22/07/13’S e dòigh-obrach ìomhaighean a th’ ann an Amalachadh Dàil-Ùine (TDI) a tha ann ro ìomhaighean didseatach – ach a tha fhathast a’ toirt seachad buannachdan mòra aig fìor thoiseach ìomhaighean an-diugh. Tha dà shuidheachadh ann anns am faod camarathan TDI deàrrsadh – an dà chuid nuair a tha cuspair an ìomhaighean a’ gluasad:
1 – Tha an cuspair ìomhaighean gu nàdarrach a’ gluasad le astar cunbhalach, mar ann an sgrùdadh lìn (leithid sganadh dhuilleagan pàipeir, plastaig no aodach gluasadach airson uireasbhaidhean agus milleadh), loidhnichean cruinneachaidh, no meanbh-shruthan agus sruthan lionn.
2 – Cuspairean statach a dh’ fhaodadh camara a ghluasad bho àite gu àite a thogail, le bhith a’ gluasad a’ chuspair no a’ chamara. Nam measg tha sganadh sleamhnagan miocroscop, sgrùdadh stuthan, sgrùdadh pannal rèidh msaa.
Ma dh’ fhaodadh gin de na suidheachaidhean sin a bhith buntainneach ri d’ ìomhaighean, cuidichidh an duilleag-lìn seo thu gus beachdachadh an gabhadh spionnadh a thoirt don ìomhaighean agad le bhith ag atharrachadh bho chamarathan ‘sganadh sgìre’ dà-thaobhach àbhaisteach gu camarathan TDI Sganadh Loidhne.
An duilgheadas le Sgannadh-Area & Targaidean Gluasadach
● Doilleireachd Gluasaid
Tha cuid de chuspairean ìomhaighean a’ gluasad le feum, mar eisimpleir ann an sgrùdadh sruth-shruth no lìn. Ann an tagraidhean eile, leithid sganadh sleamhnagan agus sgrùdadh stuthan, faodaidh a bhith a’ cumail a’ chuspair a’ gluasad gu math nas luaithe agus nas èifeachdaiche na stad a chuir air gluasad airson gach ìomhaigh a gheibhear. Ach, airson camarathan sganaidh-raoin, ma tha an cuspair ìomhaighean a’ gluasad an coimeas ris a’ chamara, faodaidh seo dùbhlan a thoirt seachad.
Doilleireachd gluasaid a’ saobhadh ìomhaigh de charbad gluasadach
Ann an suidheachaidhean le solas cuibhrichte no far a bheil feum air càileachd ìomhaigh àrd, is dòcha gum biodh ùine nochdaidh camara fada ag iarraidh. Ach, sgaoilidh gluasad a’ chuspair an solas aige thairis air iomadh piogsail camara rè an nochdaidh, ag adhbhrachadh ‘blur gluasad’. Faodar seo a lughdachadh le bhith a’ cumail nochdaidhean glè ghoirid – fo an ùine a bheireadh e do phuing air a’ chuspair piogsail camara a thrasg. Is e seo anunmar as trice air cosgais ìomhaighean dorcha, fuaimneach, gu tric do-dhèanta a chleachdadh.
●Fuaigheal
A bharrachd air sin, mar as trice bidh feum air iomadh ìomhaigh fhaighinn nuair a thathar a’ cleachdadh camarathan sganaidh sgìreil gus dealbhan mòra no leantainneach a thogail, agus an uairsin bidh iad air an cur ri chèile. Feumaidh dealbhan faisg air làimh a bhith a’ dol thairis air piogsail airson an cur ri chèile, a’ lughdachadh èifeachdais agus ag àrdachadh riatanasan stòraidh is giullachd dàta.
●Soillseachadh neo-chothromach
A bharrachd air sin, is ann ainneamh a bhios an soillseachadh eadhon gu leòr airson cùisean agus nithean neo-àbhaisteach a sheachnadh aig na h-oirean eadar ìomhaighean fuaigheil. Cuideachd, gus soillseachadh a thoirt seachad thairis air raon mòr gu leòr airson a’ chamara sganaidh-raoin le dian gu leòr, bidh feum air stòran solais DC àrd-chumhachd, daor a chleachdadh gu tric.
Soillseachadh neo-chothromach ann a bhith a’ fuaigheal togail ioma-ìomhaigh de eanchainn luchaige. Ìomhaigh bho Watson et al. 2017: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0180486
Dè a th’ ann an camara TDI, agus ciamar a chuidicheas e?
Ann an camarathan sganaidh-raoin 2-mheudach àbhaisteach, tha trì ìrean ann airson ìomhaigh fhaighinn: ath-shuidheachadh piogsail, nochdadh, agus leughadh a-mach. Rè an nochdaidh, lorgar fotonan bhon t-sealladh, agus mar thoradh air sin bidh foto-electronan ann, a thèid a stòradh ann am piogsail a’ chamara gus an tèid an nochdadh a chrìochnachadh. An uairsin thèid na luachan bho gach piogsail a leughadh a-mach, agus thèid ìomhaigh 2D a chruthachadh. An uairsin thèid na piogsail ath-shuidheachadh agus na cosgaisean uile a ghlanadh gus an ath nochdadh a thòiseachadh.
Ach, mar a chaidh ainmeachadh, ma tha an cuspair a tha san dealbh a’ gluasad an coimeas ris a’ chamara, faodaidh an solas bhon chuspair sgaoileadh thairis air iomadh piogsail rè an nochdaidh seo, agus mar thoradh air sin bidh gluasad neo-shoilleir. Bidh camarathan TDI a’ faighinn thairis air a’ chuingealachadh seo le bhith a’ cleachdadh dòigh ùr-ghnàthach. Tha seo air a shealltainn ann an [Beothachadh 1].
●Mar a tha Camaraichean TDI ag Obrachadh
Bidh camarathan TDI ag obair ann an dòigh gu tur eadar-dhealaichte bho chamarathan sganaidh sgìreil. Mar a ghluaiseas an cuspair a tha a’ togail an ìomhaigh tarsainn air a’ chamara rè an nochdaidh, bidh na cosgaisean dealain a tha a’ dèanamh suas an ìomhaigh a chaidh fhaighinn air an gluasad cuideachd, a’ fuireach ann an sioncronachadh. Rè an nochdaidh, tha camarathan TDI comasach air na cosgaisean uile a chaidh fhaighinn a ghluasad bho aon sreath de piogsail chun an ath shreath, air feadh a’ chamara, sioncronaichte le gluasad a’ chuspair a tha a’ togail an ìomhaigh. Mar a ghluaiseas an cuspair tarsainn air a’ chamara, bidh gach sreath (ris an canar ‘Ìre TDI’) a’ toirt cothrom ùr airson a’ chamara fhoillseachadh don chuspair, agus comharra a chruinneachadh.
Cho luath ‘s a ruigeas sreath de chosgaisean a chaidh fhaighinn ceann a’ chamara, chan eil na luachan air an leughadh a-mach agus air an stòradh mar shliseag aon-mheudach den ìomhaigh ach an uairsin. Tha an ìomhaigh dà-mheudach air a chruthachadh le bhith a’ ceangal gach sliseag às dèidh a chèile den ìomhaigh ri chèile fhad ‘s a tha an camara gan leughadh. Bidh gach sreath de piogsail san ìomhaigh a thig às a’ leantainn agus a’ cruthachadh an aon ‘shliseag’ den chuspair a tha san dealbh, a’ ciallachadh nach eil doilleireachd ann a dh’aindeoin a’ ghluasaid.
●Nochdadh 256x nas fhaide
Le camarathan TDI, tha an ùine nochdaidh èifeachdach airson an ìomhaigh air a thoirt seachad leis an ùine iomlan a bheir e do phuing air a’ chuspair a dhol tarsainn air gach sreath de piogsail, le suas ri 256 ìre rim faighinn air cuid de chamarathan TDI. Tha seo a’ ciallachadh gu bheil an ùine nochdaidh a tha ri fhaighinn 256 uair nas motha na dh’ fhaodadh camara sganaidh-raoin a choileanadh.
Faodaidh seo aon seach aon de dhà leasachadh a thoirt gu buil, no cothromachadh den dà chuid. An toiseach, faodar àrdachadh mòr a choileanadh ann an astar ìomhaighean. An coimeas ri camara sganaidh sgìre, faodaidh an cuspair ìomhaighean gluasad suas ri 256x nas luaithe fhad ‘s a tha e fhathast a’ glacadh an aon ìre de chomharra, fhad ‘s a tha astar loidhne a’ chamara luath gu leòr airson cumail suas.
Air an làimh eile, ma tha feum air cugallachd nas motha, dh’ fhaodadh an ùine nochdaidh nas fhaide ìomhaighean de chàileachd mòran nas àirde, dian solais nas ìsle, no an dà chuid a chomasachadh.
●Toradh dàta mòr gun fuaigheal
Leis gu bheil camara TDI a’ dèanamh ìomhaigh dà-thaobhach bho shliseagan aon-thaobhach leantainneach, faodaidh an ìomhaigh a thig às a sin a bhith cho mòr ’s a dh’fheumar. Ged a tha an àireamh de piogsail san t-slighe ‘chòmhnard’ air a thoirt seachad le leud a’ chamara, mar eisimpleir 9072 piogsail, tha meud ‘inghearach’ na h-ìomhaigh gun chrìoch, agus air a dhearbhadh dìreach le dè cho fada ’s a tha an camara ag obair. Le ìrean loidhne suas ri 510kHz, faodaidh seo toradh dàta mòr a lìbhrigeadh.
Còmhla ri seo, faodaidh camarathan TDI raointean seallaidh glè fharsaing a thabhann. Mar eisimpleir, bheir camara 9072 piogsail le piogsail 5µm raon seallaidh còmhnard de 45mm le rùn àrd. Gus an aon leud ìomhaighean a choileanadh le camara sganaidh le raon piogsail 5µm, bhiodh feum air suas ri trì camarathan 4K taobh ri taobh.
●Leasachaidhean thairis air camarathan sganaidh loidhne
Chan e a-mhàin gu bheil camarathan TDI a’ tabhann leasachaidhean thairis air camarathan sganaidh sgìreil. Bidh camarathan sganaidh loidhne, a ghlacas dìreach aon loidhne de piogsail, cuideachd a’ fulang le mòran de na h-aon chùisean le dian solais agus foillseachaidhean goirid ri camarathan sganaidh sgìreil.
Ged a tha camarathan sganaidh loidhne, dìreach mar chamarathan TDI, a’ tabhann soillseachadh nas cothromaiche le suidheachadh nas sìmplidhe, agus a’ seachnadh an fheum air fuaigheal ìomhaighean, is tric a dh’ fheumas iad soillseachadh glè dhian agus/no gluasad cuspair slaodach gus comharra gu leòr a ghlacadh airson ìomhaigh àrd-inbhe. Tha na foillseachaidhean nas fhaide agus na h-astaran cuspair nas luaithe a leigeas le camarathan TDI a’ ciallachadh gun gabh soillseachadh nas ìsle, nas saoire a chleachdadh agus èifeachdas ìomhaighean a leasachadh. Mar eisimpleir, is dòcha gum bi loidhne cinneasachaidh comasach air gluasad bho sholais halogen àrd-chosgais, àrd-chaitheamh cumhachd a dh’ fheumas cumhachd DC, gu solais LED.
Ciamar a tha camarathan TDI ag obair?
Tha trì inbhean cumanta ann airson mar a gheibhear ìomhaighean TDI air sensor camara.
● CCD TDI– ’S e camarathan CCD an seòrsa camarathan didseatach as sine. Air sgàth an dealbhaidh dealanach, tha e gu math sìmplidh giùlan TDI a choileanadh air CCD, le mòran mothachairean camara comasach air obrachadh san dòigh seo. Mar sin, tha CCDan TDI air a bhith gan cleachdadh airson deicheadan.
Ach, tha crìochan aig teicneòlas CCD. Is e timcheall air 12µm x 12µm am meud piogsail as lugha a tha ri fhaighinn gu cumanta airson camarathan CCD TDI – còmhla ri àireamhan beaga piogsail, tha seo a’ cuingealachadh comasan nan camarathan gus mion-fhiosrachadh a rèiteachadh. A bharrachd air an sin, tha astar togail nas ìsle na teicneòlasan eile, agus tha fuaim leughaidh – prìomh fheart cuibhrichte ann an ìomhaighean solais ìosal – àrd. Tha caitheamh cumhachd àrd cuideachd, rud a tha na phrìomh fheart ann an cuid de thagraidhean. Mar thoradh air an seo, bha miann ann camarathan TDI a chruthachadh stèidhichte air ailtireachd CMOS.
●TDI CMOS tràth: Àrainn bholtaids agus suimeachadh didseatach
Bidh camarathan CMOS a’ faighinn thairis air mòran de na cuingeadan fuaim is astair a tha aig camarathan CCD, agus iad a’ cleachdadh nas lugha de chumhachd, agus a’ tabhann meudan piogsail nas lugha. Ach, bha giùlan TDI tòrr nas duilghe a choileanadh air camarathan CMOS, air sgàth an dealbhadh piogsail. Ged a bhios CCDan a’ gluasad foto-electronan gu corporra bho piogsail gu piogsail gus an sensor a riaghladh, bidh camarathan CMOS ag atharrachadh comharran ann am foto-electronan gu bholtaids anns gach piogsail mus tèid an leughadh a-mach.
Tha giùlan TDI air sensor CMOS air a bhith fo sgrùdadh bho 2001, ach, bha dùbhlan mòr ann a thaobh mar a làimhsichear ‘cruinneachadh’ chomharran mar a ghluaiseas an nochdadh bho aon sreath chun an ath shreath. Is e dà dhòigh thràth airson CMOS TDI a thathas fhathast a’ cleachdadh ann an camarathan malairteach an-diugh cruinneachadh bholtaids-raon agus CMOS TDI suimeachaidh didseatach. Ann an camarathan cruinneachaidh bholtaids-raon, mar a gheibhear gach sreath de chomharran mar a ghluaiseas an cuspair ìomhaighean seachad, thèid am bholtaids a gheibhear a chur ris gu dealanach ris a’ thogail iomlan airson a’ phàirt sin den ìomhaigh. Bidh cruinneachadh bholtaids san dòigh seo a’ toirt a-steach fuaim a bharrachd airson gach ìre TDI a bharrachd a thèid a chur ris, a’ cuingealachadh buannachdan ìrean a bharrachd. Bidh cùisean le loidhneachd cuideachd a’ cur dùbhlan ri cleachdadh nan camarathan seo airson tagraidhean mionaideach.
Is e an dàrna dòigh suimeachadh didseatach TDI. Anns an dòigh seo, bidh camara CMOS ag obair gu h-èifeachdach ann am modh sganadh sgìre le foillseachadh glè ghoirid a tha co-ionnan ris an ùine a bheir e don chuspair ìomhaigh gluasad thairis air aon sreath de piogsail. Ach, thèid na sreathan bho gach frèam às dèidh a chèile a chur ri chèile gu didseatach ann an dòigh gus am bi buaidh TDI air a lìbhrigeadh. Leis gum feumar an camara gu lèir a leughadh a-mach airson gach sreath de piogsail san ìomhaigh a thig às, bidh an cur-ris didseatach seo cuideachd a’ cur ris an fhuaim leughaidh airson gach sreath, agus a’ cuingealachadh astar an togail.
●An inbhe ùr-nodha: CMOS TDI raon-cosgais, no TDI CCD-air-CMOS
Chaidh faighinn thairis o chionn ghoirid air crìochan CMOS TDI gu h-àrd tro bhith a’ toirt a-steach CMOS TDI cruinneachaidh àrainn-luchd, ris an canar cuideachd CCD-air-CMOS TDI. Tha obrachadh nan mothachairean seo air a shealltainn ann an [Beothachadh 1]. Mar a tha an t-ainm ag ràdh, tha na mothachairean seo a’ tabhann gluasad coltach ri CCD de chosgaisean bho aon piogsail chun an ath fhear, a’ cruinneachadh chomharran aig gach ìre TDI tro bhith a’ cur foto-electronan ris air ìre nan cosgaisean fa leth. Tha seo gu h-èifeachdach gun fhuaim. Ach, tha crìochan CCD TDI air an faighinn thairis le bhith a’ cleachdadh ailtireachd leughaidh CMOS, a’ comasachadh na h-astaran àrda, fuaim ìosal agus caitheamh cumhachd ìosal a tha cumanta do chamarathan CMOS.
Sònrachaidhean TDI: dè tha cudromach?
●Teicneòlas:Is e an rud as cudromaiche dè an teicneòlas mothachaidh a thathar a’ cleachdadh mar a chaidh a dheasbad gu h-àrd. Bheir CMOS TDI àrainn-luchdaidh an coileanadh as fheàrr.
●Ìrean TDI:Seo an àireamh de shreathan den sensor thairis air am faodar comharra a chruinneachadh. Mar as motha de ìrean TDI a th’ aig camara, ’s ann as fhaide as urrainn an ùine nochdaidh èifeachdach aice a bhith. No, ’s ann as luaithe as urrainn don chuspair a tha ga dhealbh gluasad, fhad ’s a tha ìre loidhne gu leòr aig a’ chamara.
●Ìre Loidhne:Cia mheud sreath as urrainn don chamara a leughadh gach diog. Tha seo a’ dearbhadh an astar gluasaid as àirde as urrainn don chamara cumail suas ris.
●Èifeachdas CuantumTha seo a’ comharrachadh cugallachd a’ chamara ri solas aig diofar thonnan-fada, air a thoirt seachad leis an coltachd gun tèid foton a tha a’ tighinn a-steach a lorg agus gun tèid dealan-foto a chruthachadh. Faodaidh èifeachdas cuantamach nas àirde neart solais nas ìsle a thabhann, no obrachadh nas luaithe fhad ‘s a chumas iad na h-aon ìrean comharran.
A bharrachd air sin, tha eadar-dhealachadh ann an raon tonn-fhaid nan camarathan far am faighear cugallachd mhath, le cuid de chamarathan a’ tabhann cugallachd fad na slighe sìos gu ceann ultra-bhiolet (UV) an speactram, aig timcheall air tonn-fhaid 200nm.
●Leugh Fuaim:’S e fuaim leughaidh am bàillidh cudromach eile ann an cugallachd camara, a’ dearbhadh an comharra as lugha a ghabhas lorg os cionn làr fuaim a’ chamara. Le fuaim leughaidh àrd, chan urrainnear feartan dorcha a lorg agus tha an raon fiùghantach air a lùghdachadh gu mòr, a’ ciallachadh gum feumar soillseachadh nas soilleire no amannan nochdaidh nas fhaide & astaran gluasaid nas slaodaiche a chleachdadh.
Sònrachaidhean TDI: dè tha cudromach?
An-dràsta, thathas a’ cleachdadh camarathan TDI airson sgrùdadh lìn, sgrùdadh eileagtronaigeach is saothrachaidh, agus tagraidhean lèirsinn innealan eile. Còmhla ri seo tha tagraidhean dùbhlanach ann an solas ìosal leithid ìomhaighean fluorescence agus sganadh sleamhnagan.
Ach, le toirt a-steach camarathan CMOS TDI aig astar luath, fuaim ìosal, agus cugallachd àrd, tha comas mòr ann airson àrdachadh ann an astar agus èifeachdas ann an tagraidhean ùra nach robh roimhe seo a’ cleachdadh ach camarathan sganaidh-raoin. Mar a thug sinn a-steach aig toiseach an artaigil, is dòcha gur e camarathan TDI an roghainn as fheàrr airson astaran àrda agus càileachd ìomhaigh àrd a choileanadh airson cuspairean a tha ann an gluasad cunbhalach mu thràth a dhealbhadh, no far am faodadh an camara a bhith air a sganadh thairis air cuspairean ìomhaighean statach.
Mar eisimpleir, ann an tagradh maicreasgopaidh, dh’ fhaodadh sinn coimeas a dhèanamh eadar astar togail teòiridheach camara TDI 9K piogsail, 256 ìre le 5 piogsail µm agus camara sganaidh raon camara 12MP le 5 piogsail µm. Feuchamaid ri raon 10 x 10 mm fhaighinn le meudachadh 20x tro bhith a’ gluasad an àrd-ùrlair.
1. Le bhith a’ cleachdadh amas 20x leis a’ chamara sganaidh sgìre, gheibheadh tu raon-seallaidh ìomhaighean de 1.02 x 0.77 mm.
2. Leis a’ chamara TDI, dh’fhaodadh amas 10x le meudachadh 2x a bharrachd a bhith air a chleachdadh gus faighinn thairis air cuingealachadh sam bith ann an raon-seallaidh a’ mhicreasgòp, gus raon-seallaidh ìomhaighean còmhnard 2.3mm a lìbhrigeadh.
3. A’ gabhail ris gu bheil 2% de phiotsailean a’ dol thairis air na h-ìomhaighean airson adhbharan fuaigheil, 0.5 diogan gus an àrd-ùrlar a ghluasad gu àite suidhichte, agus ùine nochdaidh 10ms, is urrainn dhuinn an ùine a bheireadh camara sganaidh na sgìre obrachadh a-mach. San aon dòigh, is urrainn dhuinn an ùine a bheireadh camara TDI obrachadh a-mach nan deidheadh an t-àrd-ùrlar a chumail ann an gluasad cunbhalach airson sganadh anns an t-slighe Y, leis an aon ùine nochdaidh gach loidhne.
4. Anns a’ chùis seo, bhiodh feum aig a’ chamara sganaidh sgìreil air 140 ìomhaigh fhaighinn, le 63 diogan ga chaitheamh a’ gluasad an àrd-ùrlair. Cha bhiodh ach 5 ìomhaighean fada aig a’ chamara TDI, le dìreach 2 dhiog ga chaitheamh a’ gluasad an àrd-ùrlair chun ath cholbh.
5. Bhiodh an ùine iomlan a chaidh a chaitheamh a’ faighinn an raon 10 x 10 mm mar seo64.4 diogan airson camara sganaidh na sgìre,agus dìreach9.9 diogan airson a’ chamara TDI.
Ma tha thu airson faicinn an gabhadh camara TDI a chleachdadh airson an tagraidh agad agus na feumalachdan agad a choileanadh, cuir fios thugainn an-diugh.
