22/07/13Integrasi Wektu Tundha (TDI) minangka teknik pencitraan sing wis ana sadurunge pencitraan digital - nanging isih menehi kaluwihan sing luar biasa ing jaman saiki. Ana rong kahanan ing ngendi kamera TDI bisa sumunar - loro-lorone nalika subyek gambar lagi obah:
1 - Subjek pencitraan pancen obah kanthi kecepatan konstan, kaya ing pamriksa web (kayata mindhai lembaran kertas, plastik utawa kain kanggo cacat lan karusakan), garis perakitan, utawa fluida mikro lan aliran cairan.
2 – Subjek gambar statis sing bisa dicithak nganggo kamera sing dipindhah saka wilayah menyang wilayah, kanthi mindhah subyek utawa kamera. Conto kalebu pemindaian slide mikroskop, inspeksi bahan, inspeksi panel datar lsp.
Yen salah siji saka kahanan kasebut bisa ditrapake kanggo gambar sampeyan, kaca web iki bakal mbantu sampeyan nimbang apa ngalih saka kamera 'area scan' 2 dimensi konvensional menyang kamera Line Scan TDI bisa nambah pencitraan sampeyan.
Masalah karo Area-Scan & Obah Target
● Obah Blur
Sawetara subyek pencitraan kudu obah, umpamane ing aliran cairan utawa inspeksi web. Ing aplikasi liyane, kayata pemindaian geser lan inspeksi bahan, supaya subyek tetep obah bisa dadi luwih cepet lan luwih efisien tinimbang mungkasi gerakan kanggo saben gambar sing dipikolehi. Nanging, kanggo kamera area-scan, yen subyek gambar ing gerakan relatif kanggo kamera, iki bisa dadi tantangan.
Gerak blur ngrusak gambar kendaraan sing obah
Ing kahanan kanthi cahya winates utawa ing ngendi kualitas gambar sing dhuwur dibutuhake, wektu cahya kamera sing dawa bisa uga dikarepake. Nanging, obahe subyek bakal nyebarake cahya ing pirang-pirang piksel kamera sajrone cahya, sing ndadékaké 'blur gerakan'. Iki bisa diminimalisir kanthi njaga eksposur sing cendhak banget - ing wektu sing dibutuhake kanggo titik ing subyek kanggo ngliwati piksel kamera. Iki minangkaunbiasane nganggo gambar sing peteng, rame, asring ora bisa digunakake.
●Jahitan
Kajaba iku, biasane njupuk gambar gedhe utawa terus-terusan kanthi kamera pindai area mbutuhake sawetara gambar, sing banjur digabung. Jahitan iki mbutuhake piksel tumpang tindih ing antarane gambar tetanggan, nyuda efisiensi lan nambah syarat panyimpenan lan pangolahan data.
●Iluminasi sing ora rata
Apa maneh, katerangan bakal arang cukup kanggo ngindhari masalah lan artefak ing wates antarane gambar sing dijahit. Uga, kanggo nyedhiyakake katerangan ing area sing cukup gedhe kanggo kamera pindai area kanthi intensitas sing cukup, asring mbutuhake sumber cahya DC kanthi daya dhuwur lan biaya dhuwur.
Katerangan sing ora rata ing jahitan akuisisi multi-gambar saka otak mouse. Gambar saka Watson et al. 2017: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0180486
Apa iku kamera TDI, lan carane iku mbantu?
Ing kamera area-scan konvensional 2-dimensi, ana telung fase kanggo njupuk gambar: reset piksel, cahya, lan maca. Sajrone cahya, foton saka pemandangan dideteksi, nyebabake fotoelektron, sing disimpen ing piksel kamera nganti pungkasan cahya. Nilai saka saben piksel banjur diwaca, lan gambar 2D dibentuk. Piksel banjur direset lan kabeh biaya dibusak kanggo miwiti cahya sabanjuré.
Nanging, kaya sing wis kasebut, yen subyek gambar obah relatif menyang kamera, cahya saka subyek bisa nyebar liwat pirang-pirang piksel sajrone cahya iki, nyebabake gerakan burem. Kamera TDI ngatasi watesan iki kanthi nggunakake teknik inovatif. Iki dituduhake ing [Animasi 1].
●Carane TDI Cameras Work
Kamera TDI beroperasi kanthi cara dhasar sing beda kanggo kamera pindai area. Nalika subyek gambar obah ing kamera sajrone cahya, biaya elektronik sing nggawe gambar sing dipikolehi uga dipindhah, tetep sinkron. Sajrone cahya, kamera TDI bisa ngacak kabeh biaya sing dipikolehi saka siji baris piksel menyang sabanjure, ing sadawane kamera, sing disinkronake karo gerakan subyek pencitraan. Nalika subyek mindhah kamera, saben baris (dikenal minangka 'TDI Stage'), menehi kesempatan anyar kanggo mbukak kamera menyang subyek, lan nglumpukake sinyal.
Sawise saurutan biaya sing dipikolehi tekan mburi kamera, nilai kasebut diwaca lan disimpen minangka irisan gambar 1 dimensi. Gambar 2-D dibentuk kanthi nempelake saben irisan gambar sing terus-terusan nalika kamera maca. Saben baris piksel ing trek gambar asil lan gambar padha 'irisan' subyek imaging, tegesé senadyan gerakan, ora cetho.
●256x Pajanan Luwih Suwi
Kanthi kamera TDI, wektu cahya sing efektif saka gambar diwenehi kabeh wektu sing dibutuhake kanggo titik ing subyek kanggo ngliwati saben baris piksel, kanthi nganti 256 tahap sing kasedhiya ing sawetara kamera TDI. Iki tegese wektu cahya sing kasedhiya kanthi efektif 256 kaping luwih gedhe tinimbang sing bisa ditindakake kamera pindai area.
Iki bisa ngirim salah siji saka loro dandan, utawa imbangan saka loro. Kaping pisanan, dorongan sing signifikan ing kacepetan pencitraan bisa digayuh. Dibandhingake karo kamera pindai area, subyek imaging bisa obah nganti 256x luwih cepet nalika isih nyekel sinyal sing padha, nyedhiyakake tingkat garis kamera cukup cepet kanggo terus.
Ing sisih liya, yen sensitivitas sing luwih gedhe dibutuhake, wektu cahya sing luwih suwe bisa ngaktifake gambar kanthi kualitas sing luwih dhuwur, intensitas cahya sing luwih murah, utawa loro-lorone.
●throughput data gedhe tanpa jahitan
Wiwit kamera TDI ngasilake gambar 2-dimensi saka irisan-irisan 1-dimensi berturut-turut, gambar sing diasilake bisa dadi gedhe kaya sing dibutuhake. Nalika jumlah piksel ing arah 'horizontal' diwenehi dening jembaré kamera, contone 9072 piksel, ukuran 'vertikal' gambar ora winates, lan mung ditemtokake dening suwene kamera mbukak. Kanthi tarif garis nganti 510kHz, iki bisa ngirim data sing akeh banget.
Digabungake karo iki, kamera TDI bisa menehi tampilan sing amba banget. Contone, kamera 9072 piksel kanthi piksel 5µm nyedhiyakake bidang tampilan horisontal 45mm kanthi resolusi dhuwur. Kanggo nggayuh ambane imaging sing padha karo kamera pindai area piksel 5µm mbutuhake nganti telung kamera 4K bebarengan.
●Dandan liwat kamera scan baris
Kamera TDI ora mung menehi dandan tinimbang kamera pindai area. Kamera pindai garis, sing mung njupuk siji baris piksel, uga nandhang akeh masalah sing padha karo intensitas cahya lan eksposur cendhak kaya kamera pindai area.
Senajan kaya kamera TDI, kamera line scan nawakake katerangan liyane malah karo persiyapan prasaja, lan supaya ora perlu kanggo jahitan gambar, padha bisa asring mbutuhake katerangan banget kuat lan / utawa gerakan subyek alon kanggo njupuk sinyal cukup kanggo gambar kualitas dhuwur. Eksposur sing luwih dawa lan kacepetan subyek sing luwih cepet sing bisa ditindakake dening kamera TDI tegese intensitas sing luwih murah, lampu sing murah bisa digunakake nalika nambah efisiensi pencitraan. Contone, baris produksi bisa pindhah saka biaya dhuwur, konsumsi daya dhuwur lampu halogen mbutuhake daya DC, kanggo lampu LED.
Kepiye cara kerja kamera TDI?
Ana telung standar umum kanggo entuk pencitraan TDI ing sensor kamera.
● CCD TDI– Kamera CCD minangka gaya paling tuwa saka kamera digital. Amarga desain elektronik, entuk prilaku TDI ing CCD cukup prasaja, kanthi akeh sensor kamera sing bisa digunakake kanthi cara iki. Mulane, TDI CCD wis digunakake kanggo dekade.
Nanging, teknologi CCD duwe watesan. Ukuran piksel paling cilik sing umume kasedhiya kanggo kamera CCD TDI yaiku watara 12µm x 12µm – iki, bebarengan karo jumlah piksel cilik, mbatesi kemampuan kamera kanggo ngrampungake rincian sing apik. Apa maneh, kacepetan akuisisi luwih murah tinimbang teknologi liyane, dene swara maca - faktor watesan utama ing pencitraan sing kurang cahya - dhuwur. Konsumsi daya uga dhuwur, sing dadi faktor utama ing sawetara aplikasi. Iki nyebabake kepinginan kanggo nggawe kamera TDI adhedhasar arsitektur CMOS.
●Awal CMOS TDI: Voltage-domain lan digital summing
Kamera CMOS ngatasi akeh gangguan lan watesan kacepetan kamera CCD, nalika nggunakake daya kurang, lan nawakake ukuran piksel cilik. Nanging, prilaku TDI luwih angel digayuh ing kamera CMOS, amarga desain piksel. Nalika CCD sacara fisik mindhah fotoelektron saka piksel menyang piksel kanggo ngatur sensor, kamera CMOS ngowahi sinyal ing fotoelektron dadi voltase ing saben piksel sadurunge diwaca.
Prilaku TDI ing sensor CMOS wis ditliti wiwit taun 2001, nanging tantangan babagan cara nangani 'akumulasi' sinyal nalika eksposur pindhah saka baris siji menyang baris sabanjure. Rong cara awal kanggo CMOS TDI sing isih digunakake ing kamera komersial saiki yaiku akumulasi domain tegangan lan CMOS TDI digital summing. Ing kamera akumulasi domain voltase, amarga saben baris sinyal dipikolehi nalika subyek pencitraan liwati, voltase sing dipikolehi ditambahake kanthi elektronik menyang total akuisisi kanggo bagean gambar kasebut. Ngumpulake voltase kanthi cara iki ngenalake gangguan tambahan kanggo saben tahap TDI ekstra sing ditambahake, mbatesi keuntungan saka tahap tambahan. Masalah linearitas uga nantang panggunaan kamera kasebut kanggo aplikasi sing tepat.
Cara kapindho yaiku digital summing TDI. Ing cara iki, kamera CMOS èfèktif mlaku ing mode scan area karo cahya cendhak banget dicocogaké karo wektu dijupuk kanggo subyek imaging kanggo pindhah tengen baris siji saka piksel. Nanging, larik saka saben pigura berturut-turut ditambahake kanthi digital kanthi cara supaya efek TDI dikirim. Amarga kabeh kamera kudu diwaca kanggo saben baris piksel ing gambar sing diasilake, tambahan digital iki uga nambah swara maca kanggo saben baris, lan mbatesi kacepetan akuisisi.
●Standar modern: charge-domain TDI CMOS, utawa CCD-on-CMOS TDI
Watesan CMOS TDI ing ndhuwur wis diatasi bubar liwat introduksi akumulasi domain muatan TDI CMOS, uga dikenal minangka TDI CCD-on-CMOS. Operasi sensor kasebut dituduhake ing [Animasi 1]. Minangka jeneng kasebut, sensor iki nawakake gerakan muatan kaya CCD saka siji piksel menyang sabanjure, nglumpukake sinyal ing saben tahap TDI liwat tambahan fotoelektron ing tingkat biaya individu. Iki kanthi efektif tanpa gangguan. Nanging, watesan saka CCD TDI ditanggulangi liwat nggunakake arsitektur maca CMOS, mbisakake kacepetan dhuwur, gangguan kurang lan konsumsi daya kurang umum kanggo kamera CMOS.
Spesifikasi TDI: apa sing penting?
●Teknologi:Faktor sing paling penting yaiku teknologi sensor sing digunakake kaya sing wis dibahas ing ndhuwur. Ngisi daya-domain CMOS TDI bakal menehi kinerja sing paling apik.
●Tahap TDI:Iki minangka nomer baris sensor sing bisa diklumpukake sinyal. Luwih akeh tahapan TDI ing kamera, luwih suwe wektu cahya sing efektif. Utawa, luwih cepet subyek gambar bisa obah, nyedhiyakake kamera nduweni tingkat garis sing cukup.
●Line Rate:Pira larik sing bisa diwaca kamera saben detik. Iki nemtokake kacepetan maksimal gerakan sing bisa ditindakake kamera.
●Efisiensi kuantum: Iki nuduhake sensitivitas kamera kanggo cahya ing dawa gelombang sing beda-beda, amarga kemungkinan foton kedadeyan bisa dideteksi lan ngasilake fotoelektron. Efisiensi kuantum sing luwih dhuwur bisa menehi kekuwatan katerangan sing luwih murah, utawa operasi sing luwih cepet nalika njaga tingkat sinyal sing padha.
Kajaba iku, kamera beda-beda ing jangkoan dawa gelombang sing bisa digayuh sensitivitas sing apik, kanthi sawetara kamera menehi sensitivitas nganti tekan ujung spektrum ultra-violet (UV), kanthi dawane gelombang sekitar 200nm.
●Maca Noise:Waca gangguan minangka faktor penting liyane ing sensitivitas kamera, nemtokake sinyal minimal sing bisa dideteksi ing ndhuwur lantai gangguan kamera. Kanthi swara maca sing dhuwur, fitur peteng ora bisa dideteksi lan jangkauan dinamis suda banget, tegese katerangan sing luwih cerah utawa wektu cahya sing luwih suwe & kecepatan gerakan sing luwih alon kudu digunakake.
Spesifikasi TDI: apa sing penting?
Saiki, kamera TDI digunakake kanggo inspeksi web, inspeksi elektronik lan manufaktur, lan aplikasi visi mesin liyane. Kajaba iku, ana aplikasi cahya sing nantang kayata pencitraan fluoresensi lan pemindaian geser.
Nanging, karo introduksi saka kacepetan dhuwur, swara kurang, sensitivitas dhuwur TDI kamera CMOS, ana potensial gedhe kanggo kacepetan lan efficiency mundhak ing aplikasi anyar sing sadurunge mung digunakake kamera area-scan. Nalika kita ngenalaken ing wiwitan artikel, kamera TDI bisa dadi pilihan sing paling apik kanggo entuk kacepetan dhuwur lan kualitas gambar dhuwur kanggo subyek gambar ing gerakan konstan, utawa ing ngendi kamera bisa dipindai ing subyek gambar statis.
Contone, ing aplikasi mikroskop, kita bisa mbandhingake kacepetan akuisisi teoretis saka piksel 9K, kamera TDI 256 panggung kanthi piksel 5 µm karo kamera pindai area kamera 12MP kanthi piksel 5 µm. Ayo ditliti entuk area 10 x 10 mm kanthi perbesaran 20x liwat obah panggung.
1. Nggunakake obyektif 20x karo kamera pindai area bakal menehi tampilan lapangan imaging 1,02 x 0,77 mm.
2. Kanthi kamera TDI, obyektif 10x kanthi pembesaran tambahan 2x bisa digunakake kanggo ngatasi watesan apa wae ing bidang mikroskop, kanggo menehi tampilan pencitraan horisontal 2.3mm.
3. Assuming 2% piksel tumpang tindih antarane gambar kanggo tujuan jahitan, 0,5 detik kanggo mindhah panggung menyang lokasi sing disetel, lan wektu cahya 10ms, kita bisa ngetung wektu kamera scan area bakal njupuk. Kajaba iku, kita bisa ngetung wektu kamera TDI bakal njupuk yen tataran padha katahan ing gerakan pancet kanggo mindai ing arah Y, karo wektu cahya padha saben baris.
4. Ing kasus iki, kamera pindai area mbutuhake 140 gambar sing kudu dipikolehi, kanthi wektu 63 detik kanggo mindhah panggung. Kamera TDI bakal entuk mung 5 gambar sing dawa, kanthi mung 2 detik kanggo mindhah panggung menyang kolom sabanjure.
5. Total wektu ngginakaken ndarbeni area 10 x 10 mm bakal64,4 detik kanggo kamera pindai area,lan mung9,9 detik kanggo kamera TDI.
Yen sampeyan pengin ndeleng apa kamera TDI bisa cocog karo aplikasi sampeyan lan nyukupi kabutuhan sampeyan, hubungi kita saiki.
