23/10/10Tímaseinkun og samþætting (e. Time delay & integration (TDI)) er myndatökuaðferð sem byggir á meginreglunni um línuskönnun, þar sem röð af einvíddarmyndum er tekin til að búa til mynd með því að tímasetja hreyfingu sýnisins og myndsneiðtöku með því að kveikja. Þó að þessi tækni hafi verið til í áratugi hefur hún yfirleitt verið tengd við lágnæm forrit, svo sem vefskoðun.
Ný kynslóð myndavéla hefur sameinað næmi sCMOS og hraða TDI til að bjóða upp á myndatöku af sömu gæðum og svæðisskönnun en með möguleika á mun hraðari afköstum. Þetta er sérstaklega augljóst í aðstæðum þar sem þörf er á myndgreiningu stórra sýna við litla birtu. Í þessari tæknilegu athugasemd lýsum við hvernig TDI skönnun virkar og berum saman myndatökutímann við sambærilega stórsvæðaskönnunartækni, flísa- og saumamyndgreiningu.
Frá línuskönnun til TDI
Línuskanning er myndgreiningartækni sem notar eina línu af pixlum (kallað dálkur eða stig) til að taka sneið af mynd á meðan sýni er á hreyfingu. Með því að nota rafknúna kveikjubúnað er ein „sneið“ af mynd tekin þegar sýnið fer í gegnum skynjarann. Með því að stilla kveikjuhraða myndavélarinnar til að taka myndina í takt við hreyfingu sýnisins og nota rammagripara til að taka þessar myndir er hægt að sauma þær saman til að endurskapa myndina.
TDI-myndgreining byggir á þessari meginreglu um myndatöku sýnis, en notar þó mörg stig til að auka fjölda ljósrafeinda sem teknar eru. Þegar sýnið fer í gegnum hvert stig eru fleiri upplýsingar safnaðar og bættar við núverandi ljósrafeindir sem teknar voru af fyrri stigum og stokkaðar á svipaðan hátt og í CCD-tækjum. Þegar sýnið fer yfir lokastigið eru safnaðu ljósrafeindirnar sendar í aflestrartæki og samþætt merki yfir sviðið er notað til að búa til myndsneið. Á mynd 1 er sýnd myndgreining á tæki með fimm TDI-dálkum (stigum).
Mynd 1: Hreyfimynd af myndatöku með TDI tækni. Sýni (blátt T) er látið renna yfir TDI myndatökutæki (dálkur með 5 pixlum, 5 TDI stigum) og ljósrafeindir eru teknar í hverju stigi og bætt við merkjastigið. Lestur breytir þessu í stafræna mynd.
1a: Myndin (blátt T) er sett á sviðið; T-ið er í hreyfingu eins og sýnt er á tækinu.
1b: Þegar T fer í gegnum fyrsta stigið er TDI myndavélin virkjuð til að taka við ljósrafeindum sem pixlarnir fanga þegar þeir lenda á fyrsta stigi TDI skynjarans. Hver dálkur hefur röð pixla sem fanga ljósrafeindir hverja fyrir sig.
1c: Þessar ljósrafeindir sem eru teknar eru færðar yfir á annað stig, þar sem hver dálkur færir merkisstig sitt á næsta stig.
1d: Í takt við hreyfingu sýnisins um einn pixla fjarlægð er annað sett af ljósrafeindum tekið á stigi tvö og bætt við þær sem áður voru teknar, sem eykur merkið. Í stigi 1 er nýtt sett af ljósrafeindum tekið, sem samsvarar næstu sneið af myndatökunni.
1e: Myndatökuferlið sem lýst er í skrefi 1d er endurtekið þegar myndin fer framhjá skynjaranum. Þetta myndar merki frá ljósrafeindum frá stigunum. Merkið er sent í aflestrartæki sem breytir ljósrafeindamerkinu í stafrænt aflestrartæki.
1f: Stafræna aflestrargögnin eru birt sem mynd dálkur fyrir dálka. Þetta gerir kleift að endurskapa myndina stafrænt.
Þar sem TDI tækið getur samtímis sent ljósrafeindir frá einu stigi til þess næsta og tekið nýjar ljósrafeindir frá fyrsta stiginu á meðan sýnið er á hreyfingu, getur myndin í raun verið óendanleg í fjölda raða sem teknar eru. Kveikjutíðnin, sem ákvarðar hversu oft myndataka (mynd 1a) á sér stað, getur verið í stærðargráðunni hundruð kHz.
Í dæminu á mynd 2 var 29 x 17 mm smásjárgler tekið á 10,1 sekúndu með 5 µm pixla TDI myndavél. Jafnvel við mikla aðdráttargetu er óskýrleikinn í lágmarki. Þetta er gríðarleg framför frá fyrri kynslóðum þessarar tækni.
Nánari upplýsingar er að finna í tafla 1 sem sýnir dæmigerðan myndgreiningartíma fyrir röð algengra sýnastærða við 10, 20 og 40 x aðdrátt.
Mynd 2: Mynd af flúrljómandi sýni tekið með Tucsen 9kTDI. Lýsing 10 ms, myndatökutími 10,1 sekúndu.
Tafla 1: Fylkismynd af tökutíma mismunandi sýnastærða (sekúndur) með Tucsen 9kTDI myndavél á vélknúnu Zaber MVR seríu sviði við 10, 20 og 40 x fyrir 1 og 10 ms lýsingartíma.
Myndgreining á svæðisskönnun
Svæðisskönnun í sCMOS myndavélum felur í sér að taka heila mynd samtímis með því að nota tvívítt fylki af pixlum. Hver pixla fangar ljós, breytir því í rafboð til tafarlausrar vinnslu og myndar heildarmynd með mikilli upplausn og hraða. Stærð myndar sem hægt er að taka í einni lýsingu er háð pixlastærð, stækkun og fjölda pixla í fylki, á hverja (1)
Fyrir staðlaða fylki er sjónsviðið gefið með (2)
Í tilvikum þar sem sýni er of stórt fyrir sjónsvið myndavélar er hægt að búa til mynd með því að skipta myndinni í rist af myndum af sömu stærð og sjónsviðið. Myndataka fylgir mynstri þar sem sviðið færist á ákveðinn stað á ristinni, sviðið sest og síðan tekur myndin töku. Í rúllandi myndavélum er viðbótar biðtími á meðan lokarinn snýst. Hægt er að taka þessar myndir með því að færa myndavélina og sauma þær saman. Mynd 3 sýnir stóra mynd af frumu í mönnum undir flúrljómunarsmásjá sem mynduð var með því að sauma saman 16 minni myndir.
Mynd 3: Glæra af frumu úr mönnum sem tekin er með svæðisskönnunarmyndavél með flísa- og saumamyndgreiningu.
Almennt séð krefst þess að fleiri myndir séu búnar til og saumaðar saman á þennan hátt til að greina meiri smáatriði. Ein lausn á þessu er að notastórsniðs myndavélarskönnun, sem er með stóra skynjara með miklum pixlafjölda, ásamt sérhæfðum sjóntækjum, sem gerir kleift að fanga meiri smáatriði.
Samanburður á TDI og svæðisskönnun (Flísa- og Stitch-skönnun)
Fyrir stórfellda skönnun sýna eru bæði Tile & Stitch og TDI skönnun viðeigandi lausnir, en með því að velja bestu aðferðina er hægt að stytta verulega þann tíma sem þarf til að skanna sýni. Þessi tímasparnaður fæst vegna getu TDI skönnunarinnar til að fanga hreyfanlegt sýni; sem fjarlægir tafir sem tengjast stöðuhækkun og tímasetningu rúllandi lokara sem tengist tile & stitch myndgreiningu.
Mynd 4 ber saman stopp (græn) og hreyfingar (svartar línur) sem þarf til að taka mynd af frumu úr mönnum, bæði með flísa- og saumaaðgerð (vinstri) og TDI-skönnun (hægri). Með því að fjarlægja þörfina á að stöðva og endurstilla myndina í TDI-myndgreiningu er hægt að stytta myndgreiningartímann verulega, að því gefnu að lýsingartíminn sé lágur <100 ms.
Tafla 2 sýnir útfært dæmi um skönnun á milli 9k TDI og staðlaðrar sCMOS myndavélar.
Mynd 4: Skannandi myndefni af myndgreiningu á frumu úr mönnum undir flúrljómun sem sýnir flísalag og saum (vinstri) og TDI myndgreiningu (hægri).
Tafla 2: Samanburður á svæðisskönnun og TDI-myndgreiningu fyrir 15 x 15 mm sýni með 10x hlutlinsu og 10 ms lýsingartíma.
Þó að TDI bjóði upp á mikla möguleika til að auka hraða myndatöku, þá eru nokkur blæbrigði í notkun þessarar tækni. Fyrir langan lýsingartíma (>100 ms) minnkar mikilvægi tímataps vegna hreyfingar og stöðu við svæðisskönnun miðað við lýsingartíma. Í slíkum tilfellum geta svæðisskönnunarmyndavélar boðið upp á styttri skönnunartíma samanborið við TDI myndgreiningu. Til að sjá hvort TDI tækni geti boðið þér kosti umfram núverandi uppsetningu þína,hafðu samband við okkurfyrir samanburðarreiknivél.
Önnur forrit
Margar rannsóknarspurningar krefjast meiri upplýsinga en einnar myndar, svo sem fjölrása eða fjölfókus myndatöku.
Fjölrása myndgreining í svæðisskönnunarmyndavél felur í sér að taka myndir með mörgum bylgjulengdum samtímis. Þessar rásir samsvara venjulega mismunandi bylgjulengdum ljóss, svo sem rauðu, grænu og bláu. Hver rás tekur tiltekna bylgjulengd eða litrófsupplýsingar frá vettvanginum. Myndavélin sameinar síðan þessar rásir til að búa til litríka eða fjölrófsmynd, sem veitir heildstæðari mynd af vettvanginum með aðgreindum litrófsupplýsingum. Í svæðisskönnunarmyndavélum er þetta náð með aðskildum lýsingum, en með TDI-myndgreiningu er hægt að nota skiptingu til að aðskilja skynjarann í marga hluta. Að skipta 9kTDI (45 mm) í 3 x 15,0 mm skynjara verður samt stærri en venjulegur skynjari (6,5 µm pixlabreidd, 2048 pixlar) breidd upp á 13,3 mm. Þar að auki, þar sem TDI krefst aðeins lýsingar á þeim hluta sýnisins sem verið er að mynda, er hægt að framkvæma skannanirnar hraðar.
Annað svið þar sem þetta gæti átt við er í fjölfókusmyndatöku. Fjölfókusmyndatökur með svæðisskönnun fela í sér að taka margar myndir með mismunandi fókusfjarlægðum og blanda þeim saman til að búa til samsetta mynd þar sem allt svæðið er í skörpum fókus. Það fjallar um mismunandi fjarlægðir í vettvangi með því að greina og sameina svæði í fókus frá hverri mynd, sem leiðir til ítarlegri framsetningar á myndinni. Aftur, með því að notaklofnariTil að skipta TDI-skynjaranum í tvo (22,5 mm) eða þrjá (15,0 mm) hluta gæti verið mögulegt að fá fjölfókusmynd hraðar en með samsvarandi svæðisskönnun. Fyrir fjölfókusmyndir af hærri röð (z-stafla með 6 eða fleiri) er svæðisskönnun þó líklega enn hraðasta myndgreiningaraðferðin.
Niðurstöður
Þessi tæknilega athugasemd lýsir muninum á svæðisskönnun og TDI tækni fyrir stór svæðisskönnun. Með því að sameina línuskönnun og sCMOS næmi nær TDI hraðri og hágæða myndgreiningu án truflana, sem fer fram úr hefðbundnum svæðisskönnunaraðferðum eins og flísa- og saumaaðferðum. Metið kosti þess að nota reiknivélina okkar á netinu, með hliðsjón af ýmsum forsendum sem fram koma í þessu skjali. TDI stendur sem öflugt tæki fyrir skilvirka myndgreiningu með mikla möguleika á að stytta myndgreiningartíma bæði í hefðbundnum og háþróaðri myndgreiningartækni.Ef þú vilt kanna hvort TDI myndavél eða svæðisskönnunarmyndavél gæti hentað notkun þinni og aukið myndatökutímann, hafðu samband við okkur í dag.
