23/10/10समय विलंब और एकीकरण (TDI) लाइन स्कैनिंग के सिद्धांत पर आधारित एक छवि कैप्चर विधि है, जहाँ एक-आयामी छवियों की एक श्रृंखला को सैंपल मोशन और इमेज स्लाइस कैप्चर को ट्रिगर करके टाइमिंग करके एक छवि बनाने के लिए कैप्चर किया जाता है। हालाँकि यह तकनीक दशकों से मौजूद है, लेकिन इसे आमतौर पर वेब इंस्पेक्शन जैसे कम-संवेदनशील अनुप्रयोगों से जोड़ा जाता है।
कैमरों की एक नई पीढ़ी ने sCMOS की संवेदनशीलता को TDI की गति के साथ संयोजित करके, क्षेत्र स्कैन के बराबर गुणवत्ता वाली छवि कैप्चरिंग प्रदान की है, लेकिन साथ ही कई गुना तेज़ थ्रूपुट की क्षमता भी प्रदान की है। यह विशेष रूप से उन स्थितियों में स्पष्ट होता है जहाँ कम रोशनी में बड़े नमूनों की इमेजिंग की आवश्यकता होती है। इस तकनीकी नोट में, हम TDI स्कैनिंग की कार्यप्रणाली की व्याख्या करते हैं, और छवि कैप्चर समय की तुलना एक तुलनीय बड़े क्षेत्र स्कैनिंग तकनीक, टाइल और स्टिच इमेजिंग से करते हैं।
लाइन स्कैनिंग से TDI तक
लाइन स्कैन इमेजिंग एक इमेजिंग तकनीक है जिसमें पिक्सेल की एक पंक्ति (जिसे कॉलम या स्टेज कहा जाता है) का उपयोग करके किसी नमूने के गतिशील होने पर छवि का एक टुकड़ा लिया जाता है। विद्युत ट्रिगरिंग तंत्र का उपयोग करते हुए, नमूने के सेंसर से गुजरते ही छवि का एक 'टुकड़ा' लिया जाता है। नमूने की गति के साथ छवि को कैप्चर करने के लिए कैमरा ट्रिगर दर को स्केल करके और इन छवियों को कैप्चर करने के लिए फ़्रेम ग्रैबर का उपयोग करके, उन्हें एक साथ जोड़कर छवि का पुनर्निर्माण किया जा सकता है।
टीडीआई इमेजिंग, नमूने की छवि कैप्चर करने के इसी सिद्धांत पर आधारित है, हालाँकि, कैप्चर किए गए फोटोइलेक्ट्रॉनों की संख्या बढ़ाने के लिए कई चरणों का उपयोग करती है। जैसे-जैसे नमूना प्रत्येक चरण से गुजरता है, अधिक जानकारी एकत्रित की जाती है और पहले के चरणों द्वारा कैप्चर किए गए मौजूदा फोटोइलेक्ट्रॉनों में जोड़ी जाती है और सीसीडी उपकरणों की तरह ही प्रक्रिया में फेरबदल किया जाता है। जैसे ही नमूना अंतिम चरण से गुजरता है, एकत्रित फोटोइलेक्ट्रॉनों को एक रीडआउट में भेजा जाता है, और पूरे रेंज में एकीकृत सिग्नल का उपयोग एक इमेज स्लाइस बनाने के लिए किया जाता है। चित्र 1 में, पाँच टीडीआई स्तंभों (चरणों) वाले उपकरण पर छवि कैप्चर दिखाया गया है।
चित्र 1: TDI तकनीक का उपयोग करके इमेज कैप्चर का एक एनिमेटेड उदाहरण। एक नमूना (नीला T) एक TDI इमेज कैप्चर डिवाइस (5 पिक्सेल का एक कॉलम, 5 TDI स्टेज) के ऊपर से गुजारा जाता है, और प्रत्येक स्टेज में फोटोइलेक्ट्रॉन कैप्चर किए जाते हैं और सिग्नल स्तर में जोड़े जाते हैं। एक रीडआउट इसे एक डिजिटल इमेज में परिवर्तित करता है।
1a: छवि (नीला T) को मंच पर लाया जाता है; T गतिमान है जैसा कि उपकरण पर दिखाया गया है।
1b: जैसे ही T पहले चरण से गुजरता है, TDI कैमरा फोटोइलेक्ट्रॉनों को ग्रहण करने के लिए सक्रिय हो जाता है, जिन्हें पिक्सेल TDI सेंसर के पहले चरण से टकराते ही कैप्चर कर लेते हैं। प्रत्येक कॉलम में पिक्सेलों की एक श्रृंखला होती है जो फोटोइलेक्ट्रॉनों को अलग-अलग कैप्चर करते हैं।
1सी: इन कैप्चर किए गए फोटोइलेक्ट्रॉनों को दूसरे चरण में ले जाया जाता है, जहां प्रत्येक कॉलम अपने सिग्नल स्तर को अगले चरण में पहुंचाता है।
1d: नमूने की एक-पिक्सेल दूरी की गति के साथ, दूसरे चरण में फोटोइलेक्ट्रॉनों का एक दूसरा समूह कैप्चर किया जाता है और पहले कैप्चर किए गए इलेक्ट्रॉनों में जोड़ा जाता है, जिससे सिग्नल बढ़ता है। चरण 1 में, अगले कैप्चर किए गए इमेज स्लाइस के अनुरूप, फोटोइलेक्ट्रॉनों का एक नया समूह कैप्चर किया जाता है।
1e: चरण 1d में वर्णित छवि कैप्चर प्रक्रियाएँ तब दोहराई जाती हैं जब छवि सेंसर के पास से गुज़रती है। इससे चरणों से प्राप्त फोटोइलेक्ट्रॉनों से एक संकेत बनता है। यह संकेत एक रीडआउट में भेजा जाता है, जो फोटोइलेक्ट्रॉन संकेत को एक डिजिटल रीडआउट में परिवर्तित करता है।
1f: डिजिटल रीडआउट को स्तंभ दर स्तंभ छवि के रूप में प्रदर्शित किया जाता है। इससे छवि का डिजिटल पुनर्निर्माण संभव होता है।
चूँकि टीडीआई उपकरण एक चरण से दूसरे चरण में एक साथ फोटोइलेक्ट्रॉन भेजने और नमूने के गतिमान रहने के दौरान पहले चरण से नए फोटोइलेक्ट्रॉन कैप्चर करने में सक्षम है, इसलिए कैप्चर की गई पंक्तियों की संख्या प्रभावी रूप से अनंत हो सकती है। ट्रिगर दरें, जो छवि कैप्चर (चित्र 1a) की संख्या निर्धारित करती हैं, सैकड़ों kHz के क्रम की हो सकती हैं।
चित्र 2 के उदाहरण में, 5 µm पिक्सेल TDI कैमरे का उपयोग करके 29 x 17 मिमी माइक्रोस्कोप स्लाइड को 10.1 सेकंड में कैप्चर किया गया। ज़ूम के उच्च स्तर पर भी, धुंधलापन न्यूनतम है। यह इस तकनीक की पिछली पीढ़ियों की तुलना में एक बड़ी प्रगति दर्शाता है।
अधिक जानकारी के लिए, तालिका 1 में 10, 20 और 40 x ज़ूम पर सामान्य नमूना आकारों की श्रृंखला के लिए प्रतिनिधि इमेजिंग समय दिखाया गया है।
चित्र 2: ट्यूक्सेन 9kTDI का उपयोग करके कैप्चर किए गए फ्लोरोसेंट नमूने की एक छवि। एक्सपोज़र 10 ms, कैप्चर समय 10.1 s।
तालिका 1: 1 और 10 एमएस एक्सपोजर समय के लिए 10, 20, और 40 x पर ज़ेबर एमवीआर श्रृंखला मोटराइज्ड स्टेज पर टक्सन 9kTDI कैमरा का उपयोग करके अलग-अलग नमूना आकारों (सेकंड) के कैप्चर समय का मैट्रिक्स।
क्षेत्र स्कैन इमेजिंग
एससीएमओएस कैमरों में एरिया स्कैन इमेजिंग में पिक्सेल की द्वि-आयामी सरणी का उपयोग करके एक साथ संपूर्ण छवि कैप्चर करना शामिल है। प्रत्येक पिक्सेल प्रकाश को कैप्चर करता है, उसे तत्काल प्रसंस्करण के लिए विद्युत संकेतों में परिवर्तित करता है और उच्च रिज़ॉल्यूशन और गति के साथ एक पूर्ण छवि बनाता है। एकल एक्सपोज़र में कैप्चर की जा सकने वाली छवि का आकार पिक्सेल आकार, आवर्धन और सरणी में पिक्सेल की संख्या द्वारा नियंत्रित होता है, प्रति (1)
एक मानक सरणी के लिए, दृश्य क्षेत्र इस प्रकार दिया जाता है (2)
ऐसे मामलों में जहाँ कोई नमूना कैमरे के दृश्य क्षेत्र के लिए बहुत बड़ा हो, उस छवि को दृश्य क्षेत्र के आकार के चित्रों के ग्रिड में विभाजित करके एक छवि बनाई जा सकती है। इन चित्रों को कैप्चर करने का एक पैटर्न होता है, जहाँ स्टेज ग्रिड पर एक स्थिति में जाएगा, स्टेज स्थिर होगा, और फिर चित्र कैप्चर होगा। रोलिंग शटर कैमरों में, शटर के घूमने के दौरान अतिरिक्त प्रतीक्षा समय लगता है। इन चित्रों को कैमरे की स्थिति को बदलकर और उन्हें एक साथ जोड़कर कैप्चर किया जा सकता है। चित्र 3 में प्रतिदीप्ति सूक्ष्मदर्शी द्वारा 16 छोटे चित्रों को एक साथ जोड़कर बनाई गई मानव कोशिका की एक बड़ी छवि दिखाई गई है।
चित्र 3: टाइल एवं स्टिच इमेजिंग का उपयोग करके एरिया स्कैन कैमरे द्वारा कैप्चर की जा रही मानव कोशिका की स्लाइड।
सामान्यतः, अधिक विवरणों को हल करने के लिए इस तरह से अधिक चित्र बनाने और उन्हें एक साथ जोड़ने की आवश्यकता होगी। इसका एक समाधान यह है किबड़े प्रारूप कैमरा स्कैनिंगइसमें उच्च पिक्सेल संख्या वाले बड़े सेंसर हैं, जो विशेष प्रकाशिकी के साथ मिलकर अधिक मात्रा में विवरण कैप्चर करने की अनुमति देते हैं।
टीडीआई और क्षेत्र स्कैनिंग (टाइल और स्टिच) के बीच तुलना
नमूनों की बड़े क्षेत्र में स्कैनिंग के लिए, टाइल एंड स्टिच और टीडीआई स्कैनिंग दोनों ही उपयुक्त समाधान हैं, हालाँकि, सर्वोत्तम विधि का चयन करके, नमूने को स्कैन करने में लगने वाले समय को काफ़ी कम किया जा सकता है। यह समय की बचत टीडीआई स्कैनिंग की गतिशील नमूने को कैप्चर करने की क्षमता के कारण होती है; जिससे टाइल एंड स्टिच इमेजिंग से जुड़े स्टेज सेटलमेंट और रोलिंग शटर टाइमिंग से जुड़ी देरी दूर हो जाती है।
चित्र 4 टाइल और स्टिच (बाएँ) और टीडीआई (दाएँ) स्कैनिंग दोनों में मानव कोशिका की छवि लेने के लिए आवश्यक विराम (हरी) और गति (काली रेखाएँ) की तुलना करता है। टीडीआई इमेजिंग में छवि को रोकने और पुनः संरेखित करने की आवश्यकता को हटाकर, इमेजिंग समय को काफी कम करना संभव है, बशर्ते एक्सपोज़र समय <100 एमएस कम हो।
तालिका 2 में 9k TDI और मानक sCMOS कैमरे के बीच स्कैनिंग का एक कार्यान्वित उदाहरण दिखाया गया है।
चित्र 4: फ्लोरोसेंट के तहत मानव कोशिका के कैप्चर का एक स्कैनिंग मोटिफ जिसमें टाइल और स्टिच (बाएं) और टीडीआई इमेजिंग (दाएं) दिखाया गया है।
तालिका 2: 10x ऑब्जेक्टिव लेंस और 10 एमएस एक्सपोज़र समय के साथ 15 x 15 मिमी नमूने के लिए क्षेत्र स्कैन और टीडीआई इमेजिंग की तुलना।
हालाँकि TDI इमेज कैप्चर की गति बढ़ाने की अद्भुत क्षमता प्रदान करता है, लेकिन इस तकनीक के उपयोग में कुछ बारीकियाँ भी हैं। उच्च एक्सपोज़र समय (>100 ms) के लिए, एरिया स्कैन के मूव और सेटल पहलुओं में लगने वाले समय का महत्व एक्सपोज़र समय की तुलना में कम हो जाता है। ऐसे मामलों में, एरिया स्कैन कैमरे TDI इमेजिंग की तुलना में कम स्कैन समय प्रदान कर सकते हैं। यह देखने के लिए कि क्या TDI तकनीक आपके मौजूदा सेटअप की तुलना में आपको लाभ प्रदान कर सकती है,हमसे संपर्क करेंतुलना कैलकुलेटर के लिए.
अन्य अनुप्रयोग
कई शोध प्रश्नों में एकल छवि से अधिक जानकारी की आवश्यकता होती है, जैसे कि मल्टीचैनल या मल्टीफोकस छवि अधिग्रहण।
एरिया स्कैन कैमरे में मल्टीचैनल इमेजिंग में एक साथ कई तरंगदैर्ध्य का उपयोग करके चित्र कैप्चर करना शामिल है। ये चैनल आमतौर पर प्रकाश की विभिन्न तरंगदैर्ध्य, जैसे लाल, हरा और नीला, के अनुरूप होते हैं। प्रत्येक चैनल दृश्य से विशिष्ट तरंगदैर्ध्य या वर्णक्रमीय जानकारी कैप्चर करता है। फिर कैमरा इन चैनलों को मिलाकर एक पूर्ण-रंगीन या बहु-वर्णक्रमीय चित्र बनाता है, जिससे विशिष्ट वर्णक्रमीय विवरणों के साथ दृश्य का अधिक व्यापक दृश्य प्राप्त होता है। एरिया स्कैन कैमरों में, यह असतत एक्सपोज़र द्वारा प्राप्त किया जाता है, हालाँकि, TDI इमेजिंग में, सेंसर को कई भागों में विभाजित करने के लिए एक स्प्लिटर का उपयोग किया जा सकता है। एक 9kTDI (45 मिमी) को 3 x 15.0 मिमी सेंसर में विभाजित करना एक मानक सेंसर (6.5 µm पिक्सेल चौड़ाई, 2048 पिक्सेल) की 13.3 मिमी चौड़ाई से बड़ा होगा। इसके अलावा, चूँकि TDI को केवल नमूने के उस हिस्से पर ही प्रकाश की आवश्यकता होती है जिसकी छवि बनाई जा रही है, इसलिए स्कैन को अधिक तेज़ी से चक्रित किया जा सकता है।
एक और क्षेत्र जहाँ ऐसा हो सकता है, वह है मल्टी-फ़ोकस इमेजिंग। एरिया स्कैन कैमरों में मल्टीफ़ोकस इमेजिंग में अलग-अलग फ़ोकस दूरियों पर कई छवियों को कैप्चर करना और उन्हें मिलाकर एक समग्र छवि बनाना शामिल है जिसमें पूरा दृश्य स्पष्ट फ़ोकस में हो। यह प्रत्येक छवि के फ़ोकस क्षेत्रों का विश्लेषण और संयोजन करके दृश्य में अलग-अलग दूरियों को संबोधित करता है, जिसके परिणामस्वरूप छवि का अधिक विस्तृत प्रतिनिधित्व प्राप्त होता है। फिर से, एक का उपयोग करकेविभाजकटीडीआई सेंसर को दो (22.5 मिमी), या तीन (15.0 मिमी) टुकड़ों में विभाजित करके, क्षेत्र स्कैन समकक्ष की तुलना में मल्टीफ़ोकस छवि को अधिक तेज़ी से प्राप्त करना संभव हो सकता है। हालाँकि, उच्च क्रम मल्टीफ़ोकस (6 या अधिक के z स्टैक) के लिए, क्षेत्र स्कैन सबसे तेज़ इमेजिंग तकनीक बनी रहने की संभावना है।
निष्कर्ष
यह तकनीकी नोट बड़े क्षेत्र की स्कैनिंग के लिए क्षेत्र स्कैनिंग और TDI तकनीक के बीच अंतर को रेखांकित करता है। लाइन स्कैनिंग और sCMOS संवेदनशीलता को मिलाकर, TDI बिना किसी रुकावट के तेज़, उच्च-गुणवत्ता वाली इमेजिंग प्राप्त करता है, जो टाइल और स्टिच जैसी पारंपरिक क्षेत्र स्कैन विधियों से बेहतर है। इस दस्तावेज़ में उल्लिखित विभिन्न मान्यताओं पर विचार करते हुए, हमारे ऑनलाइन कैलकुलेटर का उपयोग करने के लाभों का आकलन करें। TDI कुशल इमेजिंग के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है, जिसमें मानक और उन्नत, दोनों इमेजिंग तकनीकों में इमेजिंग समय को कम करने की अपार क्षमता है।यदि आप यह जानना चाहते हैं कि क्या टीडीआई कैमरा या एरिया स्कैन कैमरा आपके अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त है और आपके कैप्चर समय में सुधार कर सकता है, तो आज ही हमसे संपर्क करें।
