau o'i gymharu ag amser amlygiad. Mewn achosion o'r fath, gall camerâu sgan ardal gynnig amseroedd sganio llai o'i gymharu â delweddu TDI. I weld a all technoleg TDI gynnig manteision i chi dros eich gosodiad presennol,cysylltwch â niar gyfer cyfrifiannell gymharu.
Cymwysiadau eraill
Mae llawer o gwestiynau ymchwil yn gofyn am fwy o wybodaeth nag un ddelwedd, fel caffael delweddau amlsianel neu amlffocws.
Mae delweddu amlsianel mewn camera sgan ardal yn cynnwys cipio delweddau gan ddefnyddio tonfeddi lluosog ar yr un pryd. Mae'r sianeli hyn fel arfer yn cyfateb i donfeddi gwahanol o olau, fel coch, gwyrdd a glas. Mae pob sianel yn cipio gwybodaeth benodol am donfedd neu sbectrol o'r olygfa. Yna mae'r camera'n cyfuno'r sianeli hyn i gynhyrchu delwedd lliw llawn neu amlsbectrol, gan ddarparu golygfa fwy cynhwysfawr o'r olygfa gyda manylion sbectrol penodol. Mewn camerâu sgan ardal, cyflawnir hyn trwy amlygiadau arwahanol, fodd bynnag, gyda delweddu TDI, gellir defnyddio holltwr i wahanu'r synhwyrydd yn rhannau lluosog. Bydd rhannu 9kTDI (45 mm) yn synwyryddion 3 x 15.0 mm yn dal i fod yn fwy na lled synhwyrydd safonol (lled picsel 6.5 µm, 2048 picsel) o 13.3 mm. Ar ben hynny, gan mai dim ond goleuo ar y rhan o'r sampl sy'n cael ei delweddu sydd ei angen ar TDI, gellir cylchdroi'r sganiau'n gyflymach.
Maes arall lle gallai hyn fod yn wir yw mewn delweddu aml-ffocws. Mae camerâu sganio mewn ardal delweddu aml-ffocws yn cynnwys cipio delweddau lluosog ar bellteroedd ffocws gwahanol a'u cyfuno i greu delwedd gyfansawdd gyda'r olygfa gyfan mewn ffocws miniog. Mae'n mynd i'r afael â phellteroedd amrywiol mewn golygfa trwy ddadansoddi a chyfuno rhanbarthau mewn ffocws o bob delwedd, gan arwain at gynrychiolaeth fwy manwl o ddelwedd. Unwaith eto, trwy ddefnyddioholltwri rannu'r synhwyrydd TDI yn ddau ddarn (22.5 mm), neu dri darn (15.0 mm), efallai y bydd modd cael delwedd aml-ffocws yn gyflymach na delwedd sgan ardal gyfwerth. Ar gyfer aml-ffocws uwch (pentyrrau z o 6 neu fwy) fodd bynnag, mae'n debyg mai sgan ardal fydd y dechneg delweddu gyflymaf o hyd.
Casgliadau
Mae'r nodyn technegol hwn yn amlinellu'r gwahaniaethau rhwng sganio ardal a thechnoleg TDI ar gyfer sganio ardal fawr. Drwy uno sganio llinell a sensitifrwydd sCMOS, mae TDI yn cyflawni delweddu cyflym o ansawdd uchel heb ymyrraeth, gan ragori ar ddulliau sganio ardal traddodiadol fel teils a phwyth. Aseswch fanteision defnyddio ein cyfrifiannell ar-lein, gan ystyried amrywiol dybiaethau a amlinellir yn y ddogfen hon. Mae TDI yn arf pwerus ar gyfer delweddu effeithlon gyda photensial mawr i leihau amseroedd delweddu mewn technegau delweddu safonol ac uwch.Os hoffech weld a allai camera TDI neu gamera sganio ardal gyd-fynd â'ch cais a gwella'ch amser cipio, cysylltwch â ni heddiw.
