25/08/08Արդյունաբերական և գիտական պատկերման մեջ թույլ լուսավորության պայմաններում արագ շարժվող օբյեկտների նկարահանումը մշտական մարտահրավեր է։ Ահա թե որտեղ են միջամտում ժամանակի հետաձգման ինտեգրման (TDI) տեսախցիկները։ TDI տեխնոլոգիան համատեղում է շարժման համաժամացումը և բազմակի էքսպոզիցիաները՝ ապահովելու համար բացառիկ զգայունություն և պատկերի պարզություն, հատկապես բարձր արագության միջավայրերում։
Ի՞նչ է TDI տեսախցիկը։
TDI տեսախցիկը մասնագիտացված գծային սկանավորման տեսախցիկ է, որը նկարահանում է շարժվող օբյեկտներ: Ի տարբերություն ստանդարտ մակերեսային սկանավորման տեսախցիկների, որոնք միաժամանակ լուսարձակում են ամբողջ կադրը, TDI տեսախցիկները տեղափոխում են լիցքը պիքսելների մեկ շարքից մյուսը՝ համաժամեցնելով օբյեկտի շարժմանը: Յուրաքանչյուր պիքսելային շարք կուտակում է լույս, երբ օբյեկտը շարժվում է, արդյունավետորեն մեծացնելով լուսակայման ժամանակը և ուժեղացնելով ազդանշանի ուժգնությունը՝ առանց շարժման մշուշոտություն առաջացնելու:
Այս լիցքավորման ինտեգրումը զգալիորեն բարձրացնում է ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը (SNR), ինչը TDI տեսախցիկները դարձնում է իդեալական բարձր արագության կամ թույլ լուսավորության պայմաններում կիրառման համար։
Ինչպե՞ս է աշխատում TDI տեսախցիկը։
TDI տեսախցիկի աշխատանքը պատկերված է նկար 1-ում։
Նկար 1. Ժամանակի հետաձգման ինտեգրման (TDI) սենսորների աշխատանքը
ՆՇՈՒՄ: TDI տեսախցիկները տեղափոխում են ստացված լիցքերը մի քանի «փուլերով»՝ շարժվող պատկերող օբյեկտի հետ համաժամեցված։ Յուրաքանչյուր փուլ լրացուցիչ հնարավորություն է տալիս լույսի ազդեցությանը ենթարկվելու։ Պատկերված է տեսախցիկի վրայով շարժվող պայծառ «T»-ով՝ TDI սենսորի 5 սյունակով 5 փուլային հատվածով։ Tucsen Dhyana 9KTDI՝ հիբրիդային CCD ոճի լիցքի շարժումով, բայց CMOS ոճի զուգահեռ ընթերցմամբ։
TDI տեսախցիկները, ըստ էության, գծային սկանավորման տեսախցիկներ են՝ մեկ կարևոր տարբերությամբ. պատկերման օբյեկտի վրայով տեսախցիկների սկանավորման ընթացքում տվյալներ հավաքող պիքսելների մեկ շարքի փոխարեն, TDI տեսախցիկներն ունեն բազմաթիվ շարքեր, որոնք հայտնի են որպես «փուլեր», որոնք սովորաբար մինչև 256 են։
Սակայն այս շարքերը չեն կազմում երկչափ պատկեր, ինչպես մակերեսային սկանավորման տեսախցիկը։ Փոխարենը, երբ սկանավորված պատկերման օբյեկտը շարժվում է տեսախցիկի սենսորի վրայով, յուրաքանչյուր պիքսելի ներսում հայտնաբերված ֆոտոէլեկտրոնները տեղափոխվում են հաջորդ շարք՝ պատկերման օբյեկտի շարժման հետ համաժամեցված, դեռևս առանց կարդացվելու։ Այնուհետև յուրաքանչյուր լրացուցիչ շարք լրացուցիչ հնարավորություն է տալիս պատկերման օբյեկտը լույսի ազդեցության տակ ենթարկելու համար։ Միայն այն ժամանակ, երբ պատկերի կտորը հասնում է սենսորի պիքսելների վերջին շարքին, այդ շարքը փոխանցվում է կարդացման ճարտարապետությանը՝ չափման համար։
Հետևաբար, չնայած տեսախցիկի փուլերում տեղի ունեցող բազմաթիվ չափումներին, տեսախցիկի ընթերցման աղմուկի միայն մեկ դեպք է ներմուծվում: 256 փուլով TDI տեսախցիկը նմուշը տեսադաշտում պահում է 256 անգամ ավելի երկար, և, հետևաբար, ունի 256 անգամ ավելի երկար էքսպոզիցիայի ժամանակ, քան համարժեք գծային սկանավորման տեսախցիկը: Տարածքային սկանավորման տեսախցիկով համարժեք էքսպոզիցիայի ժամանակը կհանգեցնի շարժման ծայրահեղ մշուշոտության, ինչը պատկերը կդարձնի անօգուտ:
Ե՞րբ կարելի է օգտագործել TDI-ն։
TDI տեսախցիկները հիանալի լուծում են ցանկացած պատկերագրման կիրառման համար, որտեղ պատկերող օբյեկտը շարժման մեջ է տեսախցիկի նկատմամբ՝ պայմանով, որ շարժումը միատարր լինի տեսախցիկի տեսադաշտում։
Հետևաբար, TDI պատկերման կիրառությունները, մի կողմից, ներառում են գծային սկանավորման բոլոր այն մեթոդները, որտեղ ձևավորվում են երկչափ պատկերներ, միաժամանակ ապահովելով ավելի մեծ արագություններ, զգալիորեն բարելավված ցածր լույսի զգայունություն, ավելի լավ պատկերի որակ կամ երեքը միաժամանակ։ Մյուս կողմից, կան բազմաթիվ պատկերման տեխնիկաներ, որոնք օգտագործում են տարածքային սկանավորման տեսախցիկներ, որտեղ կարող են օգտագործվել TDI տեսախցիկներ։
Բարձր զգայունության sCMOS TDI-ի համար կենսաբանական ֆլուորեսցենտային մանրադիտակում «սալիկապատման և կարման» պատկերումը կարող է իրականացվել սալիկապատման փոխարեն բեմի անընդհատ սկանավորման միջոցով: Կամ բոլոր TDI-ները կարող են հարմար լինել ստուգման կիրառությունների համար: TDI-ի մեկ այլ կարևոր կիրառություն է պատկերագրական հոսքային ցիտոմետրիան, որտեղ բջիջների ֆլուորեսցենտային պատկերները ստացվում են, երբ դրանք անցնում են տեսախցիկի միջով՝ միկրոհոսքային ալիքով հոսելիս:
sCMOS TDI-ի դրական և բացասական կողմերը
Առավելություններ
● Կարող է մեծ արագությամբ ստանալ կամայական չափի երկչափ պատկերներ՝ պատկերող օբյեկտի վրայով սկանավորելիս։
● Բազմակի TDI փուլերը, ցածր աղմուկը և բարձր QE-ն կարող են հանգեցնել գծային սկանավորման տեսախցիկների համեմատ զգալիորեն ավելի բարձր զգայունության։
● Կարելի է հասնել շատ բարձր ընթերցման արագությունների, օրինակ՝ մինչև 510,000 Հց (տող վայրկյանում)՝ 9,072 պիքսել լայնությամբ պատկերի համար։
●Լուսավորությունը պետք է լինի միայն միաչափ և կարող է չպահանջել հարթ դաշտի կամ այլ ուղղումներ երկրորդ (սկանավորված) չափման մեջ: Բացի այդ, գծային սկանավորման համեմատ ավելի երկար էքսպոզիցիայի ժամանակը կարող է «հարթեցնել» փոփոխական հոսանքի լույսի աղբյուրների պատճառով առաջացող թարթումը:
● Շարժվող պատկերները կարող են ստացվել առանց շարժման մշուշոտման և բարձր արագությամբ ու զգայունությամբ։
●Մեծ տարածքների սկանավորումը կարող է զգալիորեն ավելի արագ լինել, քան տարածքի սկանավորող տեսախցիկները։
● Առաջադեմ ծրագրաշարի կամ ակտիվացման կարգավորումների շնորհիվ, «տարածքի սկանավորման նման» ռեժիմը կարող է ապահովել տարածքի սկանավորման ընդհանուր պատկերացում՝ կենտրոնացման և հավասարեցման համար:
Դեմ կողմերը
● Դեռևս ավելի բարձր աղմուկ է առաջացնում, քան սովորական sCMOS տեսախցիկներում, ինչը նշանակում է, որ ծայրահեղ թույլ լուսավորության պայմաններում կիրառությունները հասանելի չեն։
● Պահանջվում են մասնագիտացված կարգավորումներ՝ առաջադեմ ակտիվացմամբ՝ պատկերվող օբյեկտի շարժումը տեսախցիկի սկանավորման հետ համաժամեցնելու, շարժման արագության շատ նուրբ կառավարման կամ արագության ճշգրիտ կանխատեսման համար՝ համաժամեցումը հնարավոր դարձնելու համար:
● Որպես նոր տեխնոլոգիա, ներկայումս քիչ լուծումներ կան սարքավորումների և ծրագրային ապահովման ներդրման համար։
Ցածր լուսավորության պայմաններում աշխատող sCMOS TDI
Թեև TDI-ն որպես պատկերման տեխնիկա նախորդում է թվային պատկերմանը և վաղուց գերազանցել է գծային սկանավորմանը իր կատարողականությամբ, միայն վերջին մի քանի տարիների ընթացքում են TDI տեսախցիկները ձեռք բերել այն զգայունությունը, որը անհրաժեշտ է թույլ լուսավորության պայմաններում կիրառություններին հասնելու համար, որոնք սովորաբար պահանջում են գիտական մակարդակի զգայունություն։sCMOS տեսախցիկներ.
«sCMOS TDI»-ն համատեղում է CCD ոճի լիցքերի շարժումը սենսորի վրայով sCMOS ոճի ցուցմունքի հետ՝ հետին լուսավորությամբ սենսորներով։ Նախկինում CCD-ի վրա հիմնված կամ բացառապես CMOS-ի վրա հիմնված* TDI տեսախցիկներն ունեին զգալիորեն ավելի դանդաղ ցուցմունք, ավելի փոքր պիքսելների քանակ, ավելի քիչ փուլեր և 30e-ից մինչև >100e- ցուցմունքի աղմուկ։ Ի տարբերություն դրա, sCMOS TDI-ն, ինչպիսին է Tucsen-ը,...Dhyana 9KTDI sCMOS տեսախցիկԱռաջարկում է 7.2e- ընթերցման աղմուկ, զուգորդված հետին լուսավորության միջոցով ավելի բարձր քվանտային արդյունավետության հետ, ինչը հնարավորություն է տալիս օգտագործել TDI-ն զգալիորեն ցածր լուսավորության մակարդակի կիրառություններում, քան նախկինում հնարավոր էր։
Շատ կիրառություններում TDI գործընթացի կողմից ապահովված ավելի երկար էքսպոզիցիայի ժամանակը կարող է ավելին լինել, քան փոխհատուցել ընթերցման աղմուկի աճը՝ համեմատած 1e-ին մոտ ընթերցման աղմուկ ունեցող բարձրորակ sCMOS տարածքային սկանավորման տեսախցիկների հետ։
TDI տեսախցիկների ընդհանուր կիրառությունները
TDI տեսախցիկները հանդիպում են բազմաթիվ ոլորտներում, որտեղ ճշգրտությունն ու արագությունը հավասարապես կարևոր են.
● Կիսահաղորդչային թիթեղների ստուգում
● Հարթ վահանակի (FPD) փորձարկում
● Սարդոստայնի ստուգում (թուղթ, թաղանթ, փայլաթիթեղ, գործվածք)
● Ռենտգենյան սկանավորում բժշկական ախտորոշման կամ ուղեբեռի ստուգման ժամանակ
● Սահիկով և բազմափոսային թիթեղների սկանավորում թվային պաթոլոգիայի դեպքում
● Հիպերսպեկտրալ պատկերացում հեռազննման կամ գյուղատնտեսության մեջ
● Տիպային տպատախտակի և էլեկտրոնիկայի ստուգում SMT գծերում
Այս կիրառությունները օգտվում են իրական աշխարհի սահմանափակումների պայմաններում TDI պատկերման կողմից ապահովվող բարելավված հակադրությունից, արագությունից և պարզությունից։
Օրինակ՝ սլայդային և բազմափոսային թիթեղների սկանավորում
Ինչպես նշվեց, sCMOS TDI տեսախցիկների համար մեծ հեռանկարներ ունեցող կիրառություններից մեկը միացման կիրառություններն են, ներառյալ սլայդների կամ բազմափոսային թիթեղների սկանավորումը: Երկչափ մակերեսային տեսախցիկներով մեծ ֆլուորեսցենտային կամ պայծառ դաշտի մանրադիտակային նմուշների սկանավորումը հիմնված է XY մանրադիտակի բեմի բազմակի շարժումներից ձևավորված պատկերների ցանցի միացման վրա: Յուրաքանչյուր պատկեր պահանջում է, որ բեմը կանգ առնի, կայունանա, ապա վերագործարկվի՝ գլորվող փակաղակի ցանկացած ուշացման հետ մեկտեղ: Մյուս կողմից, TDI-ն կարող է պատկերներ ստանալ, երբ բեմը շարժման մեջ է: Այնուհետև պատկերը ձևավորվում է փոքր թվով երկար «շերտերից», որոնցից յուրաքանչյուրը ծածկում է նմուշի ամբողջ լայնությունը: Սա կարող է հանգեցնել զգալիորեն ավելի բարձր ձեռքբերման արագության և տվյալների թողունակության բոլոր միացման կիրառություններում՝ կախված պատկերման պայմաններից:
Բեմի շարժման արագությունը հակադարձ համեմատական է TDI տեսախցիկի ընդհանուր էքսպոզիցիայի ժամանակին, ուստի կարճ էքսպոզիցիայի ժամանակները (1-20 մվ) ապահովում են պատկերման արագության ամենամեծ բարելավումը՝ համեմատած տարածքային սկանավորման տեսախցիկների հետ, ինչը կարող է հանգեցնել ընդհանուր ձեռքբերման ժամանակի մեծ կամ ավելի մեծ կրճատման: Ավելի երկար էքսպոզիցիայի ժամանակների դեպքում (օրինակ՝ > 100 մվ), տարածքային սկանավորումը սովորաբար կարող է պահպանել ժամանակային առավելություն:
Նկար 2-ում ներկայացված է ընդամենը տասը վայրկյանում ձևավորված շատ մեծ (2 գիգապիքսել) ֆլուորեսցենտային մանրադիտակի պատկերի օրինակ: Տարածքային սկանավորման տեսախցիկով համարժեք պատկերի ձևավորումը կարող է տևել մինչև մի քանի րոպե:
Նկար 2. 2 գիգապիքսելային պատկեր, որը ձևավորվել է 10 վայրկյանում TDI սկանավորման և կարման միջոցով։
ՆՇՈՒՄ: 10x մեծացման պատկերը ստացվել է Tucsen Dhyana 9kTDI լուսաներկիչ գրիչի կետերի միջոցով, որոնք դիտվել են ֆլուորեսցենտային մանրադիտակով: Ստացվել է 10 վայրկյանում՝ օգտագործելով 3.6 մվրկ էքսպոզիցիայի ժամանակ: Պատկերի չափսերը՝ 30 մմ x 17 մմ, 58,000 x 34,160 պիքսել:
TDI-ի համաժամեցում
TDI տեսախցիկի համաժամեցումը պատկերող օբյեկտի հետ (մի քանի տոկոսի սահմաններում) կարևոր է. արագության անհամապատասխանությունը կհանգեցնի «շարժման մշուշոտ» էֆեկտի: Այս համաժամեցումը կարող է իրականացվել երկու եղանակով.
ԿանխատեսողՏեսախցիկի արագությունը կարգավորվում է շարժման արագությանը համապատասխան՝ հիմնվելով նմուշի շարժման արագության, օպտիկայի (մեծացման) և տեսախցիկի պիքսելների չափի իմացության վրա: Կամ փորձարկման և սխալի միջոցով:
ԱկտիվացվածՇատ մանրադիտակի աստիճաններ, էստակադներ և պատկերման օբյեկտները տեղափոխելու այլ սարքավորումներ կարող են ներառել կոդավորիչներ, որոնք տրված շարժման հեռավորության համար տեսախցիկին ուղարկում են ակտիվացնող իմպուլս։ Սա թույլ է տալիս աստիճանը/էստակադը և տեսախցիկը համաժամեցված մնալ՝ անկախ շարժման արագությունից։
TDI տեսախցիկներ ընդդեմ գծային սկանավորման և տարածքային սկանավորման տեսախցիկների
Ահա, թե ինչպես է TDI-ն համեմատվում այլ հայտնի պատկերագրման տեխնոլոգիաների հետ.
| Հատկանիշ | TDI տեսախցիկ | Գծային սկանավորման տեսախցիկ | Տարածքի սկանավորման տեսախցիկ |
| Զգայունություն | Շատ բարձր | Միջին | Ցածրից մինչև միջին |
| Պատկերի որակը (շարժում) | Գերազանց | Լավ | Մշուշոտ է բարձր արագությունների դեպքում |
| Լուսավորության պահանջներ | Ցածր | Միջին | Բարձր |
| Շարժման համատեղելիություն | Գերազանց (եթե համաժամեցված է) | Լավ | Աղքատ |
| Լավագույնը | Բարձր արագությամբ, թույլ լուսավորության պայմաններում | Արագ շարժվող առարկաներ | Ստատիկ կամ դանդաղ տեսարաններ |
TDI-ն հստակ ընտրություն է, երբ տեսարանը արագ է շարժվում, և լույսի մակարդակը սահմանափակ է: Գծային սկանավորումը զգայունության առումով մեկ աստիճան ցածր է, մինչդեռ տարածքի սկանավորումն ավելի լավ է պարզ կամ ստացիոնար կարգավորումների համար:
Ճիշտ TDI տեսախցիկի ընտրություն
TDI տեսախցիկ ընտրելիս հաշվի առեք հետևյալը.
● TDI փուլերի քանակը. Ավելի շատ փուլերը մեծացնում են SNR-ը, բայց նաև արժեքը և բարդությունը:
● Սենսորի տեսակը՝ sCMOS-ը նախընտրելի է իր արագության և ցածր աղմուկի համար. CCD-ն կարող է դեռևս հարմար լինել որոշ հին համակարգերի համար։
● Ինտերֆեյս. Ապահովեք համատեղելիություն ձեր համակարգի հետ. Camera Link-ը, CoaXPress-ը և 10GigE-ն տարածված տարբերակներ են, 100G CoF-ը և 40G CoF-ը ի հայտ են եկել որպես նոր միտումներ:
● Սպեկտրալ արձագանք. Ընտրեք մոնոխրոմ, գունավոր կամ մոտ-ինֆրակարմիր (NIR) միջև՝ կախված կիրառման կարիքներից:
● Սինխրոնիզացիայի տարբերակներ. Շարժման ավելի լավ համընկնման համար փնտրեք այնպիսի գործառույթներ, ինչպիսիք են կոդավորիչի մուտքերը կամ արտաքին ակտիվացուցիչի աջակցությունը:
Եթե ձեր կիրառումը ներառում է նուրբ կենսաբանական նմուշներ, բարձր արագությամբ ստուգում կամ թույլ լուսավորության միջավայրեր, sCMOS TDI-ն, հավանաբար, ճիշտ ընտրությունն է։
Եզրակացություն
TDI տեսախցիկները ներկայացնում են պատկերման տեխնոլոգիայի հզոր զարգացում, հատկապես, երբ դրանք հիմնված են sCMOS սենսորների վրա: Շարժման համաժամեցումը բազմագծային ինտեգրման հետ համատեղելով՝ դրանք ապահովում են անգերազանցելի զգայունություն և պարզություն դինամիկ, թույլ լուսավորության պայմաններում տեսարանների համար:
Անկախ նրանից, թե դուք ստուգում եք թիթեղներ, սկանավորում եք սլայդներ, թե կատարում եք բարձր արագությամբ ստուգումներ, TDI-ի աշխատանքի սկզբունքը հասկանալը կարող է օգնել ձեզ ընտրել լավագույն լուծումը։գիտական տեսախցիկներձեր պատկերագրական մարտահրավերների համար։
Հաճախակի տրվող հարցեր
Կարո՞ղ են TDI տեսախցիկները աշխատել տարածքի սկանավորման ռեժիմով։
TDI տեսախցիկները կարող են ստեղծել (շատ բարակ) երկչափ պատկերներ «տարածքի սկանավորման նման» ռեժիմով, որը ձեռք է բերվում սենսորային ժամանակի մի հնարքի միջոցով: Սա կարող է օգտակար լինել ֆոկուսի և հավասարեցման նման խնդիրների համար:
«Տարածքի սկանավորման էքսպոզիցիա» սկսելու համար սենսորը նախ «մաքրվում» է՝ TDI-ն առաջ մղելով առնվազն այնքան քայլով, որքան տեսախցիկի փուլերն են, որքան հնարավոր է արագ, ապա կանգ առնելով։ Սա իրականացվում է կամ ծրագրային կառավարման, կամ սարքային ակտիվացման միջոցով, և իդեալականում կատարվում է մթության մեջ։ Օրինակ, 256 փուլ ունեցող տեսախցիկը պետք է կարդա առնվազն 256 տող, ապա կանգ առնի։ Տվյալների այս 256 տողը անտեսվում է։
Քանի դեռ տեսախցիկը չի ակտիվանում կամ գծերը չեն կարդացվում, սենսորը գործում է ճիշտ այնպես, ինչպես մակերեսային սկանավորման սենսորը, որը լուսաբանում է պատկերը։
Ցանկալի էքսպոզիցիայի ժամանակը պետք է անցնի տեսախցիկի անգործուն վիճակում, նախքան տեսախցիկը կրկին առաջ տանելը առնվազն իր փուլերի քանակով՝ կարդալով նոր ստացված պատկերի յուրաքանչյուր տողը: Եվս մեկ անգամ, իդեալականում, այս «ընթերցման» փուլը պետք է տեղի ունենա մթության մեջ:
Այս տեխնիկան կարող է կրկնվել՝ TDI գործողությունից նվազագույն աղավաղմամբ և մշուշոտությամբ «կենդանի նախադիտում» կամ տարածքի սկանավորման պատկերների հաջորդականություն ապահովելու համար։
Tucsen Photonics Co., Ltd. Բոլոր իրավունքները պաշտպանված են։ Մեջբերելիս խնդրում ենք նշել աղբյուրը։www.tucsen.com
