25/08/08Mewn delweddu diwydiannol a gwyddonol, mae cipio gwrthrychau sy'n symud yn gyflym o dan amodau golau isel yn cyflwyno her gyson. Dyna lle mae camerâu Integreiddio Oedi Amser (TDI) yn camu i mewn. Mae technoleg TDI yn cyfuno cydamseru symudiadau ac amlygiadau lluosog i ddarparu sensitifrwydd ac eglurder delwedd eithriadol, yn enwedig mewn amgylcheddau cyflymder uchel.
Beth yw Camera TDI?
Mae camera TDI yn gamera sgan llinell arbenigol sy'n dal delweddau o wrthrychau symudol. Yn wahanol i gamerâu sgan ardal safonol sy'n amlygu ffrâm gyfan ar unwaith, mae camerâu TDI yn symud gwefr o un rhes o bicseli i'r llall mewn cydamseriad â symudiad y gwrthrych. Mae pob rhes picsel yn cronni golau wrth i'r pwnc symud, gan gynyddu amser amlygiad yn effeithiol a gwella cryfder y signal heb gyflwyno aneglurder symudiad.
Mae'r integreiddio gwefr hwn yn rhoi hwb sylweddol i'r gymhareb signal-i-sŵn (SNR), gan wneud camerâu TDI yn ddelfrydol ar gyfer cymwysiadau cyflymder uchel neu olau isel.
Sut Mae Camera TDI yn Gweithio?
Dangosir gweithrediad camera TDI yn Ffigur 1.
Ffigur 1: Gweithrediad synwyryddion Integreiddio Oedi Amser (TDI)
NODYN: Mae camerâu TDI yn symud gwefrau a gafwyd ar draws 'cyfnodau' lluosog mewn cydamseriad â phwnc delweddu symudol. Mae pob cam yn rhoi cyfle ychwanegol i gael ei amlygu i olau. Wedi'i ddangos trwy 'T' lachar yn symud ar draws camera, gyda segment 5 colofn wrth 5 cam o synhwyrydd TDI. Tucsen Dhyana 9KTDI gyda symudiad gwefr hybrid arddull CCD ond darlleniad paralel arddull CMOS.
Camerâu sgan llinell yw camerâu TDI i bob pwrpas, gydag un gwahaniaeth pwysig: yn lle un rhes o bicseli yn caffael data wrth i gamerâu gael eu sganio ar draws pwnc delweddu, mae gan gamerâu TDI resi lluosog, a elwir yn 'gamau', hyd at 256 fel arfer.
Fodd bynnag, nid yw'r rhesi hyn yn ffurfio delwedd 2 ddimensiwn fel camera sganio ardal. Yn lle hynny, wrth i bwnc delweddu wedi'i sganio symud ar draws synhwyrydd y camera, mae'r ffotoelectronau a ganfyddir o fewn pob picsel yn symud ymlaen i'r rhes nesaf mewn cydamseriad â symudiad y pwnc delweddu, heb gael eu darllen allan eto. Yna mae pob rhes ychwanegol yn rhoi cyfle ychwanegol i amlygu'r pwnc delweddu i olau. Dim ond unwaith y bydd sleisen ddelwedd yn cyrraedd rhes olaf picseli'r synhwyrydd y mae'r rhes honno'n cael ei throsglwyddo i'r bensaernïaeth darllen allan i'w mesur.
Felly, er gwaethaf mesuriadau lluosog yn digwydd ar draws camau'r camera, dim ond un achos o sŵn darllen y camera sy'n cael ei gyflwyno. Mae camera TDI 256 cam yn cadw'r sampl mewn golwg 256 gwaith yn hirach, ac felly mae ganddi amser amlygiad 256 gwaith yn hirach na'r camera sgan llinell gyfatebol. Byddai amser amlygiad cyfatebol gyda chamera sgan ardal yn cynhyrchu aneglurder symudiad eithafol, gan wneud y ddelwedd yn ddiwerth.
Pryd y gellir defnyddio TDI?
Mae camerâu TDI yn ateb ardderchog ar gyfer unrhyw gymhwysiad delweddu lle mae'r gwrthrych delweddu mewn symudiad o'i gymharu â'r camera, ar yr amod bod y symudiad yn unffurf ar draws golygfa'r camera.
Felly, mae cymwysiadau delweddu TDI yn cynnwys, ar y naill law, yr holl rai o sganio llinell lle mae delweddau 2-ddimensiwn yn cael eu ffurfio, gan ddod â chyflymderau uwch, sensitifrwydd golau isel llawer gwell, ansawdd delwedd gwell, neu'r tri ar unwaith. Ar y llaw arall, mae yna lawer o dechnegau delweddu sy'n defnyddio camerâu sganio ardal lle gellir defnyddio camerâu TDI.
Ar gyfer TDI sCMOS sensitifrwydd uchel, gellir perfformio delweddu 'teilsio a phwytho' mewn microsgopeg fflwroleuol fiolegol gan ddefnyddio sgan di-baid o'r llwyfan yn lle teilsio. Neu gall pob TDI fod yn addas iawn ar gyfer cymwysiadau arolygu. Cymhwysiad pwysig arall ar gyfer TDI yw cytometry llif delweddu, lle mae delweddau fflwroleuol o gelloedd yn cael eu caffael wrth iddynt basio camera wrth lifo trwy sianel microfluidig.
Manteision ac Anfanteision sCMOS TDI
Manteision
● Yn gallu cipio delweddau 2-ddimensiwn o faint mympwyol ar gyflymder uchel wrth sganio ar draws gwrthrych delweddu.
● Gall nifer o gamau TDI, sŵn isel, a QE uchel arwain at sensitifrwydd llawer uwch na chamerâu sgan llinell.
● Gellir cyflawni cyflymderau darllen uchel iawn, er enghraifft, hyd at 510,000Hz (llinellau'r eiliad), ar gyfer delwedd 9,072 picsel o led.
●Dim ond angen i oleuo fod yn 1 dimensiwn ac ni all fod angen cywiriadau maes gwastad na chywiriadau eraill yn yr ail ddimensiwn (wedi'i sganio). Yn ogystal, gall amseroedd amlygiad hirach o'i gymharu â sgan llinell 'lyfnhau' fflachio oherwydd ffynonellau golau AC.
● Gellir cael delweddau symudol heb aneglurder symudiad a chyda chyflymder a sensitifrwydd uchel.
●Gall sganio ardaloedd mawr fod yn llawer cyflymach na chamerâu sganio ardal.
● Gyda meddalwedd uwch neu osodiadau sbarduno, gall modd 'tebyg i sgan ardal' ddarparu trosolwg o sgan ardal ar gyfer ffocws ac aliniad.
Anfanteision
● Sŵn uwch o hyd na chamerâu sCMOS confensiynol, sy'n golygu bod cymwysiadau golau isel iawn allan o gyrraedd.
● Mae angen gosodiadau arbenigol gyda sbarduno uwch i gydamseru symudiad y gwrthrych delweddu â sganio'r camera, rheolaeth fanwl iawn dros gyflymder symudiad, neu ragfynegiad cywir o gyflymder i alluogi cydamseru.
● Gan mai technoleg newydd ydyw, ychydig o atebion sydd ar gael ar hyn o bryd ar gyfer gweithredu caledwedd a meddalwedd.
sCMOS TDI sy'n gallu defnyddio golau isel
Er bod TDI fel techneg delweddu yn rhagflaenu delweddu digidol, ac ers talwm wedi rhagori ar sgan llinell o ran perfformiad, dim ond yn ystod y blynyddoedd diwethaf y mae camerâu TDI wedi ennill y sensitifrwydd sydd ei angen i gyrraedd y cymwysiadau golau isel a fyddai fel arfer yn gofyn am sensitifrwydd gradd wyddonol.camerâu sCMOS.
Mae 'sCMOS TDI' yn cyfuno symudiad gwefrau ar draws y synhwyrydd yn null CCD â darlleniad allan yn null sCMOS, gyda synwyryddion wedi'u goleuo o'r cefn ar gael. Roedd gan gamerâu TDI blaenorol a oedd yn seiliedig ar CCD neu'n seiliedig ar CMOS yn unig* ddarlleniad allan llawer arafach, cyfrifiadau picsel llai, llai o gamau, a sŵn darllen rhwng 30e- a >100e-. Mewn cyferbyniad, roedd sCMOS TDI fel y TucsenCamera sCMOS Dhyana 9KTDIyn cynnig sŵn darllen o 7.2e-, ynghyd ag effeithlonrwydd cwantwm uwch trwy oleuo cefn, gan alluogi defnyddio TDI mewn cymwysiadau lefel golau llawer is nag oedd yn bosibl o'r blaen.
Mewn llawer o gymwysiadau, gall yr amseroedd amlygiad hirach a alluogir gan y broses TDI wneud iawn am y cynnydd mewn sŵn darllen o'i gymharu â chamerâu sganio ardal sCMOS o ansawdd uchel gyda sŵn darllen yn agos at 1e-.
Cymwysiadau Cyffredin Camerâu TDI
Mae camerâu TDI i'w cael mewn llawer o ddiwydiannau lle mae cywirdeb a chyflymder yr un mor hanfodol:
● Archwiliad waffer lled-ddargludyddion
● Profi arddangosfa panel fflat (FPD)
● Archwiliad gwe (papur, ffilm, ffoil, tecstilau)
● Sganio pelydr-X mewn diagnosteg feddygol neu sgrinio bagiau
● Sganio sleidiau a phlatiau aml-ffynnon mewn patholeg ddigidol
● Delweddu hyperspectrol mewn synhwyro o bell neu amaethyddiaeth
● Arolygu PCB ac electroneg mewn llinellau SMT
Mae'r cymwysiadau hyn yn elwa o'r cyferbyniad, cyflymder ac eglurder gwell y mae delweddu TDI yn eu darparu o dan gyfyngiadau'r byd go iawn.
Enghraifft: Sganio Sleidiau a Phlatiau Aml-Ffynnon
Fel y soniwyd, un cymhwysiad sydd ag addewid sylweddol ar gyfer camerâu sCMOS TDI yw cymwysiadau pwytho, gan gynnwys sganio sleidiau neu blatiau aml-ffynnon. Mae sganio samplau microsgopeg fflwroleuol neu faes llachar mawr gyda chamerâu arwynebedd 2 ddimensiwn yn dibynnu ar bwytho grid o ddelweddau a ffurfiwyd o symudiadau lluosog llwyfan microsgop XY. Mae pob delwedd yn ei gwneud yn ofynnol i'r llwyfan stopio, setlo, ac yna ailgychwyn, ynghyd ag unrhyw oedi o'r caead rholio. Gall TDI, ar y llaw arall, gaffael delweddau tra bod y llwyfan yn symud. Yna caiff y ddelwedd ei ffurfio o nifer fach o 'stribedi' hir, pob un yn gorchuddio lled cyfan y sampl. Gall hyn arwain at gyflymderau caffael a thrwybwn data llawer uwch ym mhob cymhwysiad pwytho, yn dibynnu ar amodau delweddu.
Mae'r cyflymder y gall y llwyfan symud arno yn gymesur yn wrthdro â chyfanswm amser amlygiad y camera TDI, felly mae amseroedd amlygiad byr (1-20ms) yn cynnig y gwelliant mwyaf mewn cyflymder delweddu o'i gymharu â chamerâu sganio ardal, a all wedyn arwain at ostyngiad maint neu fwy yng nghyfanswm yr amser caffael. Ar gyfer amseroedd amlygiad hirach (e.e. > 100ms), gall sganio ardal fel arfer gadw mantais amser.
Dangosir enghraifft o ddelwedd microsgopeg fflwroleuol fawr iawn (2 Gigapixel) a ffurfiwyd mewn dim ond deg eiliad yn Ffigur 2. Gellid disgwyl i ddelwedd gyfatebol a ffurfiwyd gyda chamera sganio ardal gymryd hyd at sawl munud.
Ffigur 2: Delwedd 2 Gigapixel wedi'i ffurfio mewn 10 eiliad trwy sganio a phwytho TDI
NODYN: Delwedd chwyddiad 10x a gafwyd gan ddefnyddio'r Tucsen Dhyana 9kTDI o ddotiau pen amlygu a welwyd gyda microsgopeg fflwroleuol. Wedi'i chasglu mewn 10 eiliad gan ddefnyddio amser amlygiad o 3.6 ms. Dimensiynau'r ddelwedd: 30mm x 17mm, 58,000 x 34,160 picsel.
Cydamseru TDI
Mae cydamseru camera TDI â'r gwrthrych delweddu (o fewn ychydig ganrannau) yn hanfodol – bydd anghydweddiad cyflymder yn arwain at effaith 'aneglurder symudiad'. Gellir gwneud y cydamseru hwn mewn dwy ffordd:
RhagfynegolMae cyflymder y camera wedi'i osod i gyd-fynd â chyflymder y symudiad yn seiliedig ar wybodaeth am gyflymder symudiad y sampl, opteg (chwyddiad), a maint picsel y camera. Neu dreial a chamgymeriad.
Wedi'i sbardunoGall llawer o lwyfannau microsgop, gantriau ac offer arall i symud pynciau delweddu gynnwys amgodwyr sy'n anfon pwls sbarduno i'r camera am bellter symud penodol. Mae hyn yn caniatáu i'r llwyfan/gantri a'r camera aros mewn cydamseriad waeth beth fo cyflymder y symudiad.
Camerâu TDI yn erbyn Camerâu Sganio Llinell a Sganio Ardal
Dyma sut mae TDI yn cymharu â thechnolegau delweddu poblogaidd eraill:
| Nodwedd | Camera TDI | Camera Sgan Llinell | Camera Sganio Ardal |
| Sensitifrwydd | Uchel Iawn | Canolig | Isel i Ganolig |
| Ansawdd Delwedd (symudiad) | Ardderchog | Da | Aneglur ar gyflymderau uchel |
| Gofynion Goleuo | Isel | Canolig | Uchel |
| Cydnawsedd Symudiadau | Ardderchog (os yw wedi'i gydamseru) | Da | Gwael |
| Gorau Ar Gyfer | Cyflymder uchel, golau isel | Gwrthrychau sy'n symud yn gyflym | Golygfeydd statig neu araf |
TDI yw'r dewis clir pan fydd yr olygfa'n symud yn gyflym a lefelau golau yn gyfyngedig. Mae sgan llinell yn lleihau sensitifrwydd, tra bod sgan ardal yn well ar gyfer gosodiadau syml neu llonydd.
Dewis y Camera TDI Cywir
Wrth ddewis camera TDI, ystyriwch y canlynol:
● Nifer y camau TDI: Mae mwy o gamau yn cynyddu SNR, ond hefyd cost a chymhlethdod.
● Math o synhwyrydd: mae sCMOS yn cael ei ffafrio oherwydd ei gyflymder a'i sŵn isel; gall CCD fod yn addas o hyd ar gyfer rhai systemau etifeddol.
● Rhyngwyneb: Sicrhewch gydnawsedd â'ch system—Mae Camera Link, CoaXPress, a 10GigE yn opsiynau cyffredin, mae 100G CoF a 40G CoF wedi dod i'r amlwg fel tueddiadau newydd.
● Ymateb sbectrol: Dewiswch rhwng monocrom, lliw, neu agos-is-goch (NIR) yn seiliedig ar anghenion y cymhwysiad.
● Opsiynau cydamseru: Chwiliwch am nodweddion fel mewnbynnau amgodiwr neu gefnogaeth sbardun allanol ar gyfer gwell aliniad symudiad.
Os yw eich cymhwysiad yn cynnwys samplau biolegol cain, archwiliadau cyflym, neu amgylcheddau golau isel, mae'n debyg mai sCMOS TDI yw'r dewis cywir.
Casgliad
Mae camerâu TDI yn cynrychioli esblygiad pwerus mewn technoleg delweddu, yn enwedig pan gânt eu hadeiladu ar synwyryddion sCMOS. Drwy gyfuno cydamseru symudiad ag integreiddio aml-linell, maent yn cynnig sensitifrwydd ac eglurder heb eu hail ar gyfer golygfeydd deinamig, mewn golau isel.
P'un a ydych chi'n archwilio wafferi, yn sganio sleidiau, neu'n cynnal archwiliadau cyflym, gall deall sut mae TDI yn gweithio eich helpu i ddewis yr ateb gorau ymhlithcamerâu gwyddonolar gyfer eich heriau delweddu.
Cwestiynau Cyffredin
A all camerâu TDI weithredu yn y modd sganio ardal?
Gall camerâu TDI greu delweddau 2-ddimensiwn (tenau iawn) mewn modd 'tebyg i sganio ardal', a gyflawnir trwy tric amseru synhwyrydd. Gall hyn fod yn ddefnyddiol ar gyfer tasgau fel ffocws ac aliniad.
I ddechrau 'datguddiad sgan-arwynebedd', caiff y synhwyrydd ei 'glirio' yn gyntaf trwy symud y TDI ymlaen o leiaf gymaint o gamau ag sydd gan y camera gamau, mor gyflym â phosibl, yna stopio. Cyflawnir hyn naill ai trwy reoli meddalwedd, neu sbarduno caledwedd, ac yn ddelfrydol caiff ei berfformio yn y tywyllwch. Er enghraifft, dylai camera 256 cam ddarllen o leiaf 256 llinell, yna stopio. Caiff y 256 llinell hyn o ddata eu taflu.
Er nad yw'r camera'n cael ei sbarduno na llinellau'n cael eu darllen allan, mae'r synhwyrydd yn ymddwyn yn union fel synhwyrydd sganio ardal sy'n datgelu delwedd.
Yna dylai'r amser amlygiad a ddymunir fynd heibio gyda'r camera'n segur, cyn symud y camera ymlaen eto o leiaf gan ei nifer o gamau, gan ddarllen pob llinell o'r ddelwedd a gafwyd. Unwaith eto, yn ddelfrydol dylai'r cyfnod 'darllen allan' hwn ddigwydd yn y tywyllwch.
Gellir ailadrodd y dechneg hon i ddarparu 'rhagolwg byw' neu ddilyniant o ddelweddau sganio ardal gyda'r ystumio a'r aneglurder lleiaf o ganlyniad i'r llawdriniaeth TDI.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Cedwir pob hawl. Wrth ddyfynnu, cydnabyddwch y ffynhonnell:www.tucsen.com
