23/10/10დროის შეფერხება და ინტეგრაცია (TDI) არის გამოსახულების აღების მეთოდი, რომელიც აგებულია ხაზოვანი სკანირების პრინციპზე, სადაც ერთგანზომილებიანი სურათების სერია იჭრება ნიმუშის მოძრაობის დროის განსაზღვრით და გამოსახულების ნაჭრის აღებით ტრიგერით. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ტექნოლოგია ათწლეულების განმავლობაში არსებობს, ის, როგორც წესი, ასოცირდება დაბალი მგრძნობელობის აპლიკაციებთან, როგორიცაა ვებ ინსპექტირება.
კამერების ახალმა თაობამ sCMOS-ის მგრძნობელობა TDI-ის სიჩქარესთან გააერთიანა, რათა უზრუნველყოფილიყო არეალის სკანირების თანაბარი ხარისხის გამოსახულების გადაღება, თუმცა ამავდროულად გაცილებით სწრაფი გამტარუნარიანობის პოტენციალით. ეს განსაკუთრებით თვალსაჩინოა იმ სიტუაციებში, როდესაც საჭიროა დიდი ნიმუშების გადაღება დაბალი განათების პირობებში. ამ ტექნიკურ შენიშვნაში ჩვენ განვიხილავთ, თუ როგორ მუშაობს TDI სკანირება და შევადარებთ გამოსახულების გადაღების დროს შესადარებელ დიდი ფართობის სკანირების ტექნიკას, ფილებისა და ნაკერების გამოყენებით გამოსახულებას.
ხაზოვანი სკანირებიდან TDI-მდე
ხაზოვანი სკანირების ვიზუალიზაცია არის ვიზუალიზაციის ტექნიკა, რომელიც იყენებს პიქსელების ერთ ხაზს (სვეტს ან სცენას) გამოსახულების ნაჭრის აღსაღებად, როდესაც ნიმუში მოძრაობაშია. ელექტრული გამშვები მექანიზმების გამოყენებით, გამოსახულების ერთი „ნაჭერი“ აღიქმება, როდესაც ნიმუში სენსორს გადის. კამერის გამშვები სიჩქარის მასშტაბირებით, რათა გამოსახულება ნიმუშის მოძრაობასთან ერთად გადაიღოს და ამ სურათების გადასაღებად კადრების დამჭერის გამოყენებით, მათი ერთმანეთთან შეერთება შესაძლებელია გამოსახულების რეკონსტრუქციისთვის.
TDI ვიზუალიზაცია ნიმუშის გამოსახულების აღების ამ პრინციპს ეფუძნება, თუმცა, აღებული ფოტოელექტრონების რაოდენობის გასაზრდელად მრავალ ეტაპს იყენებს. როდესაც ნიმუში თითოეულ ეტაპს გადის, მეტი ინფორმაცია გროვდება და ემატება წინა ეტაპების მიერ აღებულ არსებულ ფოტოელექტრონებს და CCD მოწყობილობების მსგავსი პროცესით ერთმანეთში აირევა. როდესაც ნიმუში ბოლო ეტაპს გადის, შეგროვებული ფოტოელექტრონები იგზავნება წამკითხველ მოწყობილობაში და ინტეგრირებული სიგნალი მთელ დიაპაზონში გამოიყენება გამოსახულების ნაჭრის გენერირებისთვის. ნახაზ 1-ში ნაჩვენებია გამოსახულების აღება ხუთი TDI სვეტის (ეტაპის) მქონე მოწყობილობაზე.
სურათი 1: TDI ტექნოლოგიის გამოყენებით გამოსახულების გადაღების ანიმაციური მაგალითი. ნიმუში (ლურჯი T) გადადის TDI გამოსახულების გადაღების მოწყობილობაზე (5 პიქსელის სვეტი, 5 TDI საფეხური) და თითოეულ საფეხურზე ფოტოელექტრონები იჭრება და ემატება სიგნალის დონეს. ჩვენება ამას ციფრულ გამოსახულებად გარდაქმნის.
1ა: სცენაზე შემოტანილია გამოსახულება (ლურჯი T); T მოძრაობაშია, როგორც ეს მოწყობილობაზეა ნაჩვენები.
1ბ: როდესაც T პირველ საფეხურს გადის, TDI კამერა აქტიურდება ფოტოელექტრონების მისაღებად, რომლებსაც პიქსელები იჭერენ TDI სენსორის პირველ საფეხურზე მოხვედრისას. თითოეულ სვეტს აქვს პიქსელების სერია, რომლებიც ინდივიდუალურად იჭერენ ფოტოელექტრონებს.
1გ: ეს დაჭერილი ფოტოელექტრონები მეორე საფეხურზე გადადის, სადაც თითოეული სვეტი თავის სიგნალის დონეს შემდეგ საფეხურზე გადაჰყავს.
1დ: ნიმუშის ერთპიქსელიანი მანძილის მოძრაობასთან ერთად, მეორე ეტაპზე ფოტოელექტრონების მეორე ნაკრები იჭერს და ემატება ადრე დაფიქსირებულებს, რაც სიგნალს ზრდის. პირველ ეტაპზე ფოტოელექტრონების ახალი ნაკრები იჭერს, რომელიც შეესაბამება გამოსახულების აღების შემდეგ ნაწილს.
1ე: 1დ ეტაპზე აღწერილი გამოსახულების აღების პროცესები მეორდება, როდესაც გამოსახულება სენსორს გასცდება. ეს ქმნის სიგნალს საფეხურებიდან გამომავალი ფოტოელექტრონებისგან. სიგნალი გადაეცემა წამკითხველ მოწყობილობას, რომელიც ფოტოელექტრონულ სიგნალს ციფრულ წაკითხვად გარდაქმნის.
1f: ციფრული ჩვენება ნაჩვენებია სვეტ-სვეტის სახით. ეს გამოსახულების ციფრული რეკონსტრუქციის საშუალებას იძლევა.
რადგან TDI მოწყობილობას შეუძლია ფოტოელექტრონების ერთდროულად გადატანა ერთი საფეხურიდან მეორეში და ახალი ფოტოელექტრონების დაფიქსირება პირველი საფეხურიდან, სანამ ნიმუში მოძრაობაშია, გამოსახულების აღებული რიგების რაოდენობა შეიძლება იყოს უსასრულო. ტრიგერის სიხშირეები, რომლებიც განსაზღვრავენ გამოსახულების დაფიქსირების რაოდენობას (სურ. 1ა), შეიძლება იყოს ასობით კჰც-ის რიგის.
სურათი 2-ის მაგალითში, 29 x 17 მმ მიკროსკოპის სლაიდი გადაღებულია 10.1 წამში 5 µm პიქსელიანი TDI კამერის გამოყენებით. მნიშვნელოვანი მასშტაბირების დროსაც კი, დაბინდვის დონე მინიმალურია. ეს წარმოადგენს უზარმაზარ წინსვლას ამ ტექნოლოგიის წინა თაობებთან შედარებით.
დამატებითი დეტალებისთვის, ცხრილი 1 აჩვენებს წარმომადგენლობით ვიზუალიზაციის დროს 10, 20 და 40x მასშტაბირების მქონე ნიმუშების საერთო ზომების სერიისთვის.
სურათი 2: ტუსენის 9kTDI-ის გამოყენებით გადაღებული ფლუორესცენტური ნიმუშის გამოსახულება. ექსპოზიცია 10 ms, გადაღების დრო 10.1 წმ.
ცხრილი 1: სხვადასხვა ნიმუშის ზომის (წამების) გადაღების დროის მატრიცა Tucsen 9kTDI კამერის გამოყენებით Zaber MVR სერიის მოტორიზებული სცენის 10, 20 და 40 x სიხშირით 1 და 10 ms ექსპოზიციის დროის განმავლობაში.
არეალის სკანირების ვიზუალიზაცია
sCMOS კამერებში არეალის სკანირების ვიზუალიზაცია გულისხმობს მთელი გამოსახულების ერთდროულად გადაღებას პიქსელების ორგანზომილებიანი მასივის გამოყენებით. თითოეული პიქსელი იჭერს სინათლეს, გარდაქმნის მას ელექტრულ სიგნალებად დაუყოვნებლივი დამუშავებისთვის და ქმნის სრულ გამოსახულებას მაღალი გარჩევადობითა და სიჩქარით. ერთი ექსპოზიციით გადაღებული გამოსახულების ზომა განისაზღვრება პიქსელის ზომით, გადიდებით და მასივში პიქსელების რაოდენობით, თითო (1)
სტანდარტული მასივისთვის, ხედვის არე მოცემულია შემდეგნაირად (2)
იმ შემთხვევებში, როდესაც ნიმუში ძალიან დიდია კამერის ხედვის არესთვის, გამოსახულების აგება შესაძლებელია გამოსახულების ხედვის არეალის ზომის სურათების ბადედ დაყოფით. ამ სურათების გადაღება ხდება შემდეგი სქემის მიხედვით: სცენა გადაადგილდება ბადეზე გარკვეულ პოზიციაზე, სცენა დადგება და შემდეგ გამოსახულება გადაიღება. მოძრავი ჩამკეტის კამერებში ჩამკეტის ბრუნვისთვის დამატებითი ლოდინის დროა საჭირო. ამ სურათების გადაღება შესაძლებელია კამერის პოზიციის შეცვლით და მათი ერთმანეთთან შეერთებით. სურათი 3 გვიჩვენებს ადამიანის უჯრედის დიდ გამოსახულებას ფლუორესცენტული მიკროსკოპიის ქვეშ, რომელიც წარმოიქმნება 16 პატარა სურათის ერთმანეთთან შეერთებით.
სურათი 3: ადამიანის უჯრედის სლაიდი, რომელიც აღბეჭდილია ტერიტორიის სკანირების კამერით Tile & Stitch-ის გამოყენებით.
ზოგადად, უფრო დიდი დეტალების გადასაჭრელად, ამ გზით მეტი სურათის გენერირება და ერთმანეთთან შეერთება იქნება საჭირო. ამის ერთ-ერთი გამოსავალიადიდი ფორმატის კამერის სკანირება, რომელსაც აქვს დიდი სენსორები პიქსელების მაღალი რაოდენობით, სპეციალიზებულ ოპტიკასთან ერთად, რაც უფრო მეტი დეტალის აღბეჭდვის საშუალებას იძლევა.
TDI-სა და ფართობის სკანირებას შორის შედარება (Tile & Stitch)
ნიმუშების დიდი ფართობის სკანირებისთვის, როგორც „ფილა და ნაკერი“, ასევე „TDI“ სკანირება შესაბამისი გადაწყვეტილებებია, თუმცა საუკეთესო მეთოდის შერჩევით შესაძლებელია ნიმუშის სკანირებისთვის საჭირო დროის მნიშვნელოვნად შემცირება. დროის ეს დაზოგვა განპირობებულია TDI სკანირების მოძრავი ნიმუშის აღების უნარით; რაც აღმოფხვრის ეტაპის დალექვასთან და „ფილა და ნაკერი“ გამოსახულებასთან დაკავშირებულ შეფერხებებს.
სურათი 4 ადარებს ადამიანის უჯრედის გამოსახულების გადასაღებად საჭირო გაჩერებებს (მწვანე) და მოძრაობებს (შავი ხაზები) როგორც Tile & Stitch (მარცხნივ), ასევე TDI (მარჯვნივ) სკანირებისას. TDI გამოსახულების გაჩერებისა და ხელახლა გასწორების საჭიროების აღმოფხვრით, შესაძლებელია გამოსახულების დროის მნიშვნელოვნად შემცირება იმ პირობით, რომ ექსპოზიციის დრო დაბალია <100 ms.
ცხრილი 2 გვიჩვენებს 9k TDI-სა და სტანდარტულ sCMOS კამერას შორის სკანირების დამუშავებულ მაგალითს.
სურათი 4: ადამიანის უჯრედის ფლუორესცენციის ქვეშ აღბეჭდვის სკანირების მოტივი, რომელიც აჩვენებს ფილასა და ნაკერს (მარცხნივ) და TDI გამოსახულებას (მარჯვნივ).
ცხრილი 2: 15 x 15 მმ ნიმუშისთვის 10x ობიექტივის ლინზით და 10 ms ექსპოზიციის დროით არეს სკანირებისა და TDI ვიზუალიზაციის შედარება.
მიუხედავად იმისა, რომ TDI გამოსახულების გადაღების სიჩქარის გაზრდის ფანტასტიკურ პოტენციალს გვთავაზობს, ამ ტექნოლოგიის გამოყენებას გარკვეული ნიუანსები აქვს. მაღალი ექსპოზიციის დროის (>100 ms) შემთხვევაში, არეალის სკანირების მოძრაობისა და დასახლების ასპექტებზე დაკარგული დროის მნიშვნელობა ექსპოზიციის დროსთან შედარებით მცირდება. ასეთ შემთხვევებში, არეალის სკანირების კამერებმა შეიძლება შემცირებული სკანირების დრო შემოგთავაზონ TDI გამოსახულებასთან შედარებით. იმის გასარკვევად, შეუძლია თუ არა TDI ტექნოლოგიას თქვენს ამჟამინდელ სისტემასთან შედარებით უპირატესობების შეთავაზება,დაგვიკავშირდითშედარების კალკულატორისთვის.
სხვა აპლიკაციები
ბევრი კვლევითი კითხვა ერთ სურათზე მეტ ინფორმაციას მოითხოვს, როგორიცაა მრავალარხიანი ან მრავალფოკუსიანი გამოსახულების მიღება.
მრავალარხიანი გამოსახულება არეალის სკანირების კამერაში გულისხმობს სურათების ერთდროულად გადაღებას მრავალი ტალღის სიგრძის გამოყენებით. ეს არხები, როგორც წესი, შეესაბამება სინათლის სხვადასხვა ტალღის სიგრძეებს, როგორიცაა წითელი, მწვანე და ლურჯი. თითოეული არხი იჭერს კონკრეტული ტალღის სიგრძის ან სპექტრული ინფორმაციის ადგილს. შემდეგ კამერა აერთიანებს ამ არხებს სრულფეროვანი ან მრავალსპექტრული გამოსახულების გენერირებისთვის, რაც უზრუნველყოფს ადგილის უფრო ყოვლისმომცველ ხედს განსხვავებული სპექტრული დეტალებით. არეალის სკანირების კამერებში ეს მიიღწევა დისკრეტული ექსპოზიციებით, თუმცა, TDI გამოსახულების შემთხვევაში, გამყოფი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სენსორის რამდენიმე ნაწილად დასაყოფად. 9kTDI-ის (45 მმ) 3 x 15.0 მმ სენსორებად დაყოფა მაინც უფრო დიდი იქნება, ვიდრე სტანდარტული სენსორი (6.5 µმ პიქსელის სიგანე, 2048 პიქსელი) 13.3 მმ სიგანით. გარდა ამისა, რადგან TDI მხოლოდ გამოსახულების ნიმუშის იმ ნაწილზე განათებას მოითხოვს, სკანირების ციკლი უფრო სწრაფად შეიძლება.
კიდევ ერთი სფერო, სადაც ეს შეიძლება მოხდეს, არის მრავალფოკუსიანი გამოსახულება. მრავალფოკუსიანი გამოსახულება არეალის სკანირების კამერებში გულისხმობს მრავალი გამოსახულების გადაღებას სხვადასხვა ფოკუსურ მანძილზე და მათ შერწყმას კომპოზიტური გამოსახულების შესაქმნელად, სადაც მთელი სცენა მკვეთრი ფოკუსითაა. ის სცენაში სხვადასხვა მანძილებს განიხილავს თითოეული გამოსახულებიდან ფოკუსირებული რეგიონების ანალიზითა და გაერთიანებით, რაც იწვევს გამოსახულების უფრო დეტალურ წარმოდგენას. კვლავ, გამოყენებითგამყოფიTDI სენსორის ორ (22.5 მმ) ან სამ (15.0 მმ) ნაწილად დაყოფით, შესაძლებელია მრავალფოკუსიანი გამოსახულების მიღება უფრო სწრაფად, ვიდრე არეალის სკანირების ეკვივალენტით. თუმცა, უფრო მაღალი დონის მრავალფოკუსიანი გამოსახულების მისაღებად (6 ან მეტი z დასტით), არეალის სკანირება, სავარაუდოდ, ყველაზე სწრაფი გამოსახულების ტექნიკად დარჩება.
დასკვნები
ეს ტექნიკური შენიშვნა ასახავს დიდი ფართობის სკანირებისთვის საჭირო ფართობის სკანირებასა და TDI ტექნოლოგიას შორის არსებულ განსხვავებებს. ხაზოვანი სკანირებისა და sCMOS მგრძნობელობის შერწყმით, TDI აღწევს სწრაფ, მაღალი ხარისხის გამოსახულებას შეფერხებების გარეშე, რითაც აღემატება ტრადიციული ფართობის სკანირების მეთოდებს, როგორიცაა ფილა და ნაკერი. შეაფასეთ ჩვენი ონლაინ კალკულატორის გამოყენების უპირატესობები, ამ დოკუმენტში მოცემული სხვადასხვა ვარაუდის გათვალისწინებით. TDI წარმოადგენს ძლიერ ინსტრუმენტს ეფექტური გამოსახულების მისაღებად, რომელსაც აქვს დიდი პოტენციალი, შეამციროს გამოსახულების მიღების დრო როგორც სტანდარტულ, ასევე მოწინავე გამოსახულების ტექნიკაში.თუ გსურთ ნახოთ, შეესაბამება თუ არა TDI კამერა ან ტერიტორიის სკანირების კამერა თქვენს აპლიკაციას და გააუმჯობესებს თუ არა გადაღების დროს, დაგვიკავშირდით დღესვე.
