25/08/08Í iðnaðar- og vísindamyndatöku er stöðug áskorun að fanga hraðskreiða hluti við litla birtu. Þar koma TDI-myndavélar (Time Delay Integration) til sögunnar. TDI-tækni sameinar hreyfisamstillingu og margar lýsingar til að skila einstakri næmni og skýrleika myndarinnar, sérstaklega í umhverfi með miklum hraða.
Hvað er TDI myndavél?
TDI myndavél er sérhæfð línuskönnunarmyndavél sem tekur myndir af hreyfanlegum hlutum. Ólíkt hefðbundnum svæðisskönnunarmyndavélum sem sýna allan rammann í einu, færa TDI myndavélar hleðslu úr einni röð pixla til þeirrar næstu í samstillingu við hreyfingu hlutarins. Hver pixlaröð safnar ljósi þegar viðfangsefnið hreyfist, sem eykur lýsingartíma og eykur merkisstyrk án þess að valda hreyfingarþoku.
Þessi hleðslusamþætting eykur merkis-til-suðhlutfallið (SNR) verulega, sem gerir TDI-myndavélar tilvaldar fyrir notkun við mikinn hraða eða litla birtu.
Hvernig virkar TDI myndavél?
Virkni TDI-myndavélar er sýnd á mynd 1.
Mynd 1: Virkni TDI-skynjara (Time Seinking Integration)
ATHUGIÐ: TDI-myndavélar færa hleðslur yfir mörg „stig“ í samstillingu við hreyfanlegt myndefni. Hvert stig veitir auka tækifæri til að verða fyrir ljósi. Sýnt með björtum „T“ sem hreyfist yfir myndavél, með 5 dálkum og 5 stiga hluta af TDI-skynjara. Tucsen Dhyana 9KTDI með hleðsluhreyfingu í CCD-stíl en samsíða lestri í CMOS-stíl.
TDI-myndavélar eru í raun línuskönnunarmyndavélar, með einum mikilvægum mun: í stað þess að ein röð af pixlum safna gögnum þegar myndavélar eru skannaðar yfir myndefni, hafa TDI-myndavélar margar raðir, þekktar sem „stig“, allt að 256.
Þessar raðir mynda þó ekki tvívíddarmynd eins og flatarskönnunarmyndavél. Þess í stað, þegar skannað myndefni færist yfir skynjarann, færast ljósrafleiðurnar innan hverrar pixlu áfram í næstu röð í takt við hreyfingu myndefnisins, án þess að vera lesnar út ennþá. Hver viðbótarröð gefur síðan tækifæri til að lýsa myndefninu. Aðeins þegar myndsneið nær síðustu röð pixla skynjarans er sú röð send til lesarkitektúrsins til mælingar.
Þrátt fyrir að margar mælingar eigi sér stað á öllum stigum myndavélarinnar, kemur aðeins eitt tilvik af lestrarhávaða myndavélarinnar fram. 256 stiga TDI myndavél heldur sýninu í sjónsviði 256 sinnum lengur og hefur því 256 sinnum lengri lýsingartíma en sambærileg línuskönnunarmyndavél. Sambærilegur lýsingartími með flatarskönnunarmyndavél myndi leiða til mikillar hreyfiskynjunar, sem gerir myndina gagnslausa.
Hvenær er hægt að nota TDI?
TDI-myndavélar eru frábær lausn fyrir allar myndatökur þar sem myndefnið er á hreyfingu miðað við myndavélina, að því tilskildu að hreyfingin sé jöfn yfir allt sjónarhorn myndavélarinnar.
Notkun TDI-myndgreiningar felur því í sér, annars vegar, allar línuskönnun þar sem tvívíddarmyndir eru myndaðar, en jafnframt leiðir til meiri hraða, mun betri ljósnæmni, betri myndgæða eða allt þrennt í einu. Hins vegar eru margar myndgreiningartækni sem nota svæðisskönnunarmyndavélar þar sem hægt er að nota TDI-myndavélar.
Fyrir sCMOS TDI með mikilli næmni er hægt að framkvæma „flísar- og saumamyndgreiningu“ í líffræðilegri flúrljómunarsmásjá með því að nota samfellda skönnun á sviðinu í stað flísalagningar. Eða öll TDI geta hentað vel til skoðunar. Önnur mikilvæg notkun TDI er myndgreining með flæðifrumusjá, þar sem flúrljómunarmyndir af frumum eru teknar þegar þær fara í gegnum myndavél á meðan þær flæða í gegnum örvökvarás.
Kostir og gallar sCMOS TDI
Kostir
● Getur tekið tvívíddarmyndir af handahófskenndri stærð á miklum hraða þegar skannað er yfir myndefni.
● Margar TDI-þrep, lítið suð og mikil QE geta leitt til mun meiri næmni en línuskönnunarmyndavélar.
● Hægt er að ná mjög miklum lestrarhraða, til dæmis allt að 510.000Hz (línur á sekúndu), fyrir 9.072 pixla breiða mynd.
●Lýsing þarf aðeins að vera eins víddar og þarfnast ekki flatsjár eða annarra leiðréttinga í annarri (skönnuðu) víddinni. Að auki geta lengri lýsingartímar, samanborið við línuskönnun, „jafnað út“ flökt vegna riðstraumsljósgjafa.
● Hægt er að taka hreyfimyndir án hreyfingarþoku og með miklum hraða og næmni.
●Skannun stórra svæða getur verið mun hraðari en svæðisskönnunarmyndavélar.
● Með háþróaðri hugbúnaði eða kveikjustillingum getur „svæðisskönnunarlík“ stilling veitt yfirsýn yfir svæðisskönnun til að fókusera og stilla stillingu.
Ókostir
● Enn meiri hávaði en í hefðbundnum sCMOS myndavélum, sem þýðir að notkun í mjög litlu ljósi er utan seilingar.
● Krefst sérhæfðra uppsetninga með háþróaðri kveikju til að samstilla hreyfingu myndefnisins við skönnun myndavélarinnar, mjög nákvæmrar stjórnunar á hreyfihraða eða nákvæmrar spár um hraða til að gera samstillingu mögulega.
● Þar sem tæknin er ný eru fáar lausnir tiltækar fyrir innleiðingu á vélbúnaði og hugbúnaði.
sCMOS TDI sem þolir lítið ljós
Þótt TDI sem myndgreiningartækni sé eldri en stafræn myndgreining og fyrir löngu hafi hún tekið fram úr línuskönnun hvað varðar afköst, þá er það ekki fyrr en á síðustu árum sem TDI myndavélar hafa náð þeirri næmni sem þarf til að ná til þeirra nota í lítilli birtu sem venjulega myndu krefjast næmni vísindalegrar myndgreiningar.sCMOS myndavélar.
„sCMOS TDI“ sameinar hreyfingu hleðslna yfir skynjarann í CCD-stíl með sCMOS-stíl lestri, þar sem baklýstir skynjarar eru í boði. Fyrri CCD-byggðar eða eingöngu CMOS-byggðar* TDI myndavélar höfðu mun hægari lestur, minni pixlafjölda, færri stig og lestrarsuð á milli 30e- og >100e-. Aftur á móti höfðu sCMOS TDI eins og Tucsen...Dhyana 9KTDI sCMOS myndavélbýður upp á lestrarhávaða upp á 7,2e-, ásamt meiri skammtafræðilegri skilvirkni með baklýsingu, sem gerir kleift að nota TDI í forritum með mun lægra birtustig en áður var mögulegt.
Í mörgum forritum getur lengri lýsingartími, sem TDI-ferlið gerir kleift, meira en bætt upp fyrir aukningu á lestrarsuði samanborið við hágæða sCMOS svæðisskönnunarmyndavélar með lestrarsuði nálægt 1e-.
Algeng notkun TDI myndavéla
TDI myndavélar finnast í mörgum atvinnugreinum þar sem nákvæmni og hraði eru jafn mikilvæg:
● Skoðun á hálfleiðaraþynnum
● Prófun á flatskjám (FPD)
● Vefskoðun (pappír, filmur, álpappír, vefnaður)
● Röntgengeislun í læknisfræðilegri greiningu eða farangursskoðun
● Skannun á glærum og fjölbrunnsplötum í stafrænni meinafræði
● Ofurrófsmyndgreining í fjarkönnun eða landbúnaði
● Skoðun á prentplötum og rafeindabúnaði í SMT-línum
Þessi forrit njóta góðs af aukinni birtuskilum, hraða og skýrleika sem TDI-myndgreining veitir við raunverulegar takmarkanir.
Dæmi: Skannun á glærum og fjölbrunnsplötum
Eins og áður hefur komið fram er eitt forrit sem lofar góðu fyrir sCMOS TDI myndavélar samskeyti, þar á meðal skönnun á glærum eða fjölbrunnsplötum. Skannun stórra flúrljómandi eða björtsviðs smásjársýna með tvívíddarflatarmyndavélum byggir á því að sauma saman rist af myndum sem myndast með endurteknum hreyfingum XY smásjárpalls. Hver mynd krefst þess að sviðið stöðvist, kyrrsetjist og endurræsist síðan, ásamt hugsanlegri töf á rúllandi lokaranum. TDI, hins vegar, getur tekið myndir á meðan sviðið er í hreyfingu. Myndin er síðan mynduð úr fáeinum löngum „ræmum“, sem hver þekur alla breidd sýnisins. Þetta getur hugsanlega leitt til verulega hærri gagnaöflunarhraða og gagnaafkösts í öllum samskeyti, allt eftir myndgreiningaraðstæðum.
Hraði sviðsins er í öfugu hlutfalli við heildarlýsingartíma TDI myndavélarinnar, þannig að stuttir lýsingartímar (1-20 ms) bjóða upp á mesta framför í myndgreiningarhraða samanborið við svæðisskönnunarmyndavélar, sem getur síðan leitt til nokkurrar eða meiri styttingar á heildar myndgreiningartíma. Fyrir lengri lýsingartíma (t.d. > 100 ms) getur svæðisskönnun venjulega haft tímaforskot.
Dæmi um mjög stóra (2 gígapixla) flúrljómunarsmásjármynd sem mynduð er á aðeins tíu sekúndum er sýnt á mynd 2. Búast má við að sambærileg mynd sem mynduð er með flatarmyndavél taki allt að nokkrar mínútur.
Mynd 2: 2 gígapixla mynd mynduð á 10 sekúndum með TDI skönnun og saumaskap
ATHUGIÐ: Mynd með 10x stækkun tekin með Tucsen Dhyana 9kTDI ljósopi af punktum á yfirlýsinguspenna, skoðaðar með flúrljómunarsmásjá. Tekin á 10 sekúndum með 3,6 ms lýsingartíma. Myndstærð: 30 mm x 17 mm, 58.000 x 34.160 pixlar.
Samstilling TDI
Samstilling TDI myndavélarinnar við myndefnið (innan nokkurra prósenta) er nauðsynleg – hraðamisræmi leiðir til „hreyfiþokuáhrifa“. Þessi samstilling er hægt að gera á tvo vegu:
SpáHraði myndavélarinnar er stilltur á hreyfihraða út frá þekkingu á hreyfihraða sýnisins, sjónfræði (stækkun) og pixlastærð myndavélarinnar. Eða tilraunir og mistök.
VirkjaðMargar smásjárpallar, grindur og annar búnaður til að færa myndefni geta innihaldið kóðara sem senda kveikjupúls til myndavélarinnar í ákveðna fjarlægð. Þetta gerir það að verkum að pallurinn/grindin og myndavélin geta verið samstilltar óháð hreyfingarhraða.
TDI myndavélar samanborið við línuskönnunar- og svæðisskönnunarmyndavélar
Svona ber TDI sig saman við aðrar vinsælar myndgreiningartækni:
| Eiginleiki | TDI myndavél | Línuskannamyndavél | Svæðisskönnunarmyndavél |
| Næmi | Mjög hátt | Miðlungs | Lágt til miðlungs |
| Myndgæði (hreyfing) | Frábært | Gott | Óskýrt við mikinn hraða |
| Kröfur um lýsingu | Lágt | Miðlungs | Hátt |
| Hreyfisamhæfni | Frábært (ef samstillt) | Gott | Fátækur |
| Best fyrir | Mikill hraði, lítil birta | Hraðhreyfanlegir hlutir | Kyrrstæðar eða hægar senur |
TDI er augljós kostur þegar umhverfið hreyfist hratt og birtustig er takmarkað. Línuskanning minnkar næmið en svæðisskanning hentar betur fyrir einfaldar eða kyrrstæðar uppsetningar.
Að velja rétta TDI myndavélina
Þegar þú velur TDI myndavél skaltu hafa eftirfarandi í huga:
● Fjöldi TDI-stiga: Fleiri stig auka SNR, en einnig kostnað og flækjustig.
● Tegund skynjara: sCMOS er æskilegur vegna hraða og lágs hávaða; CCD gæti samt hentað fyrir sum eldri kerfi.
● Viðmót: Tryggið samhæfni við kerfið ykkar — Camera Link, CoaXPress og 10GigE eru algengir valkostir, 100G CoF og 40G CoF hafa komið fram sem nýjar stefnur.
● Litrófssvörun: Veldu á milli einlita, litaðrar eða nær-innrauðrar (NIR) eftir þörfum forritsins.
● Samstillingarvalkostir: Leitaðu að eiginleikum eins og inntaki kóðara eða stuðningi við ytri kveikjur til að fá betri hreyfistillingu.
Ef notkun þín felur í sér viðkvæm líffræðileg sýni, háhraða skoðun eða umhverfi með lítilli birtu, þá er sCMOS TDI líklega rétti kosturinn.
Niðurstaða
TDI myndavélar eru öflug þróun í myndgreiningartækni, sérstaklega þegar þær eru byggðar á sCMOS skynjurum. Með því að sameina hreyfisamstillingu og fjöllínu samþættingu bjóða þær upp á óviðjafnanlega næmni og skýrleika fyrir kraftmiklar, lélegar myndir.
Hvort sem þú ert að skoða skífur, skanna glærur eða framkvæma háhraðaskoðanir, þá getur skilningur á því hvernig TDI virkar hjálpað þér að velja bestu lausnina.vísindamyndavélarfyrir myndgreiningaráskoranir þínar.
Algengar spurningar
Geta TDI myndavélar virkað í svæðisskönnunarstillingu?
TDI-myndavélar geta búið til (mjög þunnar) tvívíðar myndir í „svæðisskönnunar“-ham, sem er náð með því að nota tímasetningu skynjara. Þetta getur verið gagnlegt fyrir verkefni eins og fókus og röðun.
Til að hefja „svæðisskönnun“ er skynjarinn fyrst „hreinsaður“ með því að færa TDI-mælinn að minnsta kosti eins mörg skref og myndavélin hefur stig, eins hratt og mögulegt er, og síðan stöðvast. Þetta er annað hvort gert með hugbúnaðarstýringu eða vélbúnaðarræsingu og er helst framkvæmt í myrkri. Til dæmis ætti 256 stiga myndavél að lesa að minnsta kosti 256 línur og síðan stöðvast. Þessum 256 línum af gögnum er fargað.
Þó að myndavélin sé ekki ræst eða línur lesnar út, þá hegðar skynjarinn sér eins og svæðisskönnunarskynjari sem afhjúpar mynd.
Tilætlaður lýsingartími ætti síðan að líða á meðan myndavélin er í óvirkri stöðu, áður en myndavélin færist aftur á undan um að minnsta kosti þann fjölda þrepa sem hún hefur náð og lesið upp hverja línu myndarinnar sem nýlega var tekin. Helst ætti þetta „upplestursstig“ að eiga sér stað í myrkri.
Þessa tækni er hægt að endurtaka til að fá „forskoðun í beinni“ eða röð af svæðisskönnunarmyndum með lágmarks röskun og óskýrleika frá TDI-aðgerðinni.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Allur réttur áskilinn. Vinsamlegast getið heimildar þegar vitnað er í:www.tucsen.com
