23/10/10Tiidfertraging en yntegraasje (TDI) is in metoade foar it fêstlizzen fan ôfbyldings dy't boud is op it prinsipe fan line-scanning, wêrby't in searje iendiminsjonale ôfbyldings fêstlein wurde om in ôfbylding te generearjen troch de beweging fan 'e stekproef te timingjen en de ôfbyldingsplakken fêst te lizzen troch te triggerjen. Hoewol dizze technology al tsientallen jierren bestiet, is it typysk assosjeare mei tapassingen mei lege gefoelichheid, lykas webynspeksje.
In nije generaasje kamera's hat de gefoelichheid fan sCMOS kombinearre mei de snelheid fan TDI om ôfbyldings fan gelikense kwaliteit as gebietscan oan te bieden, mar mei de mooglikheid foar in folle rapper trochfier. Dit is benammen dúdlik yn situaasjes wêr't ôfbyldings fan grutte samples yn omstannichheden mei leech ljocht nedich binne. Yn dizze technyske notysje sketse wy hoe't TDI-scannen wurket, en fergelykje wy de ôfbyldingstiid mei in fergelykbere technyk foar it scannen fan grutte gebieten, tile & stitch-ôfbylding.
Fan line-scanning nei TDI
Line scan imaging is in ôfbyldingstechnyk dy't in inkele line piksels (in kolom of poadium neamd) brûkt om in stik fan in ôfbylding te nimmen wylst in stekproef yn beweging is. Mei elektryske triggermeganismen wurdt in inkele 'stik' fan in ôfbylding nommen as it stekproef de sensor passearret. Troch de triggersnelheid fan 'e kamera te skalearjen om it byld yn stap mei de beweging fan it stekproef fêst te lizzen en in framegrabber te brûken om dizze ôfbyldings fêst te lizzen, kinne se oaninoar naaid wurde om it byld te rekonstruearjen.
TDI-ôfbylding bout op dit prinsipe fan ôfbyldingsregistraasje fan in stekproef, mar brûkt meardere stadia om it oantal fongen fotoelektronen te ferheegjen. As it stekproef elke stadia passearret, wurdt mear ynformaasje sammele en tafoege oan de besteande fotoelektronen dy't troch eardere stadia fongen binne en yn in ferlykber proses as CCD-apparaten mingd binne. As it stekproef oer de lêste stadia giet, wurde de sammele fotoelektronen nei in útlêzing stjoerd, en it yntegreare sinjaal oer it berik wurdt brûkt om in ôfbyldingsplak te generearjen. Yn figuer 1 wurdt ôfbyldingsregistraasje op in apparaat mei fiif TDI-kolommen (stadia) werjûn.
Figuer 1: in animearre foarbyld fan ôfbyldingsregistraasje mei TDI-technology. In stekproef (blauwe T) wurdt oer in TDI-ôfbyldingsregistraasjeapparaat (in kolom fan 5 piksels, 5 TDI-stadia) trochjûn, en fotoelektronen wurde yn elke etappe fongen en tafoege oan it sinjaalnivo. In útlêzing konvertearret dit nei in digitale ôfbylding.
1a: De ôfbylding (in blauwe T) wurdt op it poadium yntrodusearre; de T is yn beweging lykas te sjen is op it apparaat.
1b: As de T de earste etappe passearret, wurdt de TDI-kamera aktivearre om fotoelektronen te akseptearjen dy't troch de piksels fongen wurde as se de earste etappe op 'e TDI-sensor reitsje. Elke kolom hat in searje piksels dy't fotoelektronen yndividueel fange.
1c: Dizze fongen fotoelektronen wurde nei de twadde etappe brocht, dêr't elke kolom syn sinjaalnivo nei de folgjende etappe ferpleatst.
1d: Yn 'e tiid mei de beweging fan 'e ôfstân fan ien piksel fan it stekproef, wurdt in twadde set fotoelektronen fêstlein yn stadium twa, en tafoege oan 'e earder fêstleine, wêrtroch it sinjaal fergruttet. Yn stadium 1 wurdt in nije set fotoelektronen fêstlein, dy't oerienkomt mei it folgjende stik ôfbyldingsmateriaal.
1e: De ôfbyldingsregistraasjeprosessen dy't beskreaun binne yn stap 1d wurde werhelle as de ôfbylding foarby de sensor giet. Dit bouwt in sinjaal op fan fotoelektronen út 'e stappen. It sinjaal wurdt trochjûn oan in útlêzing, dy't it fotoelektronsinjaal omset yn in digitale útlêzing.
1f: De digitale útlêzing wurdt werjûn as in ôfbylding kolom foar kolom. Dit makket digitale rekonstruksje fan in ôfbylding mooglik.
Omdat it TDI-apparaat tagelyk fotoelektronen fan it iene stadium nei it oare kin trochjaan, en nije fotoelektronen fan it earste stadium kin fêstlizze wylst it stekproef yn beweging is, kin it oantal fêstleine rigen fan 'e ôfbylding effektyf ûneinich wêze. De triggerraten, dy't it oantal kearen bepale dat ôfbylding fêstlein wurdt (fig. 1a), kinne yn 'e oarder fan hûnderten kHz wêze.
Yn it foarbyld fan figuer 2 waard in mikroskoopglaasje fan 29 x 17 mm yn 10,1 sekonden fêstlein mei in TDI-kamera fan 5 µm piksels. Sels by wichtige zoomnivo's is it nivo fan wazigens minimaal. Dit is in enoarme foarútgong op foargeande generaasjes fan dizze technology.
Foar fierdere details toant tabel 1 de represintative ôfbyldingstiid foar in searje mienskiplike stekproefgruttes by 10, 20 en 40x zoom.
Figuer 2: In ôfbylding fan in fluoreszearjend stekproef fêstlein mei in Tucsen 9kTDI. Bleatstelling 10 ms, fêstlizzende tiid 10.1 s.
Tabel 1: Matrix fan opnametiid fan ferskate stekproefgruttes (sekonden) mei in Tucsen 9kTDI-kamera op in motorisearre poadium fan 'e Zaber MVR-searje by 10, 20 en 40 x foar in eksposysjetiid fan 1 en 10 ms.
Ofbylding fan gebietsscan
Gebietsscanôfbylding yn sCMOS-kamera's omfettet it tagelyk fêstlizzen fan in folsleine ôfbylding mei in 2-dimensionale array fan piksels. Elke piksel fangt ljocht, konvertearret it nei elektryske sinjalen foar direkte ferwurking en foarmet in folsleine ôfbylding mei hege resolúsje en snelheid. De grutte fan in ôfbylding dy't yn ien eksposysje fêstlein wurde kin, wurdt bepaald troch de pikselgrutte, de fergrutting en it oantal piksels yn in array, per (1)
Foar in standert array wurdt it sichtfjild jûn troch (2)
Yn gefallen dêr't in stekproef te grut is foar it sichtfjild fan in kamera, kin in ôfbylding makke wurde troch de ôfbylding te skieden yn in raster fan ôfbyldings fan 'e grutte fan it sichtfjild. It fêstlizzen fan dizze ôfbyldings folget in patroan, wêrby't it poadium nei in posysje op it raster beweecht, it poadium stil komt te lizzen, en dan wurdt de ôfbylding fêstlein. By rolling shutter-kamera's is der in ekstra wachttiid wylst de sluter draait. Dizze ôfbyldings kinne fêstlein wurde troch de posysje fan 'e kamera te ferpleatsen en se oaninoar te naaien. Figuer 3 lit in grutte ôfbylding sjen fan in minsklike sel ûnder fluoreszinsjemikroskopie, foarme troch 16 lytsere ôfbyldings oaninoar te naaien.
Figuer 3: In dia fan in minsklike sel dy't fêstlein wurdt troch in gebietscankamera mei tile & stitch-ôfbylding.
Yn 't algemien sil it oplossen fan mear details fereaskje dat mear ôfbyldings generearre en oaninoar naaid wurde op dizze manier. Ien oplossing hjirfoar is om te brûkengrutformaat kamera scannen, dy't grutte sensoren hat mei in hege pikseltelling, yn kombinaasje mei spesjalisearre optika, wêrtroch in gruttere hoemannichte detail fêstlein wurde kin.
Ferliking tusken TDI en gebietsscannen (Tile & Stitch)
Foar it scannen fan grutte gebieten fan samples binne sawol Tile & Stitch as TDI-scannen geskikte oplossingen, mar troch de bêste metoade te selektearjen is it mooglik om de tiid dy't nedich is om in sample te scannen signifikant te ferminderjen. Dizze tiidbesparring wurdt generearre troch it fermogen fan TDI-scannen om in bewegend sample te fangen; it fuortheljen fan de fertragingen dy't ferbûn binne mei it setten fan it poadium en de timing fan it rôljen fan 'e sluter dy't ferbûn is mei tile & stitch-ôfbylding.
Figuer 4 fergeliket de stops (grien) en bewegingen (swarte linen) dy't nedich binne om in ôfbylding fan in minsklike sel te meitsjen yn sawol tile & stitch (lofts) as TDI (rjochts) scannen. Troch de needsaak om te stopjen en de ôfbylding opnij út te rjochtsjen yn TDI-ôfbylding te ferwiderjen, is it mooglik om de ôfbyldingstiid signifikant te ferminderjen, mits de bleatstellingstiid leech is <100 ms.
Tabel 2 lit in útwurke foarbyld sjen fan scannen tusken in 9k TDI en in standert sCMOS-kamera.
Figuer 4: In scanmotyf fan 'e fêstlegging fan in minsklike sel ûnder fluoreszinsje dy't tile and stitch (lofts) en TDI-ôfbylding (rjochts) sjen lit.
Tabel 2: Ferliking fan gebietscan en TDI-ôfbylding foar in 15 x 15 mm stekproef mei in 10x objektivlens en 10 ms eksposysjetiid.
Hoewol TDI in fantastysk potinsjeel biedt foar ferhege snelheid fan ôfbyldingsfêstlizzen, binne d'r nuânses oan it gebrûk fan dizze technology. Foar hege belichtingstiden (> 100 ms) wurdt it belang fan 'e tiid dy't ferlern giet oan 'e bewegings- en delsettingsaspekten fan gebietscan fermindere yn ferliking mei belichtingstiid. Yn sokke gefallen kinne gebietscankamera's fermindere scantiden biede yn ferliking mei TDI-ôfbylding. Om te sjen oft TDI-technology jo foardielen kin biede boppe jo hjoeddeistige opset,kontakt mei ús opnimmefoar in fergelikingsrekkenmasine.
Oare applikaasjes
In protte ûndersyksfragen fereaskje mear ynformaasje as ien ôfbylding, lykas mearkanaals- of multifokusôfbyldingsakwisysje.
Mearkanaalsôfbylding yn in gebietscankamera omfettet it tagelyk meitsjen fan ôfbyldings mei meardere golflingten. Dizze kanalen komme typysk oerien mei ferskate golflingten fan ljocht, lykas read, grien en blau. Elk kanaal fangt spesifike golflingte- of spektrale ynformaasje fan 'e sêne. De kamera kombinearret dizze kanalen dan om in full-color of multispektrale ôfbylding te generearjen, wêrtroch in wiidweidiger sicht op 'e sêne ûntstiet mei ûnderskate spektrale details. Yn gebietscankamera's wurdt dit berikt troch aparte eksposysjes, mar mei TDI-ôfbylding kin in splitter brûkt wurde om de sensor yn meardere dielen te skieden. It splitsen fan in 9kTDI (45 mm) yn 3 x 15,0 mm sensoren sil noch altyd grutter wêze as in standert sensor (6,5 µm pikselbreedte, 2048 piksels) breedte fan 13,3 mm. Boppedat, om't TDI allinich ferljochting fereasket op it diel fan it stekproef dat ôfbylde wurdt, kinne de scans rapper syklusearre wurde.
In oar gebiet dêr't dit it gefal wêze kin, is by multifokusôfbylding. Multifokusôfbylding yn gebietscankamera's omfettet it meitsjen fan meardere ôfbyldings op ferskillende fokusôfstannen en it mingen dêrfan om in gearstalde ôfbylding te meitsjen mei de hiele sêne yn skerpe fokus. It behannelet ferskate ôfstannen yn in sêne troch it analysearjen en kombinearjen fan yn-fokusgebieten fan elke ôfbylding, wat resulteart yn in detaillearre werjefte fan in ôfbylding. Nochris, troch it brûken fan insplitterom de TDI-sensor yn twa (22,5 mm) of trije (15,0 mm) stikken te ferdielen, kin it mooglik wêze om in multifokusôfbylding rapper te krijen as in lykweardich gebietscan. Foar multifokus fan hegere oarder (z-stapels fan 6 of mear) sil gebietscan lykwols wierskynlik de rapste ôfbyldingstechnyk bliuwe.
Konklúzjes
Dizze technyske notysje sketst de ferskillen tusken gebietsscannen en TDI-technology foar it scannen fan grutte gebieten. Troch it gearfoegjen fan linescannen en sCMOS-gefoelichheid berikt TDI rappe, heechweardige ôfbylding sûnder ûnderbrekkings, en oertreft tradisjonele gebietsscanningmetoaden lykas tile & stitch. Beoardielje de foardielen fan it brûken fan ús online rekkenmasine, rekken hâldend mei ferskate oannames dy't yn dit dokumint sketst binne. TDI stiet as in krêftich ark foar effisjinte ôfbylding mei in grut potinsjeel foar it ferminderjen fan ôfbyldingstiden yn sawol standert as avansearre ôfbyldingstechniken.As jo wolle sjen oft in TDI-kamera of gebietscankamera by jo tapassing past en jo opnametiid ferbetterje kin, nim dan hjoed noch kontakt mei ús op.
