Tanggal 23/10/10Time delay & integration (TDI) adalah metode pengambilan gambar yang dibangun berdasarkan prinsip pemindaian garis, di mana serangkaian gambar satu dimensi diambil untuk menghasilkan gambar dengan mengatur waktu gerakan sampel dan pengambilan potongan gambar dengan pemicu. Meskipun teknologi ini telah ada selama beberapa dekade, teknologi ini biasanya dikaitkan dengan aplikasi dengan sensitivitas rendah, seperti inspeksi web.
Kamera generasi baru telah menggabungkan sensitivitas sCMOS dengan kecepatan TDI untuk menghasilkan tangkapan gambar dengan kualitas yang setara dengan pemindaian area, tetapi dengan potensi throughput yang jauh lebih cepat. Hal ini khususnya terlihat dalam situasi yang membutuhkan pencitraan sampel besar dalam kondisi minim cahaya. Dalam catatan teknis ini, kami menguraikan cara kerja pemindaian TDI, dan membandingkan waktu tangkapan gambar dengan teknik pemindaian area luas yang sebanding, yaitu pencitraan tile & stitch.
Dari pemindaian garis ke TDI
Pencitraan pemindaian garis adalah teknik pencitraan yang menggunakan satu baris piksel (disebut kolom, atau stage) untuk mengambil potongan gambar saat sampel sedang bergerak. Menggunakan mekanisme pemicu elektrik, satu 'potongan' gambar diambil saat sampel melewati sensor. Dengan menskalakan laju pemicu kamera agar gambar menangkap gerakan sampel dan menggunakan frame grabber untuk menangkap gambar-gambar ini, gambar-gambar tersebut dapat digabungkan untuk merekonstruksi gambar.
Pencitraan TDI dibangun berdasarkan prinsip penangkapan gambar sampel ini, namun menggunakan beberapa tahap untuk meningkatkan jumlah fotoelektron yang ditangkap. Saat sampel melewati setiap tahap, lebih banyak informasi dikumpulkan dan ditambahkan ke fotoelektron yang telah ditangkap pada tahap sebelumnya, lalu diacak dalam proses yang serupa dengan perangkat CCD. Saat sampel melewati tahap akhir, fotoelektron yang terkumpul dikirim ke pembacaan, dan sinyal terintegrasi di seluruh rentang digunakan untuk menghasilkan irisan gambar. Gambar 1 menunjukkan penangkapan gambar pada perangkat dengan lima kolom (tahap) TDI.
Gambar 1: contoh animasi pengambilan gambar menggunakan teknologi TDI. Sebuah sampel (T biru) dilewatkan melalui perangkat pengambilan gambar TDI (kolom berisi 5 piksel, 5 tahap TDI), dan fotoelektron ditangkap di setiap tahap dan ditambahkan ke level sinyal. Pembacaan data ini mengubahnya menjadi gambar digital.
1a: Gambar (T biru) diperkenalkan ke panggung; T bergerak seperti yang ditunjukkan pada perangkat.
1b: Saat T melewati tahap pertama, kamera TDI dipicu untuk menerima fotoelektron yang ditangkap oleh piksel saat mencapai tahap pertama pada sensor TDI. Setiap kolom memiliki serangkaian piksel yang menangkap fotoelektron secara individual.
1c: Fotoelektron yang ditangkap ini diacak ke tahap kedua, di mana setiap kolom mendorong level sinyalnya ke tahap berikutnya.
1d: Seiring dengan pergerakan sampel sejauh satu piksel, satu set fotoelektron kedua ditangkap pada tahap kedua, dan ditambahkan ke fotoelektron yang telah ditangkap sebelumnya, sehingga meningkatkan sinyal. Pada tahap 1, satu set fotoelektron baru ditangkap, sesuai dengan potongan gambar berikutnya.
1e: Proses pengambilan gambar yang dijelaskan pada tahap 1d diulangi saat gambar bergerak melewati sensor. Proses ini menghasilkan sinyal dari fotoelektron dari tahap-tahap tersebut. Sinyal tersebut diteruskan ke pembacaan, yang mengubah sinyal fotoelektron menjadi pembacaan digital.
1f: Pembacaan digital ditampilkan sebagai gambar kolom demi kolom. Hal ini memungkinkan rekonstruksi digital suatu gambar.
Karena perangkat TDI mampu secara bersamaan melewatkan fotoelektron dari satu tahap ke tahap berikutnya, dan menangkap fotoelektron baru dari tahap pertama saat sampel sedang bergerak, jumlah baris gambar yang ditangkap dapat mencapai tak terhingga. Laju pemicu, yang menentukan frekuensi pengambilan gambar (gambar 1a), dapat mencapai ratusan kHz.
Pada contoh Gambar 2, slide mikroskop berukuran 29 x 17 mm direkam dalam waktu 10,1 detik menggunakan kamera TDI piksel 5 µm. Bahkan pada tingkat zoom yang signifikan, tingkat keburamannya minimal. Hal ini merupakan kemajuan besar dibandingkan generasi sebelumnya dari teknologi ini.
Untuk detail lebih lanjut, Tabel 1 menunjukkan waktu pencitraan representatif untuk serangkaian ukuran sampel umum pada zoom 10, 20, dan 40x.
Gambar 2: Citra sampel fluoresensi yang diambil menggunakan Tucsen 9kTDI. Eksposur 10 ms, waktu pengambilan 10,1 detik.
Tabel 1: Matriks waktu pengambilan berbagai ukuran sampel (detik) menggunakan kamera Tucsen 9kTDI pada panggung bermotor seri Zaber MVR pada 10, 20, dan 40 x untuk waktu pencahayaan 1 & 10 ms.
Pemindaian area pencitraan
Pencitraan pemindaian area pada kamera sCMOS melibatkan pengambilan seluruh gambar secara bersamaan menggunakan larik piksel 2 dimensi. Setiap piksel menangkap cahaya, mengubahnya menjadi sinyal listrik untuk diproses secara langsung dan membentuk gambar lengkap dengan resolusi dan kecepatan tinggi. Ukuran gambar yang dapat diambil dalam satu eksposur ditentukan oleh ukuran piksel, perbesaran, dan jumlah piksel dalam larik, per (1)
Untuk array standar, bidang pandang diberikan oleh (2)
Dalam kasus di mana sampel terlalu besar untuk bidang pandang kamera, gambar dapat dibuat dengan memisahkan gambar menjadi kisi-kisi gambar seukuran bidang pandang. Pengambilan gambar ini mengikuti pola, di mana stage akan bergerak ke posisi tertentu di grid, stage akan diam, dan kemudian gambar akan diambil. Pada kamera rana putar, terdapat waktu tunggu tambahan saat rana berputar. Gambar-gambar ini dapat diambil dengan menggerakkan posisi kamera dan menggabungkannya. Gambar 3 menunjukkan gambar besar sel manusia di bawah mikroskop fluoresensi yang dibentuk dengan menggabungkan 16 gambar yang lebih kecil.
Gambar 3: Slide sel manusia yang ditangkap oleh kamera pemindai area menggunakan pencitraan ubin & jahitan.
Secara umum, untuk menyelesaikan detail yang lebih besar, diperlukan lebih banyak gambar yang dihasilkan dan digabungkan dengan cara ini. Salah satu solusinya adalah dengan menggunakanpemindaian kamera format besar, yang memiliki sensor besar dengan jumlah piksel tinggi, dipadukan dengan optik khusus, memungkinkan lebih banyak detail untuk ditangkap.
Perbandingan antara pemindaian TDI dan area (Tile & Stitch)
Untuk pemindaian sampel pada area yang luas, pemindaian Tile & Stitch dan TDI merupakan solusi yang tepat. Namun, dengan memilih metode terbaik, waktu yang dibutuhkan untuk memindai sampel dapat dikurangi secara signifikan. Penghematan waktu ini dihasilkan oleh kemampuan pemindaian TDI untuk menangkap sampel yang bergerak; menghilangkan penundaan yang terkait dengan pengaturan tahapan dan waktu rolling shutter yang terkait dengan pencitraan tile & stitch.
Gambar 4 membandingkan jumlah berhenti (hijau) dan pergerakan (garis hitam) yang diperlukan untuk menangkap gambar sel manusia dalam pemindaian tile & stitch (kiri) dan TDI (kanan). Dengan menghilangkan kebutuhan untuk berhenti dan menyelaraskan kembali gambar dalam pemindaian TDI, waktu pengambilan gambar dapat dikurangi secara signifikan, asalkan waktu pencahayaannya rendah, yaitu <100 ms.
Tabel 2 menunjukkan contoh kerja pemindaian antara TDI 9k dan kamera sCMOS standar.
Gambar 4: Motif pemindaian penangkapan sel manusia di bawah fluoresensi yang menunjukkan ubin dan jahitan (kiri) dan pencitraan TDI (kanan).
Tabel 2: Perbandingan pemindaian area dan pencitraan TDI untuk sampel 15 x 15 mm dengan lensa objektif 10x dan waktu pemaparan 10 ms.
Meskipun TDI menawarkan potensi fantastis untuk meningkatkan kecepatan pengambilan gambar, terdapat nuansa tersendiri dalam penggunaan teknologi ini. Untuk waktu pencahayaan tinggi (>100 ms), signifikansi waktu yang hilang akibat aspek pergerakan dan penyelesaian pemindaian area berkurang relatif terhadap waktu pencahayaan. Dalam hal ini, kamera pemindaian area mungkin menawarkan waktu pemindaian yang lebih singkat dibandingkan dengan pencitraan TDI. Untuk melihat apakah teknologi TDI dapat memberikan manfaat dibandingkan pengaturan Anda saat ini,Hubungi kamiuntuk kalkulator perbandingan.
Aplikasi lainnya
Banyak pertanyaan penelitian memerlukan informasi lebih dari sekadar gambar tunggal, seperti akuisisi gambar multisaluran atau multifokus.
Pencitraan multikanal dalam kamera pemindaian area melibatkan pengambilan gambar menggunakan beberapa panjang gelombang secara bersamaan. Kanal-kanal ini biasanya berhubungan dengan panjang gelombang cahaya yang berbeda, seperti merah, hijau, dan biru. Setiap kanal menangkap panjang gelombang atau informasi spektral tertentu dari pemandangan. Kamera kemudian menggabungkan kanal-kanal ini untuk menghasilkan gambar penuh warna atau multispektral, memberikan tampilan pemandangan yang lebih komprehensif dengan detail spektral yang berbeda. Pada kamera pemindaian area, hal ini dicapai dengan eksposur diskret, namun, dengan pencitraan TDI, splitter dapat digunakan untuk memisahkan sensor menjadi beberapa bagian. Membagi 9kTDI (45 mm) menjadi 3 sensor x 15,0 mm akan tetap lebih besar daripada sensor standar (lebar piksel 6,5 µm, 2048 piksel) yang lebarnya 13,3 mm. Selain itu, karena TDI hanya membutuhkan iluminasi pada bagian sampel yang sedang dicitrakan, pemindaian dapat dilakukan lebih cepat.
Area lain yang mungkin mengalami hal ini adalah pencitraan multifokus. Pencitraan multifokus dalam kamera pemindaian area melibatkan pengambilan beberapa gambar pada jarak fokus yang berbeda dan memadukannya untuk menghasilkan gambar komposit dengan seluruh pemandangan dalam fokus yang tajam. Pencitraan ini menangani berbagai jarak dalam suatu pemandangan dengan menganalisis dan menggabungkan area fokus dari setiap gambar, menghasilkan representasi gambar yang lebih detail. Sekali lagi, dengan menggunakanpemisahDengan membagi sensor TDI menjadi dua bagian (22,5 mm) atau tiga bagian (15,0 mm), dimungkinkan untuk memperoleh gambar multifokus lebih cepat daripada pemindaian area yang setara. Namun, untuk multifokus orde lebih tinggi (tumpukan z 6 atau lebih), pemindaian area kemungkinan akan tetap menjadi teknik pencitraan tercepat.
Kesimpulan
Catatan teknis ini menguraikan perbedaan antara pemindaian area dan teknologi TDI untuk pemindaian area luas. Dengan menggabungkan pemindaian garis dan sensitivitas sCMOS, TDI menghasilkan pencitraan yang cepat dan berkualitas tinggi tanpa gangguan, melampaui metode pemindaian area tradisional seperti tile & stitch. Nilailah keuntungan menggunakan kalkulator daring kami, dengan mempertimbangkan berbagai asumsi yang diuraikan dalam dokumen ini. TDI merupakan alat yang ampuh untuk pencitraan yang efisien dengan potensi besar untuk mengurangi waktu pencitraan, baik dalam teknik pencitraan standar maupun canggih.Jika Anda ingin melihat apakah kamera TDI atau kamera pemindai area dapat cocok dengan aplikasi Anda dan meningkatkan waktu pengambilan gambar, hubungi kami hari ini.
