23/10/10Уақытты кешіктіру және біріктіру (TDI) сызықты сканерлеу принципіне негізделген кескінді түсіру әдісі, мұнда үлгі қозғалысының уақытын белгілеу және іске қосу арқылы кескін кесіндісін түсіру арқылы кескінді жасау үшін бір өлшемді кескіндер сериясы түсіріледі. Бұл технология ондаған жылдар бойы қолданылғанымен, ол әдетте веб-тексеру сияқты сезімталдығы төмен қолданбалармен байланысты болды.
Камералардың жаңа буыны аумақты сканерлеумен бірдей сапада сурет түсіруді ұсыну үшін sCMOS сезімталдығын TDI жылдамдығымен үйлестірді, бірақ үлкен жылдамдықтағы өткізу мүмкіндігі бар. Бұл әсіресе жарық аз жағдайда үлкен үлгілерді кескіндеу қажет болған жағдайларда айқын көрінеді. Бұл техникалық жазбада біз TDI сканерлеуінің қалай жұмыс істейтінін сипаттаймыз және суретке түсіру уақытын салыстырмалы үлкен аумақты сканерлеу техникасымен, плитка мен тігіспен кескіндеумен салыстырамыз.
Жолды сканерлеуден TDIге дейін
Сызықты сканерлеу кескіні үлгі қозғалыста болған кезде кескіннің бір бөлігін алу үшін пикселдердің бір жолын (баған немесе кезең деп аталады) пайдаланатын кескіндеу әдісі болып табылады. Электрлік іске қосу механизмдерін пайдалана отырып, үлгі сенсордан өткен кезде кескіннің бір «тілімі» алынады. Үлгі қозғалысымен қадамдық кескінді түсіру үшін камераның іске қосу жылдамдығын масштабтау және осы кескіндерді түсіру үшін кадрды түсіру құралын пайдалану арқылы кескінді қайта құру үшін оларды біріктіруге болады.
TDI кескіні үлгіні суретке түсірудің осы принципіне негізделген, дегенмен түсірілген фотоэлектрондардың санын көбейту үшін бірнеше кезеңдерді пайдаланады. Үлгі әрбір кезеңнен өткен сайын бұрынғы кезеңдерде түсірілген және CCD құрылғыларына ұқсас процесте араластырылған бар фотоэлектрондарға көбірек ақпарат жиналады және қосылады. Үлгі соңғы кезеңнен өткенде, жиналған фотоэлектрондар оқуға жіберіледі және диапазондағы біріктірілген сигнал кескін кесіндісін жасау үшін пайдаланылады. 1-суретте бес TDI бағандары (кезеңдері) бар құрылғыда суретке түсіру көрсетілген.
1-сурет: TDI технологиясы арқылы суретке түсірудің анимациялық мысалы. Үлгі (көк T) TDI сурет түсіру құрылғысы (5 пиксельден тұратын баған, 5 TDI кезең) арқылы өтеді және фотоэлектрондар әр кезеңде түсіріліп, сигнал деңгейіне қосылады. Оқу құралы оны сандық кескінге түрлендіреді.
1а: Сахнаға сурет (көк түсті Т) енгізіледі; T құрылғыда көрсетілгендей қозғалыста.
1b: T бірінші кезеңнен өткенде, TDI камерасы TDI сенсорының бірінші сатысына түскен кезде пикселдер түсіретін фотоэлектрондарды қабылдау үшін іске қосылады. Әрбір бағанда фотоэлектрондарды жеке түсіретін пикселдер қатары бар.
1c: Бұл түсірілген фотоэлектрондар екінші кезеңге ауыстырылады, мұнда әрбір баған өзінің сигнал деңгейін келесі кезеңге итереді.
1d: Үлгі бір пиксельдік қашықтықтың қозғалысымен бірге екінші кезеңде фотоэлектрондардың екінші жинағы түсіріледі және сигналды көбейте отырып, бұрын түсірілгендерге қосылады. 1-кезеңде суретке түсірудің келесі кесіндісіне сәйкес келетін фотоэлектрондардың жаңа жинағы түсіріледі.
1e: 1d кезеңде сипатталған суретке түсіру процестері кескін сенсордан өткен сайын қайталанады. Бұл кезеңдерден фотоэлектрондардан сигнал жасайды. Сигнал фотоэлектрондық сигналды цифрлық көрсеткішке түрлендіретін оқуға беріледі.
1f: сандық көрсеткіш баған бойынша сурет бағанасы ретінде көрсетіледі. Бұл кескінді цифрлық қайта құруға мүмкіндік береді.
TDI құрылғысы фотоэлектрондарды бір кезеңнен екіншісіне бір мезгілде өткізуге және үлгі қозғалыста болған кезде бірінші кезеңнен жаңа фотоэлектрондарды түсіруге қабілетті болғандықтан, сурет түсірілген жолдар санында тиімді шексіз болуы мүмкін. Кескінді түсіру ретінің санын анықтайтын триггер жылдамдығы (1а-сурет) жүздеген кГц деңгейінде болуы мүмкін.
2-сурет мысалында 5 мкм пиксельді TDI камерасы арқылы 29 x 17 мм микроскоп слайды 10,1 секундта түсірілді. Маңызды масштабтау деңгейлерінің өзінде бұлыңғырлық деңгейі ең аз. Бұл осы технологияның алдыңғы буындарымен салыстырғанда үлкен ілгерілеушілікті білдіреді.
Қосымша мәліметтер алу үшін 1-кесте 10, 20 және 40 x масштабтау кезінде жалпы үлгі өлшемдерінің сериясы үшін репрезентативті кескіндеу уақытын көрсетеді.
2-сурет: Tucsen 9kTDI көмегімен түсірілген флуоресцентті үлгінің суреті. Экспозиция 10 мс, түсіру уақыты 10,1 с.
1-кесте: 1 және 10 мс экспозиция уақыты үшін 10, 20 және 40 x кезінде Zaber MVR сериялы моторлы сатысында Tucsen 9kTDI камерасын пайдаланып, әртүрлі үлгі өлшемдерінің (секундтар) түсіру уақытының матрицасы.
Аймақты сканерлеу кескіні
sCMOS камераларында аймақты сканерлеу кескіні 2 өлшемді пикселдер массивін пайдаланып бір уақытта бүкіл кескінді түсіруді қамтиды. Әрбір пиксель жарықты түсіріп, оны дереу өңдеу үшін электрлік сигналдарға түрлендіреді және жоғары ажыратымдылық пен жылдамдықпен толық кескінді қалыптастырады. Бір экспозицияда түсіруге болатын кескін өлшемі пиксел өлшеміне, үлкейтуге және массивтегі пикселдер санына бақыланады.1)
Стандартты массив үшін көру өрісі (2)
Үлгі камераның көру өрісі үшін тым үлкен болған жағдайларда кескінді көру өрісінің өлшеміндегі кескіндер торына бөлу арқылы кескін жасауға болады. Бұл кескіндерді түсіру үлгі бойынша жүреді, онда сахна тордағы позицияға жылжиды, сахна орналасады, содан кейін сурет түсіріледі. Жылжымалы ысырма камераларында ысырма айналу кезінде қосымша күту уақыты болады. Бұл кескіндерді камера орнын жылжыту және оларды біріктіру арқылы түсіруге болады. 3-суретте 16 кішірек кескінді біріктіру арқылы жасалған флуоресцентті микроскопия астында адам жасушасының үлкен кескіні көрсетілген.
3-сурет: Плиткалар мен тігістерді бейнелеу арқылы аймақты сканерлеу камерасымен түсірілген адам жасушасының слайды.
Жалпы, егжей-тегжейлерді шешу үшін көбірек кескіндерді жасау және осылайша біріктіру қажет болады. Мұның бір шешімі – жұмысқа орналасуүлкен форматты камераны сканерлеу, мамандандырылған оптикамен бірге жоғары пиксельдер саны бар үлкен сенсорлары бар, бұл үлкенірек бөлшектерді түсіруге мүмкіндік береді.
TDI мен аумақты сканерлеуді салыстыру (Тақта және тігіс)
Үлгілерді үлкен аумақты сканерлеу үшін «Тақта және тігіс» және «TDI сканерлеу» екеуі де сәйкес шешімдер болып табылады, бірақ ең жақсы әдісті таңдау арқылы үлгіні сканерлеуге қажетті уақытты айтарлықтай азайтуға болады. Бұл уақытты үнемдеу TDI сканерлеуінің қозғалатын үлгіні түсіру мүмкіндігімен жасалады; плиткалар мен тігістерді кескіндеумен байланысты кезеңнің реттелуіне және жылжымалы ысырманың уақытына байланысты кідірістерді жою.
4-суретте плитка мен тігіс (сол жақта) және TDI (оң жақта) сканерлеуінде адам ұяшығының суретін түсіру үшін қажетті тоқтаулар (жасыл) мен қозғалыстар (қара сызықтар) салыстырылады. TDI кескінінде кескінді тоқтату және қайта туралау қажеттілігін жою арқылы экспозиция уақыты <100 мс төмен болған жағдайда кескіндеу уақытын айтарлықтай азайтуға болады.
2-кесте 9k TDI және стандартты sCMOS камерасы арасындағы сканерлеудің жұмыс үлгісін көрсетеді.
4-сурет: плитка мен тігісті (сол жақта) және TDI кескінін (оң жақта) көрсететін флуоресценция астында адам жасушасын түсірудің сканерлеу мотиві.
2-кесте: 10x объективті линзасы және 10 мс экспозиция уақыты бар 15 x 15 мм үлгі үшін аумақты сканерлеу мен TDI кескінін салыстыру.
TDI суретке түсіру жылдамдығын арттыру үшін керемет әлеуетті ұсынса да, бұл технологияны пайдаланудың нюанстары бар. Жоғары экспозиция уақыттары (>100 мс) үшін аймақты сканерлеудің жылжыту және реттеу аспектілеріне жоғалған уақыттың мәнділігі экспозиция уақытына қатысты азаяды. Мұндай жағдайларда аумақты сканерлеу камералары TDI кескінімен салыстырғанда қысқартылған сканерлеу уақытын ұсына алады. TDI технологиясының ағымдағы орнатудан артықшылықтар ұсына алатынын білу үшін,бізбен хабарласыңысалыстыру калькуляторы үшін.
Басқа қолданбалар
Көптеген зерттеу сұрақтары көп арналы немесе көпфокусты кескінді алу сияқты бір кескіннен гөрі көбірек ақпаратты қажет етеді.
Аймақты сканерлеу камерасында көп арналы кескіндеу бір уақытта бірнеше толқын ұзындығын пайдаланып кескіндерді түсіруді қамтиды. Бұл арналар әдетте қызыл, жасыл және көк сияқты жарықтың әртүрлі толқын ұзындығына сәйкес келеді. Әрбір арна оқиға орнынан нақты толқын ұзындығы немесе спектрлік ақпаратты түсіреді. Содан кейін камера толық түсті немесе мультиспектрлі кескінді жасау үшін осы арналарды біріктіріп, нақты спектрлік бөлшектері бар сахнаның жан-жақты көрінісін қамтамасыз етеді. Аймақтық сканерлеу камераларында бұған дискретті экспозициялар арқылы қол жеткізіледі, бірақ TDI кескінімен сенсорды бірнеше бөлікке бөлу үшін сплиттерді пайдалануға болады. 9kTDI (45 мм) 3 x 15,0 мм сенсорларға бөлу стандартты сенсордың (6,5 мкм пиксель ені, 2048 пиксель) ені 13,3 мм болатыннан үлкенірек болады. Сонымен қатар, TDI тек кескінделетін үлгі бөлігінде жарықтандыруды қажет ететіндіктен, сканерлеуді жылдамырақ айналдыруға болады.
Мұндай жағдай болуы мүмкін басқа аймақ - көп фокусты бейнелеу. Аймақтық сканерлеу камераларында мультифокусты бейнелеу әртүрлі фокус қашықтығында бірнеше кескінді түсіруді және бүкіл көріністі анық фокуспен құрайтын кескін жасау үшін араластыруды қамтиды. Ол әр суреттегі фокустағы аймақтарды талдау және біріктіру арқылы көріністегі әртүрлі қашықтықтарды қарастырады, нәтижесінде кескіннің егжей-тегжейлі көрінісі болады. Қайтадан, a пайдалану арқылыбөлгішTDI сенсорын екі (22,5 мм) немесе үш (15,0 мм) бөлікке бөлу үшін аумақты сканерлеу эквивалентіне қарағанда көпфокусты кескінді тезірек алуға болады. Жоғары ретті мультифокус үшін (6 немесе одан көп z стектері) аймақты сканерлеу ең жылдам кескіндеу әдісі болып қала береді.
Қорытындылар
Бұл техникалық жазба аумақты сканерлеу мен үлкен аумақты сканерлеуге арналған TDI технологиясы арасындағы айырмашылықтарды сипаттайды. Сызықты сканерлеу мен sCMOS сезімталдығын біріктіру арқылы TDI үзіліссіз жылдам, жоғары сапалы кескінге қол жеткізеді, бұл плитка және тігіс сияқты аймақты сканерлеудің дәстүрлі әдістерінен асып түседі. Осы құжатта көрсетілген әртүрлі болжамдарды ескере отырып, онлайн калькуляторды пайдаланудың артықшылықтарын бағалаңыз. TDI стандартты және жетілдірілген бейнелеу әдістерінде бейнелеу уақыттарын қысқартудың үлкен әлеуеті бар тиімді кескінге арналған қуатты құрал болып табылады.TDI камерасы немесе аймақты сканерлеу камерасы қолданбаңызға сәйкес келетінін және түсіру уақытын жақсарта алатынын білгіңіз келсе, бүгін бізге хабарласыңыз.
