22/07/13Mae Integreiddio Oedi Amser (TDI) yn dechneg delweddu sy'n hŷn na delweddu digidol - ond sy'n dal i ddarparu manteision aruthrol ar flaen y gad o ran delweddu heddiw. Mae dau amgylchiad lle gall camerâu TDI ddisgleirio - y ddau pan fydd y gwrthrych delweddu yn symud:
1 – Mae'r gwrthrych delweddu yn ei hanfod mewn symudiad â chyflymder cyson, fel mewn archwiliad gwe (megis sganio dalennau symudol o bapur, plastig neu ffabrig am ddiffygion a difrod), llinellau cydosod, neu ficro-hylifyddiaeth a llifau hylif.
2 – Delweddu pynciau statig y gellid eu delweddu gan gamera a symudir o ardal i ardal, naill ai trwy symud y pwnc neu'r camera. Mae enghreifftiau'n cynnwys sganio sleidiau microsgop, archwilio deunyddiau, archwilio panel fflat ac ati.
Os gallai unrhyw un o'r amgylchiadau hyn fod yn berthnasol i'ch delweddu, bydd y dudalen we hon yn eich helpu i ystyried a allai newid o gamerâu 'sgan ardal' 2 ddimensiwn confensiynol i gamerâu Sgan Llinell TDI roi hwb i'ch delweddu.
Y broblem gyda Sganio Ardal a Thargedau Symud
● Symudiad yn Aneglur
Mae rhai pynciau delweddu mewn symudiad o reidrwydd, er enghraifft wrth archwilio llif hylif neu we. Mewn cymwysiadau eraill, fel sganio sleidiau ac archwilio deunyddiau, gall cadw'r pwnc mewn symudiad fod yn llawer cyflymach ac yn fwy effeithlon na stopio symudiad ar gyfer pob delwedd a gafwyd. Fodd bynnag, ar gyfer camerâu sganio ardal, os yw'r pwnc delweddu mewn symudiad o'i gymharu â'r camera, gall hyn gyflwyno her.
Aneglurder symudiad yn ystumio delwedd o gerbyd symudol
Mewn sefyllfaoedd gyda goleuo cyfyngedig neu lle mae angen ansawdd delwedd uchel, efallai y byddai amser amlygiad hir ar y camera yn ddymunol. Fodd bynnag, bydd symudiad y pwnc yn lledaenu ei olau dros nifer o bicseli camera yn ystod yr amlygiad, gan arwain at 'aneglurder symudiad'. Gellir lleihau hyn trwy gadw amlygiadau'n fyr iawn – o dan yr amser y byddai'n ei gymryd i bwynt ar y pwnc groesi picsel camera. Dyma'runfel arfer ar draul delweddau tywyll, swnllyd, sy'n aml yn anddefnyddiadwy.
●Gwnïo
Yn ogystal, mae delweddu pynciau delweddu mawr neu barhaus gyda chamerâu sgan arwynebedd fel arfer yn gofyn am gaffael delweddau lluosog, sydd wedyn yn cael eu gwnïo at ei gilydd. Mae'r gwnïo hwn yn gofyn am bicseli sy'n gorgyffwrdd rhwng delweddau cyfagos, gan leihau effeithlonrwydd a chynyddu gofynion storio a phrosesu data.
●Goleuo anwastad
Yn fwy na hynny, anaml y bydd y goleuo'n ddigon cyfartal i osgoi problemau ac arteffactau ar y ffiniau rhwng delweddau wedi'u pwytho. Hefyd, er mwyn darparu goleuo dros ardal ddigon mawr ar gyfer y camera sganio ardal gyda dwyster digonol, mae'n aml yn gofyn am ddefnyddio ffynonellau golau DC pŵer uchel a chost uchel.
Goleuo anwastad wrth wnïo caffaeliad aml-delwedd o ymennydd llygoden. Delwedd o Watson et al. 2017: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0180486
Beth yw camera TDI, a sut mae'n helpu?
Mewn camerâu sganio ardal 2-ddimensiwn confensiynol, mae tair cyfnod i gael delwedd: ailosod picsel, amlygiad, a darllen allan. Yn ystod yr amlygiad, canfyddir ffotonau o'r olygfa, gan arwain at ffotoelectronau, sy'n cael eu storio ym mhicseli'r camera tan ddiwedd yr amlygiad. Yna darllenir y gwerthoedd o bob picsel allan, a ffurfir delwedd 2D. Yna ailosodir y picseli a chlirir yr holl wefrau i ddechrau'r amlygiad nesaf.
Fodd bynnag, fel y soniwyd, os yw'r gwrthrych sy'n cael ei ddelweddu yn symud o'i gymharu â'r camera, gall golau'r gwrthrych ledaenu dros nifer o bicseli yn ystod yr amlygiad hwn, gan arwain at aneglurder symudiad. Mae camerâu TDI yn goresgyn y cyfyngiad hwn gan ddefnyddio techneg arloesol. Dangosir hyn yn [Animeiddio 1].
●Sut mae Camerâu TDI yn Gweithio
Mae camerâu TDI yn gweithredu mewn ffordd hollol wahanol i gamerâu sganio ardal. Wrth i'r gwrthrych delweddu symud ar draws y camera yn ystod yr amlygiad, mae'r gwefrau electronig sy'n ffurfio'r ddelwedd a gafwyd yn cael eu symud hefyd, gan aros mewn cydamseriad. Yn ystod yr amlygiad, mae camerâu TDI yn gallu cymysgu'r holl wefrau a gafwyd o un rhes o bicseli i'r nesaf, ar hyd y camera, wedi'u cydamseru â symudiad y gwrthrych delweddu. Wrth i'r gwrthrych symud ar draws y camera, mae pob rhes (a elwir yn 'Gam TDI') yn rhoi cyfle newydd i amlygu'r camera i'r gwrthrych, a chronni signal.
Unwaith y bydd rhes o wefrau a gafwyd yn cyrraedd pen y camera, dim ond wedyn y caiff y gwerthoedd eu darllen allan a'u storio fel sleisen 1 dimensiwn o'r ddelwedd. Mae'r ddelwedd 2 dimensiwn yn cael ei ffurfio trwy lynu pob sleisen olynol o'r ddelwedd at ei gilydd wrth i'r camera eu darllen. Mae pob rhes o bicseli yn y ddelwedd sy'n deillio o hyn yn olrhain ac yn delweddu'r un 'sleisen' o'r gwrthrych delweddu, sy'n golygu, er gwaethaf y symudiad, nad oes unrhyw aneglurder.
●Amlygiad 256x Hirach
Gyda chamerâu TDI, rhoddir amser amlygiad effeithiol y ddelwedd gan yr amser cyfan y mae'n ei gymryd i bwynt ar y pwnc groesi pob rhes o bicseli, gyda hyd at 256 o gamau ar gael ar rai camerâu TDI. Mae hyn yn golygu bod yr amser amlygiad sydd ar gael yn effeithiol 256 gwaith yn fwy nag y gallai camera sganio ardal ei gyflawni.
Gall hyn ddarparu un o ddau welliant, neu gydbwysedd o'r ddau. Yn gyntaf, gellir cyflawni hwb sylweddol yng nghyflymder delweddu. O'i gymharu â chamera sganio ardal, gall y gwrthrych delweddu symud hyd at 256 gwaith yn gyflymach wrth ddal yr un faint o signal, ar yr amod bod cyfradd llinell y camera yn ddigon cyflym i gadw i fyny.
Ar y llaw arall, os oes angen mwy o sensitifrwydd, gallai'r amser amlygiad hirach alluogi delweddau o ansawdd llawer uwch, dwyster goleuo is, neu'r ddau.
●Trwybwn data mawr heb bwytho
Gan fod y camera TDI yn cynhyrchu delwedd 2-ddimensiwn o sleisys 1-dimensiwn olynol, gall y ddelwedd sy'n deillio o hyn fod mor fawr ag sydd ei angen. Er bod nifer y picseli yn y cyfeiriad 'llorweddol' yn cael ei roi gan led y camera, er enghraifft 9072 picsel, mae maint 'fertigol' y ddelwedd yn ddiderfyn, ac yn cael ei bennu'n syml gan ba mor hir y mae'r camera yn rhedeg. Gyda chyfraddau llinell hyd at 510kHz, gall hyn ddarparu trwybwn data enfawr.
Ynghyd â hyn, gall camerâu TDI gynnig meysydd golygfa eang iawn. Er enghraifft, mae camera 9072 picsel gyda picseli 5µm yn darparu maes golygfa llorweddol o 45mm gyda datrysiad uchel. I gyflawni'r un lled delweddu gyda chamera sganio arwynebedd picsel 5µm, byddai angen hyd at dair camera 4K ochr yn ochr.
●Gwelliannau dros gamerâu sgan llinell
Nid dim ond gwelliannau y mae camerâu TDI yn eu cynnig dros gamerâu sganio ardal. Mae camerâu sganio llinell, sy'n dal un llinell o bicseli yn unig, hefyd yn dioddef o lawer o'r un problemau gyda dwyster goleuo ac amlygiadau byr â chamerâu sganio ardal.
Er, fel camerâu TDI, bod camerâu sgan llinell yn cynnig goleuo mwy cyfartal gyda gosodiad symlach, ac yn osgoi'r angen am wnïo delweddau, gallant yn aml fod angen goleuo dwys iawn a/neu symudiad pwnc araf i ddal digon o signal ar gyfer delwedd o ansawdd uchel. Mae'r amlygiadau hirach a'r cyflymder pwnc cyflymach y mae camerâu TDI yn eu galluogi yn golygu y gellir defnyddio goleuadau dwyster is, cost is wrth wella effeithlonrwydd delweddu. Er enghraifft, efallai y bydd llinell gynhyrchu yn gallu symud o oleuadau halogen cost uchel, defnydd pŵer uchel sydd angen pŵer DC, i oleuadau LED.
Sut mae camerâu TDI yn gweithio?
Mae tri safon gyffredin ar gyfer sut i gyflawni delweddu TDI ar synhwyrydd camera.
● CCD TDI– Camerâu CCD yw'r math hynaf o gamerâu digidol. Oherwydd eu dyluniad electronig, mae cyflawni ymddygiad TDI ar CCD yn gymharol syml iawn, gyda llawer o synwyryddion camera yn gallu gweithredu yn y ffordd hon yn gynhenid. Felly mae CCDs TDI wedi bod mewn defnydd ers degawdau.
Fodd bynnag, mae gan dechnoleg CCD ei chyfyngiadau. Y maint picsel lleiaf sydd ar gael yn gyffredin ar gyfer camerâu CCD TDI yw tua 12µm x 12µm – mae hyn, ynghyd â chyfrif picsel bach, yn cyfyngu ar alluoedd y camerâu i ddatrys manylion mân. Yn fwy na hynny, mae cyflymder caffael yn is nag mewn technolegau eraill, tra bod sŵn darllen – ffactor cyfyngu mawr mewn delweddu golau isel – yn uchel. Mae'r defnydd o bŵer hefyd yn uchel, sy'n ffactor mawr mewn rhai cymwysiadau. Arweiniodd hyn at yr awydd i greu camerâu TDI yn seiliedig ar bensaernïaeth CMOS.
●TDI CMOS Cynnar: Parth foltedd a chrynodeb digidol
Mae camerâu CMOS yn goresgyn llawer o gyfyngiadau sŵn a chyflymder camerâu CCD, gan ddefnyddio llai o bŵer, a chynnig meintiau picsel llai. Fodd bynnag, roedd ymddygiad TDI yn llawer anoddach i'w gyflawni ar gamerâu CMOS, oherwydd eu dyluniad picsel. Er bod CCDs yn symud ffotoelectronau o gwmpas yn gorfforol o bicsel i bicsel i reoli'r synhwyrydd, mae camerâu CMOS yn trosi signalau mewn ffotoelectronau i folteddau ym mhob picsel cyn eu darllen allan.
Mae ymddygiad TDI ar synhwyrydd CMOS wedi cael ei archwilio ers 2001, fodd bynnag, roedd yr her o ran sut i ymdrin â 'chronni' signal wrth i'r amlygiad symud o un rhes i'r llall yn sylweddol. Dau ddull cynnar ar gyfer CMOS TDI sy'n dal i gael eu defnyddio mewn camerâu masnachol heddiw yw cronni parth foltedd a CMOS TDI crynhoi digidol. Mewn camerâu cronni parth foltedd, wrth i bob rhes o signal gael ei chaffael wrth i'r gwrthrych delweddu symud heibio, mae'r foltedd a gaffaelir yn cael ei ychwanegu'n electronig at y cyfanswm a gaffaelir ar gyfer y rhan honno o'r ddelwedd. Mae cronni folteddau yn y modd hwn yn cyflwyno sŵn ychwanegol ar gyfer pob cam TDI ychwanegol sy'n cael ei ychwanegu, gan gyfyngu ar fanteision camau ychwanegol. Mae problemau gyda llinoledd hefyd yn herio defnyddio'r camerâu hyn ar gyfer cymwysiadau manwl gywir.
Yr ail ddull yw crynhoi digidol TDI. Yn y dull hwn, mae camera CMOS yn rhedeg yn effeithiol mewn modd sganio ardal gydag amlygiad byr iawn sy'n cyfateb i'r amser a gymerir i'r gwrthrych delweddu symud ar draws un rhes o bicseli. Ond, mae'r rhesi o bob ffrâm olynol yn cael eu hadio at ei gilydd yn ddigidol yn y fath fodd fel bod effaith TDI yn cael ei chyflwyno. Gan fod yn rhaid darllen y camera cyfan allan ar gyfer pob rhes o bicseli yn y ddelwedd sy'n deillio o hyn, mae'r adio digidol hwn hefyd yn ychwanegu'r sŵn darllen ar gyfer pob rhes, ac yn cyfyngu ar gyflymder y caffaeliad.
●Y safon fodern: CMOS TDI parth-gwefr, neu TDI CCD-ar-CMOS
Mae cyfyngiadau CMOS TDI uchod wedi cael eu goresgyn yn ddiweddar trwy gyflwyno CMOS TDI cronni parth-gwefr, a elwir hefyd yn CCD-ar-CMOS TDI. Dangosir gweithrediad y synwyryddion hyn yn [Animeiddio 1]. Fel mae'r enw'n awgrymu, mae'r synwyryddion hyn yn cynnig symudiad tebyg i CCD o wefrau o un picsel i'r llall, gan gronni signal ym mhob cam TDI trwy ychwanegu ffotoelectronau ar lefel gwefrau unigol. Mae hyn yn ddi-sŵn i bob pwrpas. Fodd bynnag, mae cyfyngiadau CCD TDI yn cael eu goresgyn trwy ddefnyddio pensaernïaeth darllen CMOS, gan alluogi'r cyflymderau uchel, sŵn isel a defnydd pŵer isel sy'n gyffredin i gamerâu CMOS.
Manylebau TDI: beth sy'n bwysig?
●Technoleg:Y ffactor pwysicaf yw pa dechnoleg synhwyrydd a ddefnyddir fel y trafodwyd uchod. Bydd CMOS TDI parth-gwefr yn darparu'r perfformiad gorau.
●Cyfnodau TDI:Dyma nifer rhesi'r synhwyrydd y gellir cronni signal drostynt. Po fwyaf o gamau TDI sydd gan gamera, yr hiraf y gall ei amser amlygiad effeithiol fod. Neu, y cyflymaf y gall y gwrthrych delweddu symud, ar yr amod bod gan y camera gyfradd llinell ddigonol.
●Cyfradd Llinell:Faint o resi y gall y camera eu darllen yr eiliad. Mae hyn yn pennu'r cyflymder symudiad mwyaf y gall y camera ei gadw i fyny ag ef.
●Effeithlonrwydd CwantwmMae hyn yn dangos sensitifrwydd y camera i olau ar donfeddi gwahanol, a roddir gan y tebygolrwydd y bydd ffoton digwyddiadol yn cael ei ganfod a chynhyrchu ffotoelectron. Gall effeithlonrwydd cwantwm uwch gynnig cryfder goleuo is, neu weithrediad cyflymach wrth gynnal yr un lefelau signal.
Yn ogystal, mae camerâu'n amrywio o ran yr ystod tonfedd lle gellir cyflawni sensitifrwydd da, gyda rhai camerâu'n cynnig sensitifrwydd yr holl ffordd i lawr i ben uwchfioled (UV) y sbectrwm, tua thonfedd 200nm.
●Darllenwch Sŵn:Sŵn darllen yw'r ffactor arwyddocaol arall yn sensitifrwydd camera, gan bennu'r signal lleiaf y gellir ei ganfod uwchlaw llawr sŵn y camera. Gyda sŵn darllen uchel, ni ellir canfod nodweddion tywyll ac mae'r ystod ddeinamig yn cael ei lleihau'n sylweddol, sy'n golygu bod rhaid defnyddio goleuo mwy disglair neu amseroedd amlygiad hirach a chyflymder symud arafach.
Manylebau TDI: beth sy'n bwysig?
Ar hyn o bryd, defnyddir camerâu TDI ar gyfer archwilio gwe, archwilio electroneg a gweithgynhyrchu, a chymwysiadau gweledigaeth beiriannol eraill. Ochr yn ochr â hyn mae cymwysiadau heriol mewn golau isel fel delweddu fflwroleuol a sganio sleidiau.
Fodd bynnag, gyda chyflwyniad camerâu CMOS TDI cyflymder uchel, sŵn isel, sensitifrwydd uchel, mae potensial mawr ar gyfer cynnydd mewn cyflymder ac effeithlonrwydd mewn cymwysiadau newydd a oedd ond yn defnyddio camerâu sganio ardal o'r blaen. Fel y cyflwynwyd ar ddechrau'r erthygl, efallai mai camerâu TDI yw'r dewis gorau ar gyfer cyflawni cyflymderau uchel ac ansawdd delwedd uchel ar gyfer delweddu pynciau sydd eisoes mewn symudiad cyson, neu lle gellid sganio'r camera ar draws pynciau delweddu statig.
Er enghraifft, mewn cymhwysiad microsgopeg, gallem gymharu cyflymder caffael damcaniaethol camera TDI 9K picsel, 256 cam gyda 5 µm picsel i gamera sganio ardal camera 12MP gyda 5 µm picsel. Gadewch i ni archwilio caffael ardal 10 x 10 mm gyda chwyddiad 20x trwy symud y llwyfan.
1. Byddai defnyddio amcan 20x gyda'r camera sganio ardal yn darparu maes golygfa delweddu o 1.02 x 0.77 mm.
2. Gyda'r camera TDI, gellid defnyddio amcan 10x gyda chwyddiad ychwanegol o 2x i oresgyn unrhyw gyfyngiad ym maes golygfa'r microsgop, i ddarparu maes golygfa delweddu llorweddol o 2.3mm.
3. Gan dybio bod gorgyffwrdd picsel o 2% rhwng delweddau at ddibenion pwytho, 0.5 eiliad i symud y llwyfan i leoliad penodol, ac amser amlygiad o 10ms, gallwn gyfrifo'r amser y byddai'r camera sganio ardal yn ei gymryd. Yn yr un modd, gallwn gyfrifo'r amser y byddai'r camera TDI yn ei gymryd pe bai'r llwyfan yn cael ei gadw mewn symudiad cyson i sganio i gyfeiriad Y, gyda'r un amser amlygiad fesul llinell.
4. Yn yr achos hwn, byddai angen 140 o ddelweddau ar y camera sganio ardal, gyda 63 eiliad yn cael eu treulio yn symud y llwyfan. Byddai'r camera TDI yn caffael dim ond 5 delwedd hir, gyda dim ond 2 eiliad yn cael eu treulio yn symud y llwyfan i'r golofn nesaf.
5. Cyfanswm yr amser a dreulir yn caffael yr ardal 10 x 10 mm fyddai64.4 eiliad ar gyfer y camera sganio ardal,a dim ond9.9 eiliad ar gyfer y camera TDI.
Os hoffech weld a allai camera TDI gyd-fynd â'ch cais a diwallu'ch anghenion, cysylltwch â ni heddiw.
