23/10/10Ժամանակի հապաղումը և ինտեգրումը (TDI) պատկերի գրանցման մեթոդ է, որը կառուցված է գծային սկանավորման սկզբունքի վրա, որտեղ մի շարք միաչափ պատկերներ են արձանագրվում՝ նմուշի շարժման ժամանակագրման և պատկերի հատվածի գրանցման միջոցով պատկեր ստեղծելու համար: Չնայած այս տեխնոլոգիան գոյություն ունի տասնամյակներ շարունակ, այն սովորաբար կապված է եղել ցածր զգայունության կիրառությունների հետ, ինչպիսին է վեբ զննումը:
Նոր սերնդի տեսախցիկները համատեղել են sCMOS-ի զգայունությունը TDI-ի արագության հետ՝ ապահովելով մակերեսային սկանավորմանը հավասար որակի պատկերի նկարահանում, բայց նաև մեծության կարգերի ավելի արագ թողունակության ներուժով։ Սա հատկապես ակնհայտ է այն դեպքերում, երբ անհրաժեշտ է մեծ նմուշների պատկերում թույլ լուսավորության պայմաններում։ Այս տեխնիկական նշումում մենք ուրվագծում ենք, թե ինչպես է գործում TDI սկանավորումը և համեմատում պատկերի նկարահանման ժամանակը համեմատելի մեծ մակերեսային սկանավորման տեխնիկայի՝ tile & stitch imaging-ի հետ։
Գծային սկանավորումից մինչև TDI
Գծային սկանավորման պատկերումը պատկերման տեխնիկա է, որն օգտագործում է պիքսելների մեկ գիծ (այսինքն՝ սյուն կամ հարթակ)՝ պատկերի մի կտոր վերցնելու համար, երբ նմուշը շարժման մեջ է: Էլեկտրական ակտիվացման մեխանիզմների միջոցով պատկերի մեկ «կտոր» է վերցվում, երբ նմուշն անցնում է սենսորով: Խցիկի ակտիվացման արագությունը չափավորելով՝ պատկերը նմուշի շարժմանը համընթաց ֆիքսելու համար, և օգտագործելով կադրի գրավիչ՝ այդ պատկերները ֆիքսելու համար, դրանք կարող են միացվել միմյանց՝ պատկերը վերականգնելու համար:
TDI պատկերումը հիմնված է նմուշի պատկերի գրանցման այս սկզբունքի վրա, սակայն օգտագործում է մի քանի փուլ՝ ստացված ֆոտոէլեկտրոնների քանակը մեծացնելու համար: Քանի որ նմուշն անցնում է յուրաքանչյուր փուլով, ավելի շատ տեղեկատվություն է հավաքվում և ավելացվում նախորդ փուլերով ստացված արդեն իսկ առկա ֆոտոէլեկտրոններին և խառնվում CCD սարքերի նման գործընթացով: Երբ նմուշն անցնում է վերջնական փուլով, հավաքված ֆոտոէլեկտրոնները ուղարկվում են ընթերցիչ, և միջակայքում ինտեգրված ազդանշանն օգտագործվում է պատկերի կտոր ստեղծելու համար: Նկար 1-ում ներկայացված է պատկերի գրանցումը հինգ TDI սյուներով (փուլերով) սարքով:
Նկար 1. TDI տեխնոլոգիայի միջոցով պատկերի գրանցման անիմացիոն օրինակ: Նմուշը (կապույտ T) անցնում է TDI պատկերի գրանցման սարքի վրայով (5 պիքսելանոց սյուն, 5 TDI փուլ), և յուրաքանչյուր փուլում լուսանկարվում են ֆոտոէլեկտրոններ, որոնք ավելացվում են ազդանշանի մակարդակին: Ցուցմունքը սա վերածում է թվային պատկերի:
1ա։ Պատկերը (կապույտ T) ներմուծվում է բեմ։ T-ն շարժման մեջ է, ինչպես ցույց է տրված սարքի վրա։
1բ. Երբ T-ն անցնում է առաջին փուլով, TDI տեսախցիկը ակտիվանում է՝ ընդունելու ֆոտոէլեկտրոններ, որոնք ֆիքսվում են պիքսելների կողմից, երբ դրանք հարվածում են TDI սենսորի առաջին փուլին: Յուրաքանչյուր սյուն ունի պիքսելների շարք, որոնք առանձին-առանձին ֆիքսում են ֆոտոէլեկտրոնները:
1գ: Այս որսված ֆոտոէլեկտրոնները խառնվում են երկրորդ փուլ, որտեղ յուրաքանչյուր սյուն իր ազդանշանի մակարդակը տեղափոխում է հաջորդ փուլ։
1դ. Նմուշի մեկ պիքսել հեռավորության շարժմանը զուգահեռ, երկրորդ փուլում լուսանկարչական էլեկտրոնների երկրորդ հավաքածուն է ֆիքսվում և ավելացվում նախկինում ֆիքսվածներին՝ մեծացնելով ազդանշանը: 1-ին փուլում լուսանկարչական էլեկտրոնների նոր հավաքածու է ֆիքսվում, որը համապատասխանում է պատկերի ֆիքսման հաջորդ հատվածին:
1ե. 1դ փուլում նկարագրված պատկերի գրանցման գործընթացները կրկնվում են, երբ պատկերը անցնում է սենսորով։ Սա ստեղծում է ազդանշան փուլերից եկող ֆոտոէլեկտրոններից։ Ազդանշանը փոխանցվում է ընթերցման սարքին, որը ֆոտոէլեկտրոնային ազդանշանը փոխակերպում է թվային ընթերցման։
1f: Թվային ցուցմունքը ցուցադրվում է որպես պատկեր սյունակ առ սյունակ: Սա թույլ է տալիս թվային կերպով վերականգնել պատկերը:
Քանի որ TDI սարքը կարող է միաժամանակ ֆոտոէլեկտրոններ փոխանցել մեկ փուլից մյուսը և առաջին փուլից նոր ֆոտոէլեկտրոններ որսալ, երբ նմուշը շարժման մեջ է, պատկերի որոնված տողերի քանակը կարող է արդյունավետորեն անվերջ լինել: Տրիգերային հաճախականությունները, որոնք որոշում են պատկերի որոնման քանակը (նկ. 1ա), կարող են լինել հարյուրավոր կՀց հաճախականության կարգի:
Նկար 2-ի օրինակում, 29 x 17 մմ մանրադիտակի սլայդը նկարահանվել է 10.1 վայրկյանում՝ օգտագործելով 5 մկմ պիքսելային TDI տեսախցիկ: Նույնիսկ զգալի մեծացման մակարդակներում, մշուշոտության մակարդակը նվազագույն է: Սա ներկայացնում է հսկայական առաջընթաց այս տեխնոլոգիայի նախորդ սերունդների համեմատ:
Ավելի մանրամասն տեղեկությունների համար աղյուսակ 1-ը ցույց է տալիս ներկայացուցչական պատկերման ժամանակը մի շարք տարածված նմուշների չափերի համար՝ 10, 20 և 40 x մեծացման դեպքում։
Նկար 2. Tucsen 9kTDI-ով ստացված ֆլուորեսցենտային նմուշի պատկեր: Էքսպոզիցիա՝ 10 մվ, նկարահանման ժամանակ՝ 10.1 վրկ:
Աղյուսակ 1. Տարբեր նմուշների չափերի (վայրկյանների) նկարահանման ժամանակի մատրից՝ օգտագործելով Tucsen 9kTDI տեսախցիկ Zaber MVR շարքի շարժիչային բեմի վրա՝ 10, 20 և 40 x հաճախականությամբ՝ 1 և 10 մվրկ էքսպոզիցիայի ժամանակի համար:
Տարածքային սկանավորման պատկերացում
sCMOS տեսախցիկներում տարածքային սկանավորման պատկերումը ներառում է ամբողջ պատկերի միաժամանակյա նկարահանումը՝ օգտագործելով պիքսելների երկչափ զանգված։ Յուրաքանչյուր պիքսել նկարահանում է լույսը, այն վերածելով էլեկտրական ազդանշանների՝ անհապաղ մշակման համար և ձևավորելով բարձր լուծաչափով և արագությամբ ամբողջական պատկեր։ Մեկ էքսպոզիցիայի միջոցով նկարահանվող պատկերի չափը որոշվում է պիքսելի չափսով, մեծացմամբ և զանգվածի պիքսելների քանակով, մեկ (1)
Ստանդարտ զանգվածի համար տեսադաշտը տրվում է (2)
Այն դեպքերում, երբ նմուշը չափազանց մեծ է տեսախցիկի տեսադաշտի համար, պատկեր կարելի է կառուցել՝ այն բաժանելով տեսադաշտի չափի պատկերների ցանցի։ Այս պատկերների նկարահանումը տեղի է ունենում որոշակի օրինաչափությամբ, որտեղ բեմը կտեղափոխվի ցանցի վրա որոշակի դիրք, բեմը կհաստատվի, ապա պատկերը կնկարահանվի։ Շրջանաձև փակաղակով տեսախցիկներում կա լրացուցիչ սպասման ժամանակ, մինչև փակաղակը պտտվի։ Այս պատկերները կարելի է նկարահանել՝ տեսախցիկի դիրքը տեղափոխելով և դրանք իրար միացնելով։ Նկար 3-ը ցույց է տալիս մարդու բջջի մեծ պատկերը ֆլուորեսցենտային մանրադիտակի տակ, որը ձևավորվել է 16 փոքր պատկերներ միացնելով։
Նկար 3. Մարդու բջջի սլայդ, որը նկարահանվում է տարածքային սկանավորման տեսախցիկով՝ օգտագործելով «սալիկներ և կարեր» մեթոդը։
Ընդհանուր առմամբ, ավելի մեծ մանրամասների լուծումը կպահանջի ավելի շատ պատկերների ստեղծում և այս կերպ միացում։ Այս խնդրի լուծումներից մեկը կիրառելն էմեծ ֆորմատի տեսախցիկի սկանավորում, որն ունի մեծ սենսորներ՝ մեծ պիքսելների քանակով, զուգորդված մասնագիտացված օպտիկայի հետ, ինչը թույլ է տալիս ֆիքսել ավելի մեծ քանակությամբ մանրամասներ։
TDI-ի և տարածքի սկանավորման համեմատություն (Tile & Stitch)
Նմուշների մեծ մակերեսի սկանավորման համար և՛ «Tile & Stitch» և՛ «TDI» սկանավորումը համապատասխան լուծումներ են, սակայն լավագույն մեթոդը ընտրելով՝ հնարավոր է զգալիորեն կրճատել նմուշի սկանավորման համար անհրաժեշտ ժամանակը: Այս ժամանակի խնայողությունը պայմանավորված է TDI սկանավորման շարժվող նմուշը ֆիքսելու ունակությամբ՝ վերացնելով փուլի նստեցման և «Tile & Stitch» պատկերման հետ կապված պտտվող փակաղակի ժամանակի հետ կապված ուշացումները:
Նկար 4-ը համեմատում է մարդու բջջի պատկերը ստանալու համար անհրաժեշտ կանգառները (կանաչ) և շարժումները (սև գծեր)՝ թե՛ «tile & stitch» (ձախ), թե՛ «TDI» (աջ) սկանավորման դեպքում: TDI պատկերման ժամանակ պատկերը կանգ առնելու և վերակարգավորելու անհրաժեշտությունը վերացնելով՝ հնարավոր է զգալիորեն կրճատել պատկերման ժամանակը, եթե էքսպոզիցիայի ժամանակը ցածր է՝ <100 մվ:
Աղյուսակ 2-ը ցույց է տալիս 9k TDI-ի և ստանդարտ sCMOS տեսախցիկի միջև սկանավորման մշակված օրինակ։
Նկար 4. Մարդու բջջի ֆլուորեսցենցիայի տակ նկարահանման սկանավորման մոտիվ, որը ցույց է տալիս սալիկապատումը և կարը (ձախից) և TDI պատկերումը (աջից):
Աղյուսակ 2. 15 x 15 մմ նմուշի համար մակերեսային սկանավորման և TDI պատկերման համեմատություն՝ 10x օբյեկտիվով և 10 մվրկ էքսպոզիցիայի ժամանակով։
Թեև TDI-ն հիանալի ներուժ ունի պատկերի նկարահանման արագության բարձրացման համար, այս տեխնոլոգիայի կիրառման մեջ կան նրբություններ: Բարձր էքսպոզիցիայի ժամանակների դեպքում (>100 մվ) տարածքի սկանավորման շարժման և կայունացման համար կորցրած ժամանակի նշանակությունը նվազում է էքսպոզիցիայի ժամանակի համեմատ: Նման դեպքերում տարածքի սկանավորման տեսախցիկները կարող են առաջարկել սկանավորման կրճատված ժամանակներ՝ համեմատած TDI պատկերման հետ: Տեսնելու համար, թե արդյոք TDI տեխնոլոգիան կարող է ձեզ առավելություններ առաջարկել ձեր ներկայիս կարգավորումների համեմատ,կապվեք մեզ հետհամեմատական հաշվիչի համար։
Այլ ծրագրեր
Շատ հետազոտական հարցեր պահանջում են ավելի շատ տեղեկատվություն, քան մեկ պատկերը, օրինակ՝ բազմաալիք կամ բազմաֆոկուսային պատկերի ձեռքբերումը։
Տարածքային սկանավորման տեսախցիկում բազմալիք պատկերումը ենթադրում է պատկերների միաժամանակյա նկարահանում՝ օգտագործելով բազմաթիվ ալիքի երկարություններ: Այս ալիքները սովորաբար համապատասխանում են լույսի տարբեր ալիքի երկարությունների, ինչպիսիք են կարմիրը, կանաչը և կապույտը: Յուրաքանչյուր ալիք նկարահանում է տեսարանից որոշակի ալիքի երկարության կամ սպեկտրալ տեղեկատվություն: Այնուհետև տեսախցիկը համատեղում է այս ալիքները՝ լիարժեք գունավոր կամ բազմասպեկտրալ պատկեր ստեղծելու համար, որը ապահովում է տեսարանի ավելի համապարփակ պատկեր՝ տարբեր սպեկտրային մանրամասներով: Տարածքային սկանավորման տեսախցիկներում դա իրականացվում է դիսկրետ էքսպոզիցիաների միջոցով, սակայն TDI պատկերման դեպքում կարելի է օգտագործել բաժանիչ՝ սենսորը մի քանի մասերի բաժանելու համար: 9kTDI-ն (45 մմ) բաժանելը 3 x 15.0 մմ սենսորների դեռ ավելի մեծ կլինի, քան ստանդարտ սենսորը (6.5 մկմ պիքսել լայնություն, 2048 պիքսել)՝ 13.3 մմ լայնությամբ: Ավելին, քանի որ TDI-ն լուսավորություն է պահանջում միայն պատկերվող նմուշի մասից, սկանավորումները կարող են ավելի արագ ցիկլային լինել:
Մեկ այլ ոլորտ, որտեղ սա կարող է տեղի ունենալ, բազմաֆոկուսային պատկերումն է: Տարածքային սկանավորման տեսախցիկներում բազմաֆոկուսային պատկերումը ենթադրում է տարբեր ֆոկուսային հեռավորություններով բազմաթիվ պատկերների նկարահանում և դրանց միաձուլում՝ ամբողջ տեսարանը սուր ֆոկուսով կազմված պատկեր ստեղծելու համար: Այն լուծում է տեսարանի տարբեր հեռավորությունները՝ վերլուծելով և համատեղելով յուրաքանչյուր պատկերի ֆոկուսային շրջանները, ինչը հանգեցնում է պատկերի ավելի մանրամասն ներկայացման: Կրկին, օգտագործելով...բաժանարարTDI սենսորը երկու (22.5 մմ) կամ երեք (15.0 մմ) մասերի բաժանելու համար հնարավոր է բազմաֆոկուսային պատկեր ստանալ ավելի արագ, քան մակերեսային սկանավորման համարժեքը: Սակայն, ավելի բարձր կարգի բազմաֆոկուսային պատկերների համար (6 կամ ավելի z կույտեր) մակերեսային սկանավորումը, հավանաբար, կմնա ամենաարագ պատկերման տեխնիկան:
Եզրակացություններ
Այս տեխնիկական նշումը ներկայացնում է մեծ մակերեսի սկանավորման համար նախատեսված տարածքի սկանավորման և TDI տեխնոլոգիայի միջև եղած տարբերությունները: Գծային սկանավորումը և sCMOS զգայունությունը համատեղելով՝ TDI-ն ապահովում է արագ, բարձրորակ պատկերացում՝ առանց ընդհատումների, գերազանցելով տարածքի սկանավորման ավանդական մեթոդները, ինչպիսիք են «խճանկարը և կարը»: Գնահատեք մեր առցանց հաշվիչն օգտագործելու առավելությունները՝ հաշվի առնելով այս փաստաթղթում նշված տարբեր ենթադրությունները: TDI-ն հզոր գործիք է արդյունավետ պատկերման համար՝ մեծ ներուժով կրճատելով պատկերման ժամանակը թե՛ ստանդարտ, թե՛ առաջադեմ պատկերման տեխնիկաներում:Եթե ցանկանում եք տեսնել, թե արդյոք TDI տեսախցիկը կամ տարածքի սկանավորման տեսախցիկը կարող են համապատասխանել ձեր կիրառմանը և բարելավել նկարահանման ժամանակը, կապվեք մեզ հետ այսօր։
