23/10/10Tempoprokrasto kaj integrado (TDI) estas metodo de bildkaptado bazita sur la principo de linia skanado, kie serio de unu-dimensiaj bildoj estas kaptitaj por generi bildon per tempigo de la provaĵa moviĝo kaj bildtranĉaĵa kapto per ekigado. Kvankam ĉi tiu teknologio ekzistas jam de jardekoj, ĝi estis tipe asociita kun malalt-sentemaj aplikoj, kiel ekzemple ret-inspektado.
Nova generacio de fotiloj kombinis la sentemon de sCMOS kun la rapideco de TDI por oferti bildkapton de egala kvalito kiel area skanado, sed kun la potencialo por multe pli rapida trairo. Ĉi tio estas precipe evidenta en situacioj kie necesas bildigo de grandaj specimenoj en malaltaj lumkondiĉoj. En ĉi tiu teknika noto, ni skizas kiel TDI-skanado funkcias, kaj komparas la bildkaptotempon kun komparebla grand-area skanada tekniko, kahel-kaj-kudra bildigo.
De linia skanado ĝis TDI
Linia skana bildigo estas bildiga tekniko, kiu uzas unuopan linion de pikseloj (nomatan kolumno aŭ scenejo) por preni tranĉaĵon de bildo dum specimeno moviĝas. Uzante elektrajn ellasmekanismojn, unuopa "tranĉaĵo" de bildo estas prenita dum la specimeno pasas la sensilon. Skalante la ellasilrapidecon de la fotilo por kapti la bildon laŭ la moviĝo de la specimeno kaj uzante kadrokaptilon por kapti ĉi tiujn bildojn, ili povas esti kunigitaj por rekonstrui la bildon.
TDI-bildigo baziĝas sur ĉi tiu principo de bildkaptado de specimeno, tamen ĝi uzas plurajn stadiojn por pliigi la nombron de kaptitaj fotoelektronoj. Dum la specimeno trapasas ĉiun stadion, pli da informoj estas kolektitaj kaj aldonitaj al la ekzistantaj fotoelektronoj kaptitaj de pli fruaj stadioj kaj miksitaj en simila procezo al CCD-aparatoj. Dum la specimeno trapasas la finan stadion, la kolektitaj fotoelektronoj estas senditaj al legilo, kaj la integrita signalo trans la intervalo estas uzata por generi bildtranĉaĵon. En Figuro 1, bildkaptado sur aparato kun kvin TDI-kolumnoj (stadioj) estas montrita.
Figuro 1: animacia ekzemplo de bildkapto uzante TDI-teknologion. Specimeno (blua T) estas pasigita super TDI-bildkapta aparato (kolumno de 5 pikseloj, 5 TDI-ŝtupoj), kaj fotoelektronoj estas kaptitaj en ĉiu ŝtupo kaj aldonitaj al la signalnivelo. Legaĵo konvertas ĉi tion al cifereca bildo.
1a: La bildo (blua T) estas prezentita al la scenejo; la T moviĝas kiel montrite sur la aparato.
1b: Kiam la T pasas la unuan ŝtupon, la TDI-fotilo estas ekigita por akcepti fotoelektronojn, kiujn kaptas la pikseloj kiam ili trafas la unuan ŝtupon sur la TDI-sensilo. Ĉiu kolono havas serion da pikseloj, kiuj kaptas fotoelektronojn individue.
1c: Ĉi tiuj kaptitaj fotoelektronoj estas miksitaj al la dua stadio, kie ĉiu kolono puŝas sian signalnivelon al la sekva stadio.
1d: Samtempe kun la movo de la specimeno je unu-piksela distanco, dua aro da fotoelektronoj estas kaptita en la dua etapo, kaj aldonita al la antaŭe kaptitaj, pliigante la signalon. En la unua etapo, nova aro da fotoelektronoj estas kaptita, korespondante al la sekva tranĉaĵo de la bildokapto.
1e: La bildkaptaj procezoj priskribitaj en etapo 1d ripetiĝas dum la bildo moviĝas preter la sensilo. Tio kreas signalon el fotoelektronoj de la etapoj. La signalo estas transdonita al legilo, kiu konvertas la fotoelektronan signalon en ciferecan legilon.
1f: La cifereca rezulto estas montrata kiel bildo kolumno post kolumno. Tio ebligas ciferecan rekonstruon de bildo.
Ĉar la TDI-aparato kapablas samtempe pasi fotoelektronojn de unu ŝtupo al la sekva, kaj kapti novajn fotoelektronojn de la unua ŝtupo dum la specimeno moviĝas, la bildo povas esti esence senfina laŭ la nombro da kaptitaj vicoj. La ellasilrapidecoj, kiuj determinas la nombron da fojoj kiam bildkapto (fig. 1a) okazas, povas esti en la ordo de centoj da kHz.
En la ekzemplo de Figuro 2, mikroskopa glitbildo de 29 x 17 mm estis kaptita en 10.1 sekundoj uzante 5 µm-pikselan TDI-fotilon. Eĉ ĉe signifaj zomniveloj, la nivelo de malklareco estas minimuma. Ĉi tio reprezentas grandegan progreson kompare kun antaŭaj generacioj de ĉi tiu teknologio.
Por pliaj detaloj, Tabelo 1 montras reprezentan bildigan tempon por serio de komunaj specimenaj grandecoj je zomo de 10, 20 kaj 40 fojojn.
Figuro 2: Bildo de fluoreska specimeno kaptita per Tucsen 9kTDI. Eksponado 10 ms, kaptotempo 10.1 s.
Tabelo 1: Matrico de kaptotempo de diversaj specimengrandecoj (sekundoj) uzante Tucsen 9kTDI-fotilon sur motorizita scenejo de la Zaber MVR-serio je 10, 20 kaj 40-oble por ekspontempo de 1 kaj 10 ms.
Areoskanada bildigo
Areoskanada bildigo en sCMOS-fotiloj implikas samtempe kapti tutan bildon uzante 2-dimensian aron de pikseloj. Ĉiu pikselo kaptas lumon, konvertas ĝin al elektraj signaloj por tuja prilaborado kaj formas kompletan bildon kun alta distingivo kaj rapideco. La grandeco de bildo, kiu povas esti kaptita en ununura ekspono, estas regata de la piksela grandeco, la pligrandigo kaj la nombro da pikseloj en aro, po (1)
Por norma aro, la vidkampo estas donita per (2)
En kazoj kie specimeno estas tro granda por la vidkampo de fotilo, bildo povas esti konstruita per apartigo de la bildo en kradon de bildoj de la grandeco de la vidkampo. La kapto de ĉi tiuj bildoj sekvas ŝablonon, kie la platformo moviĝos al pozicio sur la krado, la platformo haltos, kaj poste la bildo kaptiĝos. Ĉe ruliĝantaj obturatoraj fotiloj, estas plia atendtempo dum la obturatoro rondiras. Ĉi tiuj bildoj povas esti kaptitaj per movado de la fotila pozicio kaj kudrado de ili kune. Figuro 3 montras grandan bildon de homa ĉelo sub fluoreska mikroskopio formita per kudrado de 16 pli malgrandaj bildoj.
Figuro 3: Lamenbildo de homa ĉelo kaptita per area skana fotilo uzante kahelajn kaj kudrerajn bildigojn.
Ĝenerale, por solvi pli grandajn detalojn, pli da bildoj estos generitaj kaj kunigitaj tiamaniere. Unu solvo al tio estas uzigrandformata kameraa skanado, kiu havas grandajn sensilojn kun alta nombro de pikseloj, kune kun specialigita optiko, permesante kapti pli grandan kvanton da detaloj.
Komparo inter TDI kaj areoskanado (Kahelo kaj Kudro)
Por grand-area skanado de specimenoj, kaj Kahelo-kaj-kudro-skanado kaj TDI-skanado estas taŭgaj solvoj, tamen elektante la plej bonan metodon, eblas signife redukti la tempon bezonatan por skani specimenon. Ĉi tiu tempoŝparo estas generita per la kapablo de TDI-skanado kapti moviĝantan specimenon; forigante la prokrastojn asociitajn kun scena stabiligo kaj ruliĝanta obturatortempigo asociita kun kahelo-kaj-kudro-bildigo.
Figuro 4 komparas la haltojn (verdaj) kaj movojn (nigraj linioj) necesajn por kapti bildon de homa ĉelo en kaj kahela kaj kudra skanado (maldekstre), kaj TDI (dekstre). Forigante la bezonon haltigi kaj realĝustigi la bildon en TDI-bildigo, eblas signife malpliigi la bildigan tempon, kondiĉe ke la ekspontempo estas malalta <100 ms.
Tabelo 2 montras prilaboritan ekzemplon de skanado inter 9k TDI kaj norma sCMOS-fotilo.
Figuro 4: Skananta ĉeftemo de la kapto de homa ĉelo sub fluoresko montranta kahelon kaj kudreron (maldekstre) kaj TDI-bildigon (dekstre).
Tabelo 2: Komparo de areoskanado kaj TDI-bildigo por 15 x 15 mm specimeno kun 10x objektiva lenso kaj 10 ms ekspontempo.
Kvankam TDI ofertas mirindan potencialon por pliigi la rapidon de bildkaptado, ekzistas nuancoj rilate al la uzo de ĉi tiu teknologio. Por altaj ekspontempoj (>100 ms), la signifo de la tempo perdita pro la movo kaj fiksado de areoskanado estas reduktita rilate al la ekspontempo. En tiaj kazoj, areoskanaj fotiloj povas oferti reduktitajn skantempojn kompare kun TDI-bildigo. Por vidi ĉu TDI-teknologio povas oferti al vi avantaĝojn kompare kun via nuna aranĝo,kontaktu ninpor kompara kalkulilo.
Aliaj aplikoj
Multaj esplordemandoj postulas pli da informoj ol unuopa bildo, kiel ekzemple plurkanala aŭ plurfokusa bildakiro.
Plurkanala bildigo en area skana fotilo implikas kapti bildojn uzante plurajn ondolongojn samtempe. Ĉi tiuj kanaloj tipe respondas al malsamaj ondolongoj de lumo, kiel ekzemple ruĝa, verda kaj blua. Ĉiu kanalo kaptas specifan ondolongon aŭ spektran informon de la sceno. La fotilo tiam kombinas ĉi tiujn kanalojn por generi plenkoloran aŭ plurspektran bildon, provizante pli ampleksan vidon de la sceno kun apartaj spektraj detaloj. En area skana fotiloj, ĉi tio estas atingita per diskretaj eksponoj, tamen, kun TDI-bildigo, dividilo povas esti uzata por apartigi la sensilon en plurajn partojn. Dividi 9kTDI (45 mm) en 3 x 15.0 mm sensilojn ankoraŭ estos pli granda ol norma sensilo (6.5 µm piksela larĝo, 2048 pikseloj) larĝo de 13.3 mm. Krome, ĉar TDI nur postulas lumon sur la parto de la specimeno bildigita, la skanadoj povas esti ciklitaj pli rapide.
Alia areo kie tio povas esti la kazo estas en plurfokusa bildigo. Plurfokusa bildigo en areaj skanadaj fotiloj implikas kapti plurajn bildojn je malsamaj fokusaj distancoj kaj miksi ilin por krei kompozitan bildon kun la tuta sceno en akra fokuso. Ĝi traktas diversajn distancojn en sceno analizante kaj kombinante enfokusajn regionojn de ĉiu bildo, rezultante en pli detala reprezentado de bildo. Denove, uzante...dividiloPor dividi la TDI-sensilon en du (22,5 mm) aŭ tri (15,0 mm) pecojn, eble eblos akiri multfokusan bildon pli rapide ol per ekvivalenta areoskanado. Tamen, por pli altaj ordoj de multfokuso (z-stakoj de 6 aŭ pli), areoskanado verŝajne restas la plej rapida bildiga tekniko.
Konkludoj
Ĉi tiu teknika noto skizas la diferencojn inter area skanado kaj TDI-teknologio por grand-area skanado. Kunfandante linian skanadon kaj sCMOS-sentemon, TDI atingas rapidan, altkvalitan bildigon sen interrompoj, superante tradiciajn areajn skanadajn metodojn kiel kahelo- kaj kudro-bildigo. Taksu la avantaĝojn de uzado de nia interreta kalkulilo, konsiderante diversajn supozojn skizitajn en ĉi tiu dokumento. TDI staras kiel potenca ilo por efika bildigo kun granda potencialo por redukti bildigajn tempojn en kaj normaj kaj progresintaj bildigaj teknikoj.Se vi ŝatus vidi ĉu TDI-fotilo aŭ areo-skana fotilo povus kongrui kun via apliko kaj plibonigi vian kaptotempon, kontaktu nin hodiaŭ.
