25/08/08Yn yndustriële en wittenskiplike ôfbylding is it fêstlizzen fan fluch bewegende objekten ûnder omstannichheden mei leech ljocht in konstante útdaging. Dêr komme Time Delay Integration (TDI)-kamera's yn byld. TDI-technology kombinearret bewegingssynchronisaasje en meardere eksposysjes om útsûnderlike gefoelichheid en ôfbyldingsdúdlikens te leverjen, foaral yn omjouwings mei hege snelheid.
Wat is in TDI-kamera?
In TDI-kamera is in spesjalisearre line-scan-kamera dy't bylden fan bewegende objekten fêstleit. Oars as standert gebietscan-kamera's dy't in hiel frame tagelyk bleatstelle, ferskowe TDI-kamera's lading fan de iene rige piksels nei de oare yn syngronisaasje mei de beweging fan it objekt. Elke pikselrige sammelet ljocht as it ûnderwerp beweecht, wêrtroch't de bleatstellingstiid effektyf fergruttet en de sinjaalsterkte ferbettere wurdt sûnder bewegingswazigens yn te fieren.
Dizze ladingsyntegraasje fergruttet de sinjaal-lûdsferhâlding (SNR) dramatysk, wêrtroch TDI-kamera's ideaal binne foar tapassingen mei hege snelheid of leech ljocht.
Hoe wurket in TDI-kamera?
De wurking fan in TDI-kamera wurdt yllustrearre yn figuer 1.
Figuer 1: Wurkwize fan Time Delay Integration (TDI) sensoren
NOAT: TDI-kamera's ferpleatse oankochte ladingen oer meardere 'stadia' yn syngronisaasje mei in bewegend ôfbyldingsûnderwerp. Elk stadium biedt in ekstra kâns om bleatsteld te wurden oan ljocht. Yllustrearre troch in heldere 'T' dy't oer in kamera beweecht, mei in 5-kolommen by 5-stadia segmint fan in TDI-sensor. Tucsen Dhyana 9KTDI mei hybride CCD-styl ladingbeweging mar CMOS-styl parallelle útlêzing.
TDI-kamera's binne effektyf line-scan-kamera's, mei ien wichtich ferskil: ynstee fan ien rige piksels dy't gegevens sammelje as kamera's oer in ôfbyldingsûnderwerp scanne wurde, hawwe TDI-kamera's meardere rigen, bekend as 'stadia', oant typysk 256.
Dizze rigen foarmje lykwols gjin 2-diminsjonaal byld lykas in gebietscankamera. Ynstee dêrfan, as in skend ôfbyldingsûnderwerp oer de kamerasensor beweecht, skowe de detektearre fotoelektronen binnen elke piksel nei de folgjende rige yn syngronisaasje mei de beweging fan it ôfbyldingsûnderwerp, sûnder noch útlêzen te wurden. Elke ekstra rige biedt dan in ekstra kâns om it ôfbyldingsûnderwerp oan ljocht bleat te stellen. Pas as in ôfbyldingsplak de lêste rige piksels fan 'e sensor berikt, wurdt dy rige dan trochjûn oan 'e útlêsarsjitektuer foar mjitting.
Dêrom, nettsjinsteande meardere mjittingen dy't plakfine oer de kamerastadia, wurdt mar ien eksimplaar fan 'e kameralêsrûs yntrodusearre. In 256-stadiums TDI-kamera hâldt it stekproef 256 kear langer yn sicht, en hat dêrom 256 kear langere bleatstellingstiid as de lykweardige line-scankamera. In lykweardige bleatstellingstiid mei in gebietscankamera soe ekstreme bewegingswazigens opleverje, wêrtroch't de ôfbylding nutteloos wurdt.
Wannear kin TDI brûkt wurde?
TDI-kamera's binne in poerbêste oplossing foar elke ôfbyldingstapassing wêr't it ôfbyldingsûnderwerp yn beweging is relatyf oan 'e kamera, mits de beweging unifoarm is oer it sicht fan 'e kamera.
De tapassingen fan TDI-ôfbylding omfetsje dêrom, oan 'e iene kant, al dy fan line-scanning wêrby't 2-diminsjonale ôfbyldings foarme wurde, wylst se gruttere snelheden, folle ferbettere gefoelichheid foar leech ljocht, bettere ôfbyldingskwaliteit, of alle trije tagelyk bringe. Oan 'e oare kant binne d'r in protte ôfbyldingstechniken dy't gebietscan-kamera's brûke wêrby't TDI-kamera's brûkt wurde kinne.
Foar sCMOS TDI mei hege gefoelichheid kin 'tile and stitch'-ôfbylding yn biologyske fluoreszinsjemikroskopie útfierd wurde mei in non-stop scan fan it poadium ynstee fan tiling. Of alle TDI kinne goed geskikt wêze foar ynspeksjetapassingen. In oare wichtige tapassing foar TDI is ôfbyldingsflowcytometry, wêrby't fluoreszinsjeôfbyldings fan sellen wurde makke as se in kamera passearje wylst se troch in mikrofluidysk kanaal streame.
Foar- en neidielen fan sCMOS TDI
Foardielen
● Kin 2-dimensjonale ôfbyldings fan willekeurige grutte mei hege snelheid fêstlizze by it scannen oer in ôfbyldingsûnderwerp.
● Meardere TDI-stadia, leech lûd en hege QE kinne liede ta in drastysk hegere gefoelichheid as line-scan-kamera's.
● Hiel hege útlêssnelheden kinne berikt wurde, bygelyks oant 510.000Hz (rigels per sekonde), foar in ôfbylding fan 9.072 piksels breed.
●Ferljochting hoecht mar 1-diminsjonaal te wêzen en hoecht gjin flakfjild- of oare korreksjes yn 'e twadde (skande) diminsje te fereaskjen. Derneist kinne langere eksposysjetiden yn ferliking mei line-scan flikkering fanwegen AC-ljochtboarnen 'glêd meitsje'.
● Bewegjende bylden kinne sûnder bewegingswazigens en mei hege snelheid en gefoelichheid makke wurde.
●It scannen fan grutte gebieten kin folle rapper wêze as gebietscankamera's.
● Mei avansearre software of triggerynstellingen kin in 'gebietscan-eftige' modus in oersjoch fan 'e gebietscan jaan foar fokus en ôfstimming.
Neidielen
● Noch hegere rûs as konvinsjonele sCMOS-kamera's, wat betsjut dat tapassingen mei ultra-leech ljocht bûten berik binne.
● Fereasket spesjalistyske ynstellingen mei avansearre triggering om de beweging fan it ôfbyldingsûnderwerp te syngronisearjen mei it scannen fan 'e kamera, tige fyn kontrôle oer bewegingssnelheid, of krekte foarsizzing fan snelheid om syngronisaasje mooglik te meitsjen.
● As in nije technology binne der op it stuit mar in pear oplossingen foar hardware- en software-ymplemintaasje.
sCMOS TDI dy't by leech ljocht wurket
Wylst TDI as ôfbyldingstechnyk foarôfgiet oan digitale ôfbylding, en lang lyn line scan yn prestaasjes oertroffen hat, hawwe TDI-kamera's pas yn 'e lêste jierren de gefoelichheid krigen dy't nedich is om de tapassingen by leech ljocht te berikken dy't normaal de gefoelichheid fan wittenskiplike kwaliteit fereaskje soene.sCMOS-kamera's.
'sCMOS TDI' kombinearret de CCD-styl beweging fan ladingen oer de sensor mei sCMOS-styl útlêzing, mei efterferljochte sensoren beskikber. Eardere CCD-basearre of suver CMOS-basearre* TDI-kamera's hienen in drastysk stadiger útlêzing, lytsere pikseltellingen, minder stadia en lêsrûs tusken 30e- en >100e-. Yn tsjinstelling, sCMOS TDI lykas de TucsenDhyana 9KTDI sCMOS-kamerabiedt lêsrûs fan 7.2e-, kombineare mei hegere kwantumeffisjinsje troch efterferljochting, wêrtroch gebrûk fan TDI mooglik is yn tapassingen mei signifikant leger ljochtnivo's as earder mooglik.
Yn in protte tapassingen kinne de langere bleatstellingstiden dy't mooglik makke wurde troch it TDI-proses mear as kompensearje foar de tanimming fan lêsrûs yn ferliking mei sCMOS-gebietscankamera's fan hege kwaliteit mei lêsrûs tichtby 1e-.
Algemiene tapassingen fan TDI-kamera's
TDI-kamera's wurde fûn yn in protte yndustryen dêr't presyzje en snelheid like wichtich binne:
● Ynspeksje fan healgeleiderwafers
● Testen fan flatscreen-displays (FPD)
● Webynspeksje (papier, film, folie, tekstyl)
● Röntgenscanning yn medyske diagnostyk of bagaazjescreening
● Scannen fan dia's en multi-putplaten yn digitale patology
● Hyperspektrale ôfbylding yn ôfstânswaarneming of lânbou
● PCB- en elektroanika-ynspeksje yn SMT-linen
Dizze applikaasjes profitearje fan it ferbettere kontrast, de snelheid en de dúdlikens dy't TDI-ôfbylding biedt ûnder beheiningen yn 'e echte wrâld.
Foarbyld: Scannen fan dia's en multi-wellplaten
Lykas neamd, is ien tapassing mei wichtige belofte foar sCMOS TDI-kamera's it stitchen fan tapassingen, ynklusyf it scannen fan dia's of multi-well platen. It scannen fan grutte fluoreszinte of helderfjildmikroskopie-samples mei 2-dimensionale gebietskamera's is ôfhinklik fan it stitchen fan in raster fan ôfbyldings foarme út meardere bewegingen fan in XY-mikroskooptafel. Elke ôfbylding fereasket dat de tafel stopet, stilstiet en dan opnij starte, tegearre mei elke fertraging fan 'e rôljende sluter. TDI, oan 'e oare kant, kin ôfbyldings krije wylst de tafel yn beweging is. De ôfbylding wurdt dan foarme út in lyts oantal lange 'strips', dy't elk de heule breedte fan it sample bedekke. Dit kin potinsjeel liede ta drastysk hegere akwisysjesnelheden en gegevenstrochfier yn alle stitch-tapassingen, ôfhinklik fan 'e ôfbyldingsomstannichheden.
De snelheid wêrmei't it poadium bewege kin is omgekeerd evenredich mei de totale eksposysjetiid fan 'e TDI-kamera, dus koarte eksposysjetiden (1-20ms) biede de grutste ferbettering yn ôfbyldingssnelheid yn ferliking mei gebietscankamera's, wat dan kin liede ta in oarder fan grutte of gruttere fermindering fan 'e totale akwisysjetiid. Foar langere eksposysjetiden (bygelyks > 100ms) kin gebietscan meastentiids in tiidsfoardiel behâlde.
In foarbyld fan in tige grutte (2 Gigapixel) fluoreszinsjemikroskopie-ôfbylding dy't yn mar tsien sekonden foarme is, wurdt werjûn yn figuer 2. In lykweardige ôfbylding dy't foarme is mei in gebietsscankamera kin nei alle gedachten ferskate minuten duorje.
Figuer 2: 2 Gigapixel-ôfbylding foarme yn 10 sekonden troch TDI-scannen en -stitching
NOAT: Ofbylding mei 10x fergrutting krigen mei de Tucsen Dhyana 9kTDI fan markearstiftpunten besjoen mei fluoreszinsjemikroskopie. Ferkrigen yn 10 sekonden mei in bleatstellingstiid fan 3,6 ms. Ofbyldingsôfmjittings: 30 mm x 17 mm, 58.000 x 34.160 piksels.
TDI syngronisearje
De syngronisaasje fan in TDI-kamera mei it ûnderwerp dat ôfbylde wurdt (oant in pear persint) is essensjeel - snelheidsmismatch sil liede ta in 'bewegingswazigens'-effekt. Dizze syngronisaasje kin op twa manieren dien wurde:
FoarsizzendDe kamerasnelheid wurdt ynsteld om oerien te kommen mei de bewegingssnelheid basearre op kennis fan 'e bewegingssnelheid fan it stekproef, optyk (fergrutting) en pikselgrutte fan 'e kamera. Of fallen en opstean.
AktivearreIn protte mikroskooppodia, gantries en oare apparatuer om ôfbyldingsûnderwerpen te ferpleatsen kinne encoders befetsje dy't in triggerpuls nei de kamera stjoere foar in bepaalde bewegingsôfstân. Dit makket it mooglik dat it poadium/gantry en de kamera syngronisearre bliuwe, nettsjinsteande de bewegingssnelheid.
TDI-kamera's tsjin Line Scan- en Area Scan-kamera's
Hjir is hoe't TDI him ferhâldt ta oare populêre ôfbyldingstechnologyen:
| Eigenskip | TDI-kamera | Line Scan Kamera | Gebietsscankamera |
| Gefoelichheid | Hiel heech | Medium | Leech oant Medium |
| Ofbyldingskwaliteit (beweging) | Treflik | Goed | Wazig by hege snelheden |
| Ferljochtingseasken | Leech | Medium | Heech |
| Bewegingskompatibiliteit | Uitstekend (as syngronisearre) | Goed | Earm |
| Bêste foar | Hege snelheid, leech ljocht | Fluch bewegende objekten | Statyske of stadige sênes |
TDI is de dúdlike kar as de sêne rap beweecht en it ljochtnivo beheind is. Line-scan is in stap leger yn gefoelichheid, wylst gebietscan better is foar ienfâldige of stasjonêre opstellingen.
De juste TDI-kamera kieze
By it kiezen fan in TDI-kamera, beskôgje it folgjende:
● Oantal TDI-stadia: Mear stadia ferheegje SNR, mar ek kosten en kompleksiteit.
● Sensortype: sCMOS hat de foarkar fanwegen syn snelheid en lege rûs; CCD kin noch geskikt wêze foar guon âlde systemen.
● Ynterface: Soargje foar kompatibiliteit mei jo systeem—Camera Link, CoaXPress, en 10GigE binne gewoane opsjes, 100G CoF en 40G CoF binne ûntstien as nije trends.
● Spektrale respons: Kies tusken monochroom, kleur of tichtby-ynfraread (NIR) op basis fan de tapassingsbehoeften.
● Syngronisaasje-opsjes: Sykje nei funksjes lykas encoder-ynputs of eksterne trigger-stipe foar bettere bewegingsôfstimming.
As jo applikaasje giet om delikate biologyske samples, hege-snelheidsynspeksje, of omjouwings mei leech ljocht, is sCMOS TDI wierskynlik de juste kar.
Konklúzje
TDI-kamera's fertsjintwurdigje in krêftige evolúsje yn ôfbyldingstechnology, foaral as se boud binne op sCMOS-sensoren. Troch bewegingssynchronisaasje te kombinearjen mei multi-line-yntegraasje, biede se ongeëvenaarde gefoelichheid en dúdlikens foar dynamyske sênes mei leech ljocht.
Oft jo no wafers ynspektearje, dia's scannen of hege-snelheidsynspeksjes útfiere, begryp fan hoe't TDI wurket kin jo helpe om de bêste oplossing te kiezen tuskenwittenskiplike kamera'sfoar jo útdagings mei ôfbyldings.
FAQ
Kinne TDI-kamera's wurkje yn gebietscanmodus?
TDI-kamera's kinne (tige tinne) 2-diminsjonale ôfbyldings meitsje yn in 'gebietscan-eftige' modus, berikt troch in trúk fan sensortiming. Dit kin nuttich wêze foar taken lykas fokus en útrjochting.
Om in 'gebietscan-eksposysje' te begjinnen, wurdt de sensor earst 'wiskmakke' troch de TDI teminsten safolle stappen foarút te setten as de kamera stadia hat, sa fluch mooglik, en dan te stopjen. Dit wurdt berikt fia softwarekontrôle, of hardware-triggering, en wurdt ideaal útfierd yn it tsjuster. Bygelyks, in kamera mei 256 stadia moat teminsten 256 rigels lêze, en dan stopje. Dizze 256 rigels oan gegevens wurde fuortsmiten.
Wylst de kamera net aktivearre wurdt of linen net útlêzen wurde, gedraacht de sensor him krekt as in gebietsscansensor dy't in ôfbylding bleatstelt.
De winske eksposysjetiid moat dan ferrinne mei de kamera yn stilstân, foardat de kamera wer op syn minst it oantal stadia foarút giet, wêrby't elke rigel fan 'e krekt makke ôfbylding útlêzen wurdt. Nochris, ideaal moat dizze 'útlêsfaze' yn it tsjuster plakfine.
Dizze technyk kin werhelle wurde om in 'live foarbyld' of in sekwinsje fan gebietscanôfbyldings te jaan mei minimale ferfoarming en wazigens fan 'e TDI-operaasje.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Alle rjochten foarbehâlden. By it sitearjen, neam asjebleaft de boarne:www.tucsen.com
