25/07/29Կենսալուսարձակման բարձր թողունակությամբ պատկերման և արդյունաբերական բարձր արագությամբ ցածր լույսի պայմաններում հայտնաբերման ոլորտներում պատկերման արագության և զգայունության միջև օպտիմալ հավասարակշռության հասնելը երկար ժամանակ եղել է տեխնոլոգիական առաջընթացը սահմանափակող հիմնական խոչընդոտ: Ավանդական գծային կամ տարածքային զանգվածային պատկերման լուծումները հաճախ բախվում են դժվար փոխզիջումների, ինչը դժվարացնում է ինչպես հայտնաբերման արդյունավետության, այնպես էլ համակարգի աշխատանքի պահպանումը: Արդյունքում, արդյունաբերական արդիականացումները զգալիորեն սահմանափակվել են:
Հետին լուսավորությամբ TDI-sCMOS տեխնոլոգիայի ներդրումը սկսում է լուծել այս սահմանափակումները: Այս նորարարական տեխնոլոգիան ոչ միայն լուծում է թույլ լուսավորության պայմաններում բարձր արագությամբ պատկերման ֆիզիկական սահմանափակումները, այլև ընդլայնում է իր կիրառությունները կենսաբանական գիտություններից այն կողմ՝ դեպի առաջադեմ արդյունաբերական ոլորտներ, ինչպիսիք են կիսահաղորդչային ստուգումը և ճշգրիտ արտադրությունը: Այս զարգացումների շնորհիվ TDI-sCMOS-ը գնալով ավելի կարևոր է դառնում ժամանակակից արդյունաբերական պատկերման կիրառություններում:
Այս հոդվածը ուրվագծում է TDI պատկերման հիմնական սկզբունքները, հետևում է դրա զարգացմանը և քննարկում է դրա աճող դերը արդյունաբերական համակարգերում։
TDI սկզբունքների ըմբռնում. առաջընթաց դինամիկ պատկերման մեջ
Ժամանակի ուշացման ինտեգրումը (TDI) պատկերի ձեռքբերման տեխնոլոգիա է, որը հիմնված է գծային սկանավորման սկզբունքի վրա և առաջարկում է երկու կարևոր տեխնիկական առանձնահատկություն՝
Սինխրոն դինամիկ ձեռքբերում
Ի տարբերություն ավանդական տարածքային տեսախցիկների, որոնք աշխատում են «կանգ առ-կադր-շարժ» ցիկլով, TDI սենսորները անընդհատ լուսարձակում են պատկերները շարժման ընթացքում: Երբ նմուշը շարժվում է տեսադաշտով մեկ, TDI սենսորը համաժամեցնում է պիքսելային սյուների շարժումը օբյեկտի արագության հետ: Այս համաժամացումը հնարավորություն է տալիս նույն օբյեկտի անընդհատ լուսարձակման և դինամիկ լիցքի կուտակման ժամանակի ընթացքում, ինչը թույլ է տալիս արդյունավետ պատկերացում ստանալ նույնիսկ բարձր արագությունների դեպքում:
TDI պատկերման ցուցադրություն. համակարգված նմուշի շարժում և լիցքի ինտեգրում
Վճարային տիրույթի կուտակում
Յուրաքանչյուր պիքսելային սյունակ մուտքային լույսը վերածում է էլեկտրական լիցքի, որը հետո մշակվում է նմուշառման բազմաթիվ ընթերցման փուլերով: Այս անընդհատ կուտակման գործընթացը արդյունավետորեն ուժեղացնում է թույլ ազդանշանը N գործակցով, որտեղ N-ը ներկայացնում է ինտեգրման մակարդակների քանակը՝ բարելավելով ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը (SNR) սահմանափակ լուսավորության պայմաններում:
Պատկերի որակի նկարազարդում տարբեր TDI փուլերում
TDI տեխնոլոգիայի էվոլյուցիան. CCD-ից մինչև հետին լուսավորությամբ sCMOS
TDI սենսորները սկզբնապես կառուցվել են CCD կամ առջևի լուսավորությամբ CMOS հարթակների վրա, սակայն երկու ճարտարապետություններն էլ սահմանափակումներ ունեին արագ և թույլ լուսավորության պայմաններում պատկերման համար։
TDI-CCD
Հետին լուսավորությամբ TDI-CCD սենսորները կարող են հասնել մոտ 90% քվանտային արդյունավետության (QE): Այնուամենայնիվ, դրանց հաջորդական ընթերցման ճարտարապետությունը սահմանափակում է պատկերման արագությունը. գծային արագությունները սովորաբար մնում են 100 կՀց-ից ցածր, իսկ 2K լուծաչափով սենսորները գործում են մոտ 50 կՀց հաճախականությամբ:
Առջևի լուսավորությամբ TDI-CMOS
Առջևի լուսավորությամբ TDI-CMOS սենսորները ապահովում են ավելի արագ ընթերցման արագություն, 8K լուծաչափով գծային հաճախականությունը հասնում է մինչև 400 կՀց-ի: Այնուամենայնիվ, կառուցվածքային գործոնները սահմանափակում են դրանց QE-ն, հատկապես ավելի կարճ ալիքի երկարության տիրույթում, հաճախ այն պահելով 60%-ից ցածր:
Նշանակալի առաջընթաց եղավ 2020 թվականին՝ Tucsen's-ի թողարկմամբ։Dhyana 9KTDI sCMOS տեսախցիկ, հետին լուսավորությամբ TDI-sCMOS տեսախցիկ։ Այն նշանակալի առաջընթաց է բարձր զգայունության և բարձր արագության TDI կատարողականության համադրման գործում։
-
Քվանտային արդյունավետություն. 82% գագաթնակետային QE՝ մոտավորապես 40%-ով ավելի բարձր, քան ավանդական առջևի լուսավորությամբ TDI-CMOS սենսորները, ինչը այն դարձնում է իդեալական թույլ լուսավորության պայմաններում պատկերման համար։
-
Գծի հաճախականություն՝ 510 կՀց 9K լուծաչափով, ինչը հանգեցնում է վայրկյանում 4.59 գիգապիքսել տվյալների թողունակության։
Այս տեխնոլոգիան առաջին անգամ կիրառվել է բարձր թողունակությամբ ֆլուորեսցենտային սկանավորման մեջ, որտեղ տեսախցիկը 10.1 վայրկյանում նկարահանել է 30 մմ × 17 մմ ֆլուորեսցենտային նմուշի 2 գիգապիքսելային պատկեր՝ օպտիմալացված համակարգի պայմաններում, ցույց տալով պատկերման արագության և մանրամասների ճշգրտության զգալի աճ՝ համեմատած ավանդական մակերեսային սկանավորման համակարգերի հետ։
ՊատկերDhyana 9KTDI՝ Zaber MVR մոտորային բեմով
Նպատակ10X Նկարահանման ժամանակը՝ 10.1 վրկ։ Լուսանկարման ժամանակը՝ 3.6 մվ։
Պատկերի չափը: 30մմ x 17մմ 58,000 x 34,160 պիքսել
TDI տեխնոլոգիայի հիմնական առավելությունները
Բարձր զգայունություն
TDI սենսորները կուտակում են ազդանշաններ բազմաթիվ էքսպոզիցիաների ժամանակ՝ բարելավելով թույլ լուսավորության պայմաններում կատարողականությունը: Հետին լուսավորությամբ TDI-sCMOS սենսորների միջոցով հնարավոր է հասնել 80%-ից բարձր քվանտային արդյունավետության, ինչը բավարարում է այնպիսի պահանջկոտ առաջադրանքներ, ինչպիսիք են ֆլուորեսցենտային պատկերումը և մութ դաշտի ստուգումը:
Բարձր արագության կատարողականություն
TDI սենսորները նախատեսված են բարձր թողունակությամբ պատկերման համար՝ արագ շարժվող օբյեկտները գերազանց պարզությամբ ֆիքսելով: Պիքսելների ընթերցումը օբյեկտի շարժման հետ համաժամեցնելով՝ TDI-ն գործնականում վերացնում է շարժման մշուշոտությունը և աջակցում է փոխադրիչի վրա հիմնված ստուգումը, իրական ժամանակի սկանավորումը և այլ բարձր թողունակությամբ սցենարներ:
Բարելավված ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցություն (SNR)
Մի քանի փուլերի միջև ազդանշանները ինտեգրելով՝ TDI սենսորները կարող են ստանալ ավելի բարձր որակի պատկերներ՝ ավելի քիչ լուսավորությամբ, նվազեցնելով կենսաբանական նմուշների ֆոտոսպիտակեցման ռիսկերը և նվազագույնի հասցնելով զգայուն նյութերում ջերմային լարվածությունը։
Շրջակա միջավայրի միջամտության նկատմամբ զգայունության նվազում
Տարածքային սկանավորման համակարգերի համեմատ, TDI սենսորները ավելի քիչ են ազդվում շրջակա լույսից կամ անդրադարձումներից՝ իրենց տող առ տող համաժամեցված ազդեցության շնորհիվ, ինչը դրանք ավելի կայուն է դարձնում բարդ արդյունաբերական միջավայրերում։
Կիրառման օրինակ՝ վաֆլիի ստուգում
Կիսահաղորդիչների ոլորտում, մակերեսային սկանավորման sCMOS տեսախցիկները լայնորեն օգտագործվում էին թույլ լուսավորության հայտնաբերման համար՝ իրենց արագության և զգայունության շնորհիվ: Այնուամենայնիվ, այս համակարգերը կարող են ունենալ թերություններ.
-
Սահմանափակ տեսադաշտ. անհրաժեշտ է մի քանի կադրեր միացնել իրար, ինչը հանգեցնում է ժամանակատար գործընթացների:
-
Ավելի դանդաղ սկանավորում. Յուրաքանչյուր սկանավորում պահանջում է սպասել, մինչև բեմը կայունանա, նախքան հաջորդ պատկերը նկարահանելը:
-
Կարման արտեֆակտներ. Պատկերի բացերը և անհամապատասխանությունները ազդում են սկանավորման որակի վրա:
TDI պատկերագրությունը օգնում է լուծել հետևյալ խնդիրները՝
-
Անընդհատ սկանավորում. TDI-ն աջակցում է մեծ, անխափան սկանավորումներ՝ առանց շրջանակների միացման անհրաժեշտության:
-
Ավելի արագ գրանցում. բարձր գծային արագությունները (մինչև 1 ՄՀց) վերացնում են գրանցումների միջև ուշացումները։
-
Բարելավված պատկերի միատարրություն. TDI-ի գծային սկանավորման մեթոդը նվազագույնի է հասցնում հեռանկարային աղավաղումը և ապահովում է երկրաչափական ճշգրտություն ամբողջ սկանավորման ընթացքում։
TDI ընդդեմ տարածքի սկանավորման
ՆկարազարդումTDI-ն հնարավորություն է տալիս ավելի շարունակական և սահուն ձեռքբերման գործընթաց իրականացնել
Tucsen-ի Gemini 8KTDI sCMOS տեսախցիկը արդյունավետ է եղել խորը ուլտրամանուշակագույն վաֆլիների ստուգման համար: Tucsen-ի ներքին փորձարկումների համաձայն, տեսախցիկը 266 նմ-ում հասնում է 63.9% QE-ի և պահպանում է չիպի ջերմաստիճանի կայունությունը 0°C-ում երկարատև օգտագործման դեպքում, ինչը կարևոր է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման նկատմամբ զգայուն կիրառությունների համար:
Օգտագործման ընդլայնում. մասնագիտացված պատկերագրությունից մինչև համակարգային ինտեգրացիա
TDI-ն այլևս սահմանափակված չէ միայն նեղ մասնագիտացված կիրառություններով կամ չափորոշիչային թեստավորմամբ։ Ուշադրության կենտրոնում է արդյունաբերական համակարգերում գործնական ինտեգրումը։
Tucsen-ի Gemini TDI շարքը առաջարկում է երկու տեսակի լուծումներ.
1. Առաջատար մոդելներՆախագծված է առաջադեմ օգտագործման դեպքերի համար, ինչպիսիք են առջևի վահանակների ստուգումը և ուլտրամանուշակագույն արատների հայտնաբերումը: Այս մոդելները առաջնահերթություն են տալիս բարձր զգայունությանը, կայունությանը և թողունակությանը:
2. Կոմպակտ տարբերակներԱվելի փոքր, օդային սառեցմամբ և ցածր հզորությամբ՝ ավելի հարմար է ներդրված համակարգերի համար: Այս մոդելները ներառում են CXP (CoaXPress) բարձր արագության ինտերֆեյսներ՝ արդյունավետ ինտեգրման համար:
Կենսաբանական գիտություններում բարձր թողունակությամբ պատկերումից մինչև կիսահաղորդչային ճշգրիտ ստուգում, հետին լուսավորությամբ TDI-sCMOS-ը գնալով ավելի կարևոր դեր է խաղում պատկերման աշխատանքային հոսքերի բարելավման գործում։
Հաճախակի տրվող հարցեր
Հարց 1. Ինչպե՞ս է աշխատում TDI-ն։
TDI-ն համաժամեցնում է լիցքի փոխանցումը պիքսելների շարքերի միջև՝ օբյեկտի շարժման հետ։ Երբ օբյեկտը շարժվում է, յուրաքանչյուր շարք կուտակում է ևս մեկ էքսպոզիցիա, մեծացնելով զգայունությունը, հատկապես թույլ լուսավորության և բարձր արագության պայմաններում։
Հ2. Որտե՞ղ կարելի է օգտագործել TDI տեխնոլոգիան։
TDI-ն իդեալական է կիսահաղորդչային ստուգման, ֆլուորեսցենտային սկանավորման, տպատախտակի ստուգման և այլ բարձր թույլտվությամբ, բարձր արագությամբ պատկերագրման կիրառությունների համար, որտեղ շարժման մշուշոտությունը և լուսավորության ցածր մակարդակը մտահոգիչ են։
Հարց 3. Ի՞նչ պետք է հաշվի առնել արդյունաբերական կիրառությունների համար TDI տեսախցիկ ընտրելիս:
TDI տեսախցիկ ընտրելիս կարևոր գործոններից են գծի արագությունը, քվանտային արդյունավետությունը, լուծաչափը, սպեկտրալ արձագանքը (հատկապես ուլտրամանուշակագույն կամ NIR կիրառությունների համար) և ջերմային կայունությունը։
Գծի տոկոսադրույքը հաշվարկելու վերաբերյալ մանրամասն բացատրության համար տե՛ս մեր հոդվածը.
TDI շարք – Ինչպես հաշվարկել տեսախցիկի գծային հաճախականությունը
Tucsen Photonics Co., Ltd. Բոլոր իրավունքները պաշտպանված են։ Մեջբերելիս խնդրում ենք նշել աղբյուրը։www.tucsen.com
