23.10.10Ajaline viivitus ja integreerimine (TDI) on pildi jäädvustamise meetod, mis põhineb joonskaneerimise põhimõttel, kus jäädvustatakse ühemõõtmeliste piltide seeria, et genereerida pilt proovi liikumise ajastamise ja pildilõigu jäädvustamise abil. Kuigi see tehnoloogia on olnud olemas juba aastakümneid, on seda tavaliselt seostatud madala tundlikkusega rakendustega, näiteks veebikontrolliga.
Uue põlvkonna kaamerad on ühendanud sCMOS-i tundlikkuse TDI kiirusega, et pakkuda samaväärse kvaliteediga pildijäädvustust kui pindalaskannimisel, kuid potentsiaalselt suurusjärku võrra kiirema läbilaskevõimega. See on eriti ilmne olukordades, kus on vaja pildistada suuri proove hämaras. Selles tehnilises märkuses kirjeldame, kuidas TDI-skannimine toimib, ja võrdleme pildi jäädvustamise aega võrreldava suure pindalaga skaneerimistehnikaga, tile & stick pildistamisega.
Joonte skaneerimisest TDI-ni
Joonskaneerimine on pildistamistehnika, mis kasutab ühte pikslirida (nimetatakse ka veeruks või lavaks), et teha liikuva proovi pildist viil. Elektriliste käivitusmehhanismide abil tehakse pildist üks „viil“, kui proov andurist möödub. Kaamera käivitussageduse skaleerimise abil, et jäädvustada pilt proovi liikumisega kooskõlas, ja kaadripüüdja abil saab need pildid kokku liita, et pilt rekonstrueerida.
TDI-kuvamine tugineb proovi pildistamise põhimõttele, kuid kasutab jäädvustatud fotoelektronide arvu suurendamiseks mitut etappi. Kui proov läbib iga etappi, kogutakse rohkem teavet, mis lisatakse varasemate etappide poolt jäädvustatud olemasolevatele fotoelektronidele ja segatakse sarnaselt CCD-seadmetega. Kui proov läbib viimase etapi, saadetakse kogutud fotoelektronid näidikule ja integreeritud signaali üle kogu vahemiku kasutatakse pildilõigu genereerimiseks. Joonisel 1 on näidatud pildistamine seadmel, millel on viis TDI-veeru (etappi).
Joonis 1: animeeritud näide pildi jäädvustamisest TDI-tehnoloogia abil. Proov (sinine T) juhitakse üle TDI pildi jäädvustamisseadme (5 piksliga veerg, 5 TDI astet) ning igas astmes jäädvustatakse fotoelektronid ja lisatakse signaali tasemele. Näit teisendab selle digitaalseks pildiks.
1a: Kujutis (sinine T) tuuakse lavale; T liigub, nagu seadmel näidatud.
1b: Kui T läbib esimese astme, käivitub TDI-kaamera, mis võtab vastu fotoelektrone, mis jäädvustatakse pikslite poolt, kui need jõuavad TDI-anduri esimesse astmesse. Igas veerus on pikslite seeria, mis jäädvustavad fotoelektrone eraldi.
1c: Need kinnipüütud fotoelektronid liigutatakse teise astmesse, kus iga veerg tõstab oma signaali taset järgmisse astmesse.
1d: Proovi ühepikslise vahemaa võrra liikumisega kooskõlas jäädvustatakse teises etapis teine fotoelektronide komplekt, mis lisatakse eelnevalt jäädvustatud elektronidele, suurendades signaali. 1. etapis jäädvustatakse uus fotoelektronide komplekt, mis vastab järgmisele pildilõigule.
1e: Etapis 1d kirjeldatud pildi jäädvustamise protsesse korratakse, kui pilt andurist mööda liigub. See moodustab etappidelt tulevatest fotoelektronidest signaali. Signaal suunatakse näidikule, mis teisendab fotoelektronsignaali digitaalseks näidiks.
1f: Digitaalne näit kuvatakse pildina veergude kaupa. See võimaldab pilti digitaalselt rekonstrueerida.
Kuna TDI-seade suudab samaaegselt edastada fotoelektrone ühelt astmelt teisele ja jäädvustada uusi fotoelektrone esimesest astmest proovi liikumise ajal, võib pildil jäädvustatud ridade arv olla sisuliselt lõpmatu. Käivitussagedused, mis määravad pildi jäädvustamise kordade arvu (joonis 1a), võivad olla suurusjärgus sadu kHz.
Joonisel 2 kujutatud näites jäädvustati 29 x 17 mm mikroskoobi slaid 5 µm piksliga TDI-kaameraga 10,1 sekundiga. Isegi märkimisväärse suumi korral on hägususe tase minimaalne. See kujutab endast tohutut edasiminekut selle tehnoloogia eelmiste põlvkondadega võrreldes.
Täpsema teabe saamiseks on tabelis 1 näidatud tüüpiline pildistamisaeg tavaliste valimi suuruste puhul 10-, 20- ja 40-kordse suumiga.
Joonis 2: Tucsen 9kTDI abil jäädvustatud fluorestsentsproovi pilt. Säritusaeg 10 ms, jäädvustamisaeg 10,1 s.
Tabel 1: Erineva valimi suurusega (sekundites) jäädvustamisaja maatriks, kasutades Tucsen 9kTDI kaamerat Zaber MVR seeria motoriseeritud laual suurendustega 10, 20 ja 40x säriaegadel 1 ja 10 ms.
Pindala skaneerimise pildistamine
sCMOS-kaamerate pindala skaneerimisel jäädvustatakse kogu pilt samaaegselt kahemõõtmelise piksli massiivi abil. Iga piksel püüab kinni valguse, teisendades selle koheseks töötlemiseks elektrilisteks signaalideks ning moodustades tervikliku pildi suure eraldusvõime ja kiirusega. Ühe säritusega jäädvustatava pildi suurust määravad piksli suurus, suurendus ja massiivi pikslite arv (ühiku kohta).1)
Standardse massiivi puhul on vaateväli antud järgmiselt (2)
Juhtudel, kui proov on kaamera vaatevälja jaoks liiga suur, saab pildi luua, jagades selle vaatevälja suurusega piltide ruudustikuks. Nende piltide jäädvustamine toimub mustri järgi, kus pind liigub ruudustikul teatud kohta, pind seiskub ja seejärel pilt jäädvustatakse. Rullkatikuga kaamerate puhul on katiku pöörlemise ajal täiendav ooteaeg. Neid pilte saab jäädvustada kaamera asendit muutes ja pilte kokku õmmeldes. Joonis 3 näitab inimraku suurt fluorestsentsmikroskoobi all olevat pilti, mis on moodustatud 16 väiksema pildi kokkuõmblemisel.
Joonis 3: Inimraku slaid, mis on jäädvustatud pinnaskaneeriva kaameraga, kasutades plaatide ja õmbluste tehnikat.
Üldiselt nõuab suuremate detailide lahendamine rohkemate piltide genereerimist ja sel viisil kokkuõmblemist. Üks lahendus sellele on kasutadasuureformaadilise kaamera skaneerimine, millel on suured ja suure pikslite arvuga andurid koos spetsiaalse optikaga, mis võimaldab jäädvustada suuremat hulka detaile.
TDI ja pindala skaneerimise (plaatimine ja ühendamine) võrdlus
Suuremahuliste proovide skaneerimiseks on nii Tile & Stitch kui ka TDI-skaneerimine sobivad lahendused, kuid parima meetodi valimisega on võimalik proovi skaneerimiseks kuluvat aega oluliselt vähendada. See ajakokkuhoid tuleneb TDI-skaneerimise võimest jäädvustada liikuvat proovi, kõrvaldades viivitused, mis on seotud tile & stitch pildistamisega kaasneva lava vajumise ja katiku nihutamisega.
Joonis 4 võrdleb inimraku kujutise jäädvustamiseks vajalikke peatusi (rohelised) ja liikumisi (mustad jooned) nii plaatide ja õmbluste (vasakul) kui ka TDI (paremal) skaneerimisel. Pildi peatamise ja uuesti joondamise vajaduse kaotamisega TDI-pildistamisel on võimalik pildistamisaega oluliselt lühendada, eeldusel, et säriaeg on madal <100 ms.
Tabel 2 näitab 9k TDI ja standardse sCMOS-kaamera vahelise skaneerimise toimiv näide.
Joonis 4: Inimese raku püüdmise skaneerimise motiiv fluorestsentsi all, mis näitab plaatide ja õmbluste tehnikat (vasakul) ning TDI-kuvamist (paremal).
Tabel 2: 15 x 15 mm proovi pindala skaneerimise ja TDI-kuvamise võrdlus 10x objektiivi ja 10 ms säriajaga.
Kuigi TDI pakub suurepärast potentsiaali pildistamiskiiruse suurendamiseks, on selle tehnoloogia kasutamisel nüansse. Pika säriaja (>100 ms) korral on ala skaneerimise liikumise ja stabiliseerimise aspektidele kuluva aja tähtsus säriajaga võrreldes väiksem. Sellistel juhtudel võivad ala skaneerimiskaamerad pakkuda lühemat skaneerimisaega võrreldes TDI-pildistamisega. Et näha, kas TDI-tehnoloogia pakub teile praeguse seadistusega võrreldes eeliseid,võtke meiega ühendustvõrdluskalkulaatori jaoks.
Muud rakendused
Paljud uurimisküsimused nõuavad rohkem teavet kui ühte pilti, näiteks mitmekanaliline või mitmefookuslik pildiomadus.
Mitmekanaliline pildistamine alaskannerikaameras hõlmab piltide samaaegset jäädvustamist mitme lainepikkuse abil. Need kanalid vastavad tavaliselt erinevatele valguse lainepikkustele, näiteks punasele, rohelisele ja sinisele. Iga kanal jäädvustab stseenist kindla lainepikkuse või spektraalinformatsiooni. Seejärel ühendab kaamera need kanalid, et genereerida täisvärviline või multispektraalne pilt, pakkudes stseenist terviklikumat vaadet erinevate spektraalsete detailidega. Alaskannerikaamerates saavutatakse see diskreetsete särituste abil, kuid TDI-pildistamisel saab anduri mitmeks osaks jaoturit kasutada. 9kTDI (45 mm) jagamine 3 x 15,0 mm anduriks on ikkagi suurem kui standardne andur (6,5 µm piksli laius, 2048 pikslit) laiusega 13,3 mm. Lisaks, kuna TDI vajab valgustust ainult pildistataval proovi osal, saab skaneeringuid kiiremini tsükliliselt läbi viia.
Teine valdkond, kus see võib nii olla, on mitmefookuslik pildistamine. Mitmefookuslik pildistamine ala-skaneerivates kaamerates hõlmab mitme pildi jäädvustamist erinevatel fookuskaugustel ja nende ühendamist, et luua liitpilt, kus kogu stseen on teravalt fookuses. See käsitleb stseeni erinevaid kaugusi, analüüsides ja kombineerides iga pildi fookuses olevaid alasid, mille tulemuseks on pildi detailsem esitus. Jällegi, kasutadesjagajaTDI-anduri jagamine kaheks (22,5 mm) või kolmeks (15,0 mm) tükiks võib võimaldada mitmefookusliku pildi saamist kiiremini kui pindalaskaneerimisega. Kõrgema järgu mitmefookuslike piltide (z-virnad 6 või rohkem) puhul jääb pindalaskaneerimine tõenäoliselt kiireimaks pildistamistehnikaks.
Järeldused
See tehniline märkus kirjeldab alade skaneerimise ja TDI-tehnoloogia erinevusi suurte alade skaneerimisel. Joonskaneerimise ja sCMOS-tundlikkuse ühendamise abil saavutab TDI kiire ja kvaliteetse pildistamise ilma katkestusteta, ületades traditsioonilisi alade skaneerimise meetodeid, nagu plaatide ja õmbluste tegemine. Hinnake meie veebikalkulaatori kasutamise eeliseid, võttes arvesse selles dokumendis esitatud erinevaid eeldusi. TDI on võimas tööriist tõhusaks pildistamiseks, millel on suur potentsiaal pildistamisaja lühendamiseks nii standardsete kui ka täiustatud pildistamistehnikate puhul.Kui soovite näha, kas TDI-kaamera või pindalaga skaneeriv kaamera sobiks teie rakendusega ja parandaks teie jäädvustamisaega, võtke meiega juba täna ühendust.
