25/08/08En industria kaj scienca bildigo, kapti rapide moviĝantajn objektojn sub malaltaj lumkondiĉoj prezentas konstantan defion. Jen kie tempoprokrastaj integriĝaj (TDI) fotiloj intervenas. TDI-teknologio kombinas movadan sinkronigadon kaj plurajn eksponojn por liveri esceptan sentemon kaj bildklarecon, precipe en altrapidaj medioj.
Kio estas TDI-fotilo?
TDI-fotilo estas specialigita linia skana fotilo, kiu kaptas bildojn de moviĝantaj objektoj. Male al normaj area skana fotiloj, kiuj eksponas tutan kadron samtempe, TDI-fotiloj ŝovas ŝargon de unu vico de pikseloj al la sekva sinkronigante kun la moviĝo de la objekto. Ĉiu piksela vico akumulas lumon dum la subjekto moviĝas, efike pliigante la ekspontempon kaj plibonigante la signalforton sen enkonduki moviĝmalklarecon.
Ĉi tiu ŝarga integriĝo draste pliigas la signalo-bruo-rilatumon (SNR), igante TDI-fotilojn idealaj por altrapidaj aŭ malalt-lumaj aplikoj.
Kiel Funkcias TDI-Fotilo?
La funkciado de TDI-fotilo estas ilustrita en Figuro 1.
Figuro 1: Funkciado de sensiloj kun integriĝo de tempoprokrasto (TDI)
NOTO: TDI-fotiloj movas akiritajn ŝargojn tra pluraj "ŝtupoj" sinkrone kun moviĝanta bildiga subjekto. Ĉiu ŝtupo provizas plian ŝancon esti eksponita al lumo. Ilustrita per brila "T" moviĝanta trans fotilon, kun 5-kolumna je 5-ŝtupa segmento de TDI-sensilo. Tucsen Dhyana 9KTDI kun hibrida CCD-stila ŝarga movado sed CMOS-stila paralela legado.
TDI-fotiloj estas efike liniaj skanadaj fotiloj, kun unu grava distingo: anstataŭ unu vico de pikseloj akirantaj datumojn dum fotiloj estas skanitaj trans bildiga subjekto, TDI-fotiloj havas plurajn vicojn, konatajn kiel "ŝtupoj", ĝis tipe 256.
Tamen, ĉi tiuj vicoj ne formas dudimensian bildon kiel areo-skana fotilo. Anstataŭe, dum skanita bildsubjekto moviĝas trans la fotilsensilon, la detektitaj fotoelektronoj ene de ĉiu pikselo moviĝas al la sekva vico sinkrone kun la movado de la bildsubjekto, sen ankoraŭ esti legitaj. Ĉiu plia vico tiam provizas plian ŝancon eksponi la bildsubjekton al lumo. Nur kiam bildtranĉaĵo atingas la finan vicon de pikseloj de la sensilo, tiu vico estas transdonita al la legarkitekturo por mezurado.
Tial, malgraŭ multoblaj mezuradoj okazantaj tra la kameraaj stadioj, nur unu kazo de la kameraa legada bruo estas enkondukita. 256-ŝtupa TDI-fotilo tenas la specimenon videbla 256 fojojn pli longe, kaj tial havas 256 fojojn pli longan ekspontempon ol la ekvivalenta linia skana fotilo. Ekvivalenta ekspontempo kun area skana fotilo produktus ekstreman moviĝmalklarecon, igante la bildon senutila.
Kiam oni povas uzi TDI?
TDI-fotiloj estas bonega solvo por iu ajn bildiga apliko, kie la bildiga subjekto moviĝas relative al la fotilo, kondiĉe ke la moviĝo estas uniforma tra la tuta vido de la fotilo.
La aplikoj de TDI-bildigo do inkluzivas, unuflanke, ĉiujn tiujn de linia skanado kie 2-dimensiaj bildoj formiĝas, samtempe alportante pli grandajn rapidojn, multe plibonigitan sentemon en malalta lumo, pli bonan bildkvaliton, aŭ ĉiujn tri samtempe. Aliflanke, ekzistas multaj bildigaj teknikoj kiuj uzas areo-skanadajn fotilojn kie TDI-fotiloj povas esti uzataj.
Por alt-sentema sCMOS TDI, 'kahelu kaj kudru' bildigo en biologia fluoreska mikroskopio povas esti farita uzante senĉesan skanadon de la scenejo anstataŭ kahelado. Aŭ ĉiu TDI povas esti bone taŭga por inspektaj aplikoj. Alia grava apliko por TDI estas bildiga fluocitometrio, kie fluoreskaj bildoj de ĉeloj estas akiritaj dum ili pasas fotilon fluante tra mikrofluida kanalo.
Avantaĝoj kaj Malavantaĝoj de sCMOS TDI
Avantaĝoj
● Povas kapti 2-dimensiajn bildojn de arbitra grandeco je alta rapideco dum skano trans bildigitan subjekton.
● Multoblaj TDI-ŝtupoj, malalta bruo kaj alta QE povas konduki al draste pli alta sentemo ol liniaj skanadaj fotiloj.
● Tre altaj legrapidoj atingeblas, ekzemple, ĝis 510 000 Hz (linioj po sekundo), por 9 072-piksela larĝa bildo.
●Lumigo nur bezonas esti unu-dimensia kaj ne povas postuli platkampajn aŭ aliajn korektojn en la dua (skanita) dimensio. Krome, pli longaj eksponaj tempoj kompare kun linia skanado povas "glatigi" flagradon pro alternaj kurentĉenaj lumfontoj.
● Moviĝantaj bildoj povas esti akiritaj sen moviĝmalklareco kaj kun alta rapideco kaj sentemo.
●Skani grandajn areojn povas esti draste pli rapida ol per areaj skanadaj fotiloj.
● Per altnivela programaro aŭ ekigantaj aranĝoj, reĝimo simila al areo-skanado povas provizi superrigardon de areo-skanado por fokuso kaj vicigo.
Malavantaĝoj
● Ankoraŭ pli alta bruo ol konvenciaj sCMOS-fotiloj, kio signifas, ke aplikoj en ultramalalta lumo estas neatingeblaj.
● Postulas specialajn aranĝojn kun altnivela ellasilo por sinkronigi la movadon de la bildigita subjekto kun la skanado de la fotilo, tre fajnan kontrolon de movrapido, aŭ precizan antaŭdiron de rapido por ebligi sinkronigadon.
● Kiel nova teknologio, malmultaj solvoj nuntempe ekzistas por efektivigo de aparataro kaj programaro.
Malaltlum-kapabla sCMOS TDI
Kvankam TDI kiel bildiga tekniko datas de antaŭ cifereca bildigo, kaj antaŭ longe superis linian skanadon laŭ rendimento, nur en la lastaj jaroj TDI-fotiloj akiris la sentemon bezonatan por atingi la aplikojn en malalta lumo, kiuj ordinare postulus la sentemon de scienca nivelo.sCMOS-fotiloj.
'sCMOS TDI' kombinas la CCD-stilan movadon de ŝargoj trans la sensilon kun sCMOS-stila legado, kun haveblaj malantaŭe lumigitaj sensiloj. Antaŭaj CCD-bazitaj aŭ pure CMOS-bazitaj* TDI-fotiloj havis draste pli malrapidan legado, pli malgrandajn pikselajn nombrojn, malpli da ŝtupoj, kaj legbruon inter 30e- kaj >100e-. Kontraste, sCMOS TDI kiel la Tucsen...Dhyana 9KTDI sCMOS-fotiloofertas legbruon de 7.2e-, kombinitan kun pli alta kvantuma efikeco per malantaŭa lumigo, ebligante uzon de TDI en signife pli malaltaj lumnivelaj aplikoj ol antaŭe eblas.
En multaj aplikoj, la pli longaj eksponaj tempoj ebligitaj per la TDI-procezo povas pli ol kompensi por la pliiĝo de legada bruo kompare kun altkvalitaj sCMOS-areo-skanadaj fotiloj kun legada bruo proksima al 1e-.
Oftaj Aplikoj de TDI-Fotiloj
TDI-fotiloj troviĝas en multaj industrioj kie precizeco kaj rapideco estas same kritikaj:
● Inspektado de duonkonduktaĵaj oblatetoj
● Testado de plata ekrano (FPD)
● TTT-inspektado (papero, filmo, folio, tekstiloj)
● Rentgenradia skanado en medicina diagnozo aŭ bagaĝkontrolo
● Skanado de glitplatoj kaj plurputaj platoj en cifereca patologio
● Hiperspektra bildigo en fora sensado aŭ agrikulturo
● Inspektado de PCB kaj elektronikaĵoj en SMT-linioj
Ĉi tiuj aplikoj profitas de la plibonigita kontrasto, rapideco kaj klareco, kiujn TDI-bildigo provizas sub realmondaj limigoj.
Ekzemplo: Skanado de Glitplatoj kaj Mult-Putaj Platoj
Kiel menciite, unu apliko kun signifa promeso por sCMOS TDI-fotiloj estas kudrado, inkluzive de glitŝprucado aŭ mult-puta platskanado. Skanado de grandaj fluoreskaj aŭ helkampaj mikroskopaj specimenoj per 2-dimensiaj areofotiloj dependas de kudrado de krado de bildoj formitaj el pluraj movoj de XY-mikroskopa platformo. Ĉiu bildo postulas, ke la platformo haltu, trankviliĝu kaj poste rekomencu, kune kun iu ajn prokrasto de la rulanta obturatoro. TDI, aliflanke, povas akiri bildojn dum la platformo moviĝas. La bildo tiam estas formita el malgranda nombro da longaj "strioj", ĉiu kovrante la tutan larĝon de la specimeno. Ĉi tio povas potenciale konduki al draste pli altaj akirrapidoj kaj datumtrairo en ĉiuj kudrado-aplikoj, depende de la bildigaj kondiĉoj.
La rapido, je kiu la scenejo povas moviĝi, estas inverse proporcia al la tuta ekspontempo de la TDI-fotilo, do mallongaj ekspontempoj (1-20ms) ofertas la plej grandan plibonigon en bildiga rapido kompare kun areaj skanadaj fotiloj, kio tiam povas konduki al grandordo aŭ pli granda redukto en la tuta akirtempo. Por pli longaj ekspontempoj (ekz. > 100ms), areaj skanadoj kutime povas konservi tempan avantaĝon.
Ekzemplo de tre granda (2 Gigapiksela) fluoreska mikroskopia bildo formita en nur dek sekundoj estas montrita en Figuro 2. Ekvivalenta bildo formita per areoskana fotilo povus daŭri ĝis plurajn minutojn.
Figuro 2: 2-gigapiksela bildo formita en 10 sekundoj per TDI-skanado kaj kudrado
NOTO: 10-obla pligrandigo bildo akirita per la Tucsen Dhyana 9kTDI de lumigilo-punktoj viditaj per fluoreska mikroskopio. Akirita en 10 sekundoj uzante ekspontempon de 3,6 ms. Bildaj dimensioj: 30mm x 17mm, 58 000 x 34 160 rastrumeroj.
Sinkronigante TDI
La sinkronigado de TDI-fotilo kun la bildigita subjekto (ĝis kelkaj procentoj) estas esenca - misagordo de rapido kondukos al "moviĝmalklareco". Ĉi tiu sinkronigado povas esti farita du manieroj:
Antaŭdira: La rapido de la fotilo estas agordita por kongrui kun la movrapido surbaze de scio pri la movrapido de la specimeno, optiko (pligrandigo), kaj la grandeco de la pikselo de la fotilo. Aŭ per provoj kaj eraroj.
EkigitaMultaj mikroskopaj platformoj, gantrioj kaj aliaj ekipaĵoj por movi bildigajn subjektojn povas inkluzivi kodilojn, kiuj sendas ellasilpulson al la fotilo por difinita movdistanco. Tio permesas al la platformo/gantrio kaj fotilo resti sinkronigitaj sendepende de la movrapideco.
TDI-Fotiloj kontraŭ Liniaj Skanaj kaj Areaj Skanaj Fotiloj
Jen kiel TDI komparas al aliaj popularaj bildigaj teknologioj:
| Trajto | TDI-Fotilo | Linia Skanada Fotilo | Area Skanada Fotilo |
| Sentemo | Tre Alta | Meza | Malalta ĝis Meza |
| Bildkvalito (moviĝo) | Bonega | Bona | Malklarigita je altaj rapidoj |
| Lumigaj Postuloj | Malalta | Meza | Alta |
| Moviĝa Kongrueco | Bonega (se sinkronigita) | Bona | Malriĉa |
| Plej bona por | Alt-rapida, malalta lumo | Rapide moviĝantaj objektoj | Senmovaj aŭ malrapidaj scenoj |
TDI estas la klara elekto kiam la sceno moviĝas rapide kaj lumniveloj estas limigitaj. Linia skanado estas paŝo malpli alta en sentemo, dum area skanado estas pli bona por simplaj aŭ senmovaj aranĝoj.
Elektante la Ĝustan TDI-Fotilon
Kiam vi elektas TDI-fotilon, konsideru jenon:
● Nombro de TDI-ŝtupoj: Pli da stadioj pliigas la signal-bruligon, sed ankaŭ la koston kaj kompleksecon.
● Sensilo-tipo: sCMOS estas preferata pro sia rapideco kaj malalta bruo; CCD eble ankoraŭ taŭgas por iuj heredaĵaj sistemoj.
● Interfaco: Certigu kongruecon kun via sistemo — Camera Link, CoaXPress, kaj 10GigE estas oftaj elektoj, 100G CoF kaj 40G CoF aperis kiel novaj tendencoj.
● Spektra respondo: Elektu inter monokroma, kolora aŭ preskaŭ-infraruĝa (NIR) laŭ la bezonoj de la aplikaĵo.
● Sinkronigaj opcioj: Serĉu funkciojn kiel kodigilo-enigojn aŭ eksteran ellasilon por pli bona moviĝa vicigo.
Se via apliko implikas delikatajn biologiajn specimenojn, altrapidan inspektadon aŭ malaltlumajn mediojn, sCMOS TDI verŝajne taŭgas.
Konkludo
TDI-fotiloj reprezentas potencan evoluon en bildiga teknologio, precipe kiam konstruitaj sur sCMOS-sensiloj. Kombinante movadan sinkronigadon kun plurlinia integriĝo, ili ofertas neegalan sentemon kaj klarecon por dinamikaj, malaltlumaj scenoj.
Ĉu vi inspektas oblatojn, skanas lamenojn, aŭ faras altrapidajn inspektadojn, kompreni kiel TDI funkcias povas helpi vin elekti la plej bonan solvon inter...sciencaj fotilojpor viaj bildigaj defioj.
Oftaj Demandoj
Ĉu TDI-fotiloj povas funkcii en area skana reĝimo?
TDI-fotiloj povas krei (tre maldikajn) 2-dimensiajn bildojn en "areoskanada" reĝimo, atingita per truko de sensora tempigo. Tio povas esti helpema por taskoj kiel fokuso kaj vicigo.
Por komenci "areoskanan eksponadon", la sensilo unue estas "malplenigita" per antaŭenigo de la TDI almenaŭ tiom da paŝoj kiom la fotilo havas paŝojn, tiel rapide kiel eble, poste haltante. Ĉi tio estas atingita aŭ per programara kontrolo, aŭ per aparatara ekigado, kaj ideale estas farata en mallumo. Ekzemple, 256-ŝtupa fotilo devus legi almenaŭ 256 liniojn, poste halti. Ĉi tiuj 256 linioj da datumoj estas forĵetitaj.
Dum la fotilo ne estas ekigita aŭ linioj ne estas legataj, la sensilo kondutas same kiel areo-skanada sensilo eksponante bildon.
La dezirata ekspontempo tiam devus pasi kun la fotilo senmova, antaŭ ol denove antaŭenigi la fotilon je almenaŭ ĝia nombro da ŝtupoj, legante ĉiun linion de la ĵus akirita bildo. Denove, ideale ĉi tiu "legado"-fazo devus okazi en mallumo.
Tiu tekniko povas esti ripetata por provizi "vivan antaŭrigardon" aŭ sekvencon de areo-skanadaj bildoj kun minimuma misprezento kaj malklareco de la TDI-operacio.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Ĉiuj rajtoj rezervitaj. Kiam vi citas, bonvolu agnoski la fonton:www.tucsen.com
