2010/10/23Denbora-atzerapena eta integrazioa (TDI) irudiak harrapatzeko metodo bat da, lerro-eskaneatzearen printzipioan oinarritua, non irudi unidimentsionalen serie bat hartzen den irudi bat sortzeko, laginaren mugimendua denboratuz eta irudi-xerra harrapaketa abiaraztearen bidez eginez. Teknologia hau hamarkadetan zehar erabili den arren, normalean sentikortasun txikiko aplikazioekin lotu izan da, hala nola web ikuskapenarekin.
Kamera belaunaldi berri batek sCMOS-en sentikortasuna TDI-ren abiadurarekin konbinatu du, eremu-eskaneatzearen kalitate bereko irudi-harrapaketa eskaintzeko, baina magnitude-ordenako errendimendu azkarragoa lortzeko aukerarekin. Hori bereziki agerikoa da argi gutxiko baldintzetan lagin handien irudiak behar diren egoeretan. Ohar tekniko honetan, TDI eskaneatzeak nola funtzionatzen duen azaltzen dugu, eta irudiak harrapatzeko denbora eremu handiko eskaneatze-teknika batekin alderatzen dugu, teila eta puntuzko irudiekin.
Lerro-eskaneatzeatik TDIra
Lerro-eskaneatzeko irudigintza teknika bat da, pixel lerro bakarra (zutabe edo etapa deiturikoa) erabiltzen duena irudi baten zati bat hartzeko lagina mugimenduan dagoen bitartean. Abiarazte-mekanismo elektrikoak erabiliz, irudi baten "zati" bakarra hartzen da lagina sentsoretik igarotzean. Kameraren abiarazte-tasa eskalatuz irudia laginaren mugimenduarekin batera ateratzeko eta fotograma-harrapatzaile bat erabiliz irudi hauek ateratzeko, elkarrekin josi daitezke irudia berreraikitzeko.
TDI irudigintza lagin baten irudi-harrapaketaren printzipio honetan oinarritzen da, baina hainbat etapa erabiltzen ditu harrapatutako fotoelektroien kopurua handitzeko. Laginak etapa bakoitza igaro ahala, informazio gehiago biltzen da eta aurreko etapetan harrapatutako fotoelektroiei gehitzen zaie, eta CCD gailuen antzeko prozesu batean nahasten dira. Lagina azken etapatik igarotzen den heinean, bildutako fotoelektroiak irakurgailu batera bidaltzen dira, eta tarte osoko seinale integratua irudi-xerra bat sortzeko erabiltzen da. 1. irudian, bost TDI zutabe (etapa) dituen gailu batean irudi-harrapaketa erakusten da.
1. irudia: TDI teknologia erabiliz irudiak harrapatzeko adibide animatua. Lagin bat (T urdina) TDI irudiak harrapatzeko gailu batetik pasatzen da (5 pixeleko zutabe bat, 5 TDI etapa), eta fotoelektroiak etapa bakoitzean harrapatzen dira eta seinale mailara gehitzen dira. Irakurketa batek irudi digital bihurtzen du hau.
1a: Irudia (T urdin bat) eszenatokira aurkezten da; T-a mugimenduan dago gailuan agertzen den bezala.
1b: T-ak lehen etapa igarotzen duenean, TDI kamerak TDI sentsorearen lehen etapara iristen diren pixelek harrapatzen dituzten fotoelektroiak onartzeko aktibatzen da. Zutabe bakoitzak fotoelektroiak banan-banan harrapatzen dituzten pixel sorta bat du.
1c: Harrapatutako fotoelektroi hauek bigarren fasera nahasten dira, eta zutabe bakoitzak bere seinale maila hurrengo fasera eramaten du.
1d: Laginaren pixel bateko distantziaren mugimenduarekin batera, bigarren fasean bigarren fotoelektroi multzo bat harrapatzen da, eta aurretik hartutakoei gehitzen zaie, seinalea handituz. 1. fasean, fotoelektroi multzo berri bat harrapatzen da, irudi-harrapaketaren hurrengo zatiari dagokiona.
1e: 1d fasean deskribatutako irudiak harrapatzeko prozesuak errepikatzen dira irudia sentsoretik igarotzen den heinean. Horrek seinale bat sortzen du etapetako fotoelektroietatik. Seinalea irakurgailu batera pasatzen da, eta honek fotoelektroi-seinalea irakurgailu digital bihurtzen du.
1f: Irakurketa digitala irudi zutabeka bistaratzen da. Horri esker, irudi baten berreraikuntza digitala egin daiteke.
TDI gailuak fotoelektroiak etapa batetik bestera aldi berean pasatzeko eta lagina mugimenduan dagoen bitartean lehenengo etapatik fotoelektroi berriak hartzeko gai denez, irudia infinitua izan daiteke hartutako errenkada kopuruan. Abiarazle-tasak, irudia zenbat aldiz harrapatzen den zehazten dutenak (1a irudia), ehunka kHz-ko ordenakoak izan daitezke.
2. irudiko adibidean, 29 x 17 mm-ko mikroskopio-diapositiba bat 10,1 segundotan hartu zen 5 µm-ko pixeleko TDI kamera bat erabiliz. Zoom-maila esanguratsuetan ere, lausotasun-maila minimoa da. Honek aurrerapen handia adierazten du teknologia honen aurreko belaunaldiekin alderatuta.
Xehetasun gehiago lortzeko, 1. taulan 10, 20 eta 40x zoom-arekin ohiko lagin-tamainen serie baten irudi-denbora adierazgarria erakusten da.
2. irudia: Tucsen 9kTDI batekin hartutako fluoreszente lagin baten irudia. Esposizioa 10 ms, harrapaketa denbora 10,1 s.
1. taula: Lagin-tamaina desberdinen harrapaketa-denboraren matrizea (segundoak), Tucsen 9kTDI kamera bat erabiliz Zaber MVR serieko plataforma motorizatu batean, 10, 20 eta 40x-tan, 1 eta 10 ms-ko esposizio-denborarako.
Eremu-eskaneatzeko irudiak
sCMOS kameretan eremu-eskaneatze bidezko irudigintzak irudi oso bat aldi berean harrapatzea dakar, 2 dimentsioko pixelen matrizea erabiliz. Pixel bakoitzak argia harrapatzen du, seinale elektriko bihurtzen du berehala prozesatzeko eta bereizmen eta abiadura handiko irudi oso bat sortzen du. Esposizio bakarrean harrapa daitekeen irudi baten tamaina pixelaren tamainaren, handitzearen eta matrizeko pixel kopuruaren araberakoa da, bakoitzeko (1)
Matrize estandar baten kasuan, ikus-eremua honela ematen da: (2)
Lagin bat kamera baten ikus-eremurako handiegia den kasuetan, irudi bat eraiki daiteke irudia ikus-eremuaren tamainako irudi-sare batean banatuz. Irudi horien harrapaketan eredu bat dago, non plataforma sareko posizio batera mugituko den, plataforma finkatuko den eta gero irudia harrapatuko den. Obturadore birakariko kameretan, itxaronaldi gehigarri bat dago obturadorea biratzen den bitartean. Irudi hauek kameraren posizioa mugitu eta elkarrekin josiz har daitezke. 3. irudiak giza zelula baten irudi handi bat erakusten du fluoreszentzia mikroskopiaren pean, 16 irudi txikiago elkarrekin josiz osatua.
3. irudia: Giza zelula baten diapositiba, teila eta puntuzko irudiak erabiliz eremu-eskaneatze kamera batek hartutakoa.
Oro har, xehetasun handiagoak ebazteko, irudi gehiago sortu eta modu honetan josi beharko dira. Horretarako irtenbide bat erabiltzea daformatu handiko kamera eskaneatzea, pixel kopuru handiko sentsore handiak dituena, optika espezializatuekin batera, xehetasun gehiago jasotzeko aukera emanez.
TDI eta eremu-eskaneatzearen (Tile & Stitch) arteko konparaketa
Laginen eremu handiko eskaneatzerako, Tile & Stitch eta TDI eskaneatzea irtenbide egokiak dira, baina metodo onena hautatuta, lagin bat eskaneatzeko behar den denbora nabarmen murriztu daiteke. Denbora aurrezpen hori TDI eskaneatzeak mugitzen ari den lagin bat harrapatzeko duen gaitasunari esker lortzen da; tile & stitch irudiekin lotutako eszenatokiaren finkapenarekin eta obturadore birakariaren denborarekin lotutako atzerapenak ezabatuz.
4. irudiak giza zelula baten irudia ateratzeko beharrezkoak diren geldialdiak (berdea) eta mugimenduak (lerro beltzak) alderatzen ditu, bai tile & stitch (ezkerrean) bai TDI (eskuinean) eskaneatzean. TDI irudigintzan irudia gelditu eta berriro lerrokatzeko beharra kenduz, irudigintza denbora nabarmen murriztu daiteke, baldin eta esposizio denbora <100 ms baxua bada.
2. taulak 9k TDI baten eta sCMOS kamera estandar baten arteko eskaneatzearen adibide bat erakusten du.
4. irudia: Giza zelula baten fluoreszentziapean harrapaketa baten eskaneatze-motiboa, teila eta puntuzko irudiak (ezkerrean) eta TDI irudiak (eskuinean) erakusten dituena.
2. taula: 15 x 15 mm-ko lagin baten eskaneatzearen eta TDI irudien konparaketa, 10x objektibo lente batekin eta 10 ms-ko esposizio denborarekin.
TDI-k irudiak hartzeko abiadura handitzeko potentzial bikaina eskaintzen duen arren, teknologia honen erabilerak ñabardurak ditu. Esposizio-denbora handietarako (>100 ms), eremu-eskaneatzearen mugimendu eta finkapen alderdietan galdutako denboraren garrantzia esposizio-denborarekin alderatuta txikiagoa da. Kasu horietan, eremu-eskaneatze kamerek eskaneatze-denbora txikiagoak eskain ditzakete TDI irudiekin alderatuta. TDI teknologiak zure egungo konfigurazioaren aldean onurak eskain diezazkizukeen ikusteko,jarri gurekin harremanetankonparazio kalkulagailu baterako.
Beste aplikazio batzuk
Ikerketa-galdera askok irudi bakar bat baino informazio gehiago behar dute, hala nola kanal anitzeko edo foku anitzeko irudien eskurapena.
Eremu-eskaneatze kamera batean kanal anitzeko irudiak aldi berean uhin-luzera anitz erabiliz harrapatzea dakar. Kanal hauek normalean argiaren uhin-luzera desberdinei dagozkie, hala nola gorria, berdea eta urdina. Kanal bakoitzak eszenaren uhin-luzera edo espektro-informazio espezifikoa jasotzen du. Kamerak kanal horiek konbinatzen ditu kolore osoko edo espektro anitzeko irudi bat sortzeko, eszenaren ikuspegi zabalagoa eskainiz, xehetasun espektral bereiziekin. Eremu-eskaneatze kameretan, hori esposizio diskretuen bidez lortzen da, baina TDI irudiekin, zatitzaile bat erabil daiteke sentsorea hainbat zatitan banatzeko. 9kTDI bat (45 mm) 3 x 15,0 mm-ko sentsoreetan banatzea oraindik ere handiagoa izango da sentsore estandar baten (6,5 µm pixel zabalera, 2048 pixel) 13,3 mm-ko zabalera baino. Gainera, TDI-k irudikatzen ari den laginaren zatian bakarrik argiztatu behar duenez, eskaneatzeak azkarrago ziklatu daitezke.
Beste arlo bat non hau gerta daitekeen foku anitzeko irudigintzan datza. Eremu-eskaneatze kameretan foku anitzeko irudigintzak foku-distantzia desberdinetan hainbat irudi hartzea eta nahastea dakar eszena osoa foku zorrotzean duen irudi konposatu bat sortzeko. Eszena bateko distantzia desberdinak jorratzen ditu irudi bakoitzeko fokuan dauden eskualdeak aztertu eta konbinatuz, irudi baten irudikapen zehatzagoa lortuz. Berriz ere, erabiliz...zatitzaileTDI sentsorea bitan (22,5 mm) edo hirutan (15,0 mm) banatzeko, baliteke foku anitzeko irudi bat azkarrago lortzea eremu-eskaneatze baliokide batekin baino. Hala ere, ordena handiagoko foku anitzekoetarako (6ko edo gehiagoko z pilaketak), eremu-eskaneatze teknika azkarrena izaten jarraituko du ziurrenik.
Ondorioak
Ohar tekniko honek eremu handiko eskaneatzerako eremu-eskaneatzearen eta TDI teknologiaren arteko desberdintasunak azaltzen ditu. Lerro-eskaneatzea eta sCMOS sentsibilitatea batuz, TDIk irudi azkarrak eta kalitate handikoak lortzen ditu etenik gabe, tile & stitch bezalako eremu-eskaneatze metodo tradizionalak gaindituz. Ebaluatu gure lineako kalkulagailua erabiltzearen abantailak, dokumentu honetan azaldutako hainbat hipotesi kontuan hartuta. TDI tresna indartsua da irudi eraginkorretarako, eta potentzial handia du irudi-teknika estandarretan zein aurreratuetan irudi-denborak murrizteko.TDI kamera edo eremu-eskaneatze kamera bat zure aplikaziorako egokia den eta zure harrapaketa-denbora hobetu dezakeen ikusi nahi baduzu, jarri gurekin harremanetan gaur.
