25/08/08Өнеркәсіптік және ғылыми бейнелеуде аз жарық жағдайында жылдам қозғалатын объектілерді түсіру тұрақты қиындық тудырады. Уақытты кешіктіру интеграциясы (TDI) камералары дәл осы жерде кіріседі. TDI технологиясы ерекше сезімталдық пен кескін анықтығын, әсіресе жоғары жылдамдықты орталарда қамтамасыз ету үшін қозғалыс синхрондауын және бірнеше экспозицияны біріктіреді.
TDI камерасы дегеніміз не?
TDI камерасы - қозғалатын объектілердің кескіндерін түсіретін арнайы сызықты сканерлеу камерасы. Бүкіл кадрды бірден ашатын стандартты аймақты сканерлеу камераларынан айырмашылығы, TDI камералары объект қозғалысымен синхрондау кезінде зарядты бір пикселдер қатарынан келесіге ауыстырады. Әрбір пиксель жолы нысан қозғалған сайын жарық жинап, экспозиция уақытын тиімді арттырады және қозғалыс бұлдырын енгізбестен сигнал күшін арттырады.
Бұл заряд интеграциясы сигнал-шу қатынасын (SNR) күрт арттырып, TDI камераларын жоғары жылдамдықты немесе аз жарықты қолданбалар үшін тамаша етеді.
TDI камерасы қалай жұмыс істейді?
TDI камерасының жұмысы 1-суретте көрсетілген.
1-сурет: Уақытты кешіктіру интеграциясы (TDI) сенсорларының жұмысы
ЕСКЕРТУ: TDI камералары алынған зарядтарды қозғалатын бейнелеу нысанымен синхрондау арқылы бірнеше «кезеңдер» бойынша жылжытады. Әрбір кезең жарыққа түсуге қосымша мүмкіндік береді. TDI сенсорының 5-бағанының 5-сатылы сегменті бар камерада қозғалатын жарқын «T» арқылы суреттелген. Tucsen Dhyana 9KTDI гибридті CCD стиліндегі заряд қозғалысы, бірақ CMOS стиліндегі параллель оқу.
TDI камералары бір маңызды айырмашылығы бар тиімді желілік сканерлеу камералары болып табылады: камералар бейнелеу нысаны бойынша сканерленген кезде деректерді алатын пикселдердің бір қатарының орнына, TDI камераларында әдетте 256-ға дейін «кезеңдер» деп аталатын бірнеше жолдар болады.
Дегенмен, бұл жолдар аумақты сканерлеу камерасы сияқты 2 өлшемді кескінді жасамайды. Оның орнына сканерленген бейнелеу нысаны камера сенсоры арқылы қозғалған кезде, әрбір пиксельдегі анықталған фотоэлектрондар әлі оқылмай кескіндеу нысанының қозғалысымен синхрондалатын келесі жолға ауысады. Әр қосымша жол кескін нысанын жарыққа шығаруға қосымша мүмкіндік береді. Кескін кесіндісі сенсордың пикселдерінің соңғы жолына жеткенде ғана сол жол өлшеу үшін оқу архитектурасына беріледі.
Осылайша, камера кезеңдері бойынша жүргізілген бірнеше өлшемдерге қарамастан, камераның оқу шуының тек бір данасы енгізіледі. 256 сатылы TDI камерасы үлгіні көріністе 256 есе ұзағырақ сақтайды, демек, эквивалентті сызықты сканерлеу камерасына қарағанда 256 есе ұзағырақ экспозиция уақыты. Аймақтық сканерлеу камерасымен эквивалентті экспозиция уақыты экстремалды қозғалыс бұлыңғырлығын тудырады, бұл кескінді пайдасыз етеді.
TDI қашан қолдануға болады?
TDI камералары бейнелеу нысаны камераға қатысты қозғалыста болатын кез келген кескін қолданбасы үшін тамаша шешім болып табылады, бұл қозғалыс камераның көрінісі бойынша біркелкі болған жағдайда.
Сондықтан TDI кескінінің қолданбалары, бір жағынан, жоғары жылдамдықты, әлдеқайда жақсартылған төмен жарық сезімталдығын, жақсырақ кескін сапасын немесе үшеуін бірден әкеле отырып, екі өлшемді кескіндер қалыптасатын сызықты сканерлеудің барлығын қамтиды. Екінші жағынан, TDI камераларын қолдануға болатын аймақты сканерлеу камераларын пайдаланатын көптеген бейнелеу әдістері бар.
Сезімталдығы жоғары sCMOS TDI үшін биологиялық флуоресценциялық микроскопиядағы «плитка мен тігіс» кескінін плиткалардың орнына сахнаны үздіксіз сканерлеу арқылы орындауға болады. Немесе барлық TDI тексеру қолданбаларына жақсы сәйкес келуі мүмкін. TDI үшін тағы бір маңызды қолданба - кескін ағынының цитометриясы, мұнда жасушалардың флуоресценциялық кескіндері микрофлюидтік арна арқылы ағып жатқан кезде камерадан өткен кезде алынады.
sCMOS TDI артықшылықтары мен кемшіліктері
Артықшылықтары
● Бейнелеу нысаны бойынша сканерлеу кезінде жоғары жылдамдықпен еркін өлшемдегі 2 өлшемді кескіндерді түсіре алады.
● Бірнеше TDI кезеңдері, төмен шу және жоғары QE желілік сканерлеу камераларына қарағанда өте жоғары сезімталдыққа әкелуі мүмкін.
● Өте жоғары оқу жылдамдығына қол жеткізуге болады, мысалы, ені 9 072 пиксель болатын кескін үшін 510 000 Гц (секундына сызықтар) дейін.
●Жарықтандыру тек 1 өлшемді болуы керек және екінші (сканерленген) өлшемде тегіс өрісті немесе басқа түзетулерді қажет етпейді. Оған қоса, сызықты сканерлеумен салыстырғанда ұзағырақ экспозиция уақыттары айнымалы ток жарық көздеріне байланысты жыпылықтауды «тегістете» алады.
● Қозғалыстағы кескіндерді қозғалыс бұлдырсыз және жоғары жылдамдықпен және сезімталдықпен алуға болады.
●Үлкен аумақтарды сканерлеу аумақты сканерлеу камераларына қарағанда айтарлықтай жылдамырақ болуы мүмкін.
● Жетілдірілген бағдарламалық құралмен немесе іске қосу параметрлерімен «аймақты сканерлеу» режимі фокус пен туралау үшін аумақты сканерлеуге шолуды қамтамасыз ете алады.
Кемшіліктері
● Кәдімгі sCMOS камераларына қарағанда шу деңгейі әлі де жоғары, бұл өте төмен жарық қолданбаларының қолжетімсіз екенін білдіреді.
● Бейнелеу нысанының қозғалысын камераның сканерлеуімен синхрондауы, қозғалыс жылдамдығын өте жақсы басқару немесе синхрондауды қосу үшін жылдамдықты дәл болжау үшін кеңейтілген іске қосуы бар арнайы орнатуларды қажет етеді.
● Жаңа технология ретінде қазіргі уақытта аппараттық және бағдарламалық құралды енгізуге арналған бірнеше шешімдер бар.
Төмен жарыққа қабілетті sCMOS TDI
Бейнелеу әдісі ретінде TDI цифрлық бейнелеуден бұрын пайда болғанымен және өнімділік бойынша сызықты сканерлеуден әлдеқашан асып түскенімен, тек соңғы бірнеше жылда TDI камералары әдетте ғылыми дәрежедегі сезімталдықты қажет ететін аз жарықты қолданбаларға жету үшін қажетті сезімталдыққа ие болды.sCMOS камералары.
'sCMOS TDI' сенсордағы зарядтардың CCD стиліндегі қозғалысын sCMOS стиліндегі оқумен және артқы жарықтандырылған сенсорлармен біріктіреді. Алдыңғы CCD негізіндегі немесе таза CMOS негізіндегі* TDI камераларының оқуы айтарлықтай баяу болды, пикселдер саны аз, кезеңдері аз болды және 30e- және >100e- аралығындағы оқу шулары болды. Керісінше, Tucsen сияқты sCMOS TDIDhyana 9KTDI sCMOS камерасыартқы жарықтандыру арқылы жоғары кванттық тиімділікпен үйлесетін 7.2e- оқу шуын ұсынады, бұл TDI мүмкіндігін бұрынғыға қарағанда айтарлықтай төмен жарық деңгейі қолданбаларында пайдалануға мүмкіндік береді.
Көптеген қолданбаларда TDI процесі арқылы қосылған ұзағырақ экспозиция уақыттары оқу шуының 1e-ге жақын жоғары сапалы sCMOS аумақты сканерлеу камераларымен салыстырғанда оқу шуының жоғарылауын өтей алады.
TDI камераларының жалпы қолданбалары
TDI камералары дәлдік пен жылдамдық бірдей маңызды болып табылатын көптеген салаларда кездеседі:
● Жартылай өткізгіш пластинаны тексеру
● Тегіс панельді дисплей (FPD) сынағы
● Веб-тексеру (қағаз, пленка, фольга, тоқыма)
● Медициналық диагностикада немесе багажды скринингте рентгендік сканерлеу
● Сандық патологияда сырғымалы және көп шұңқырлы пластинаны сканерлеу
● Қашықтықтан зондтау немесе ауыл шаруашылығында гиперспектральды бейнелеу
● SMT желілерінде ПХД және электрониканы тексеру
Бұл қолданбалар нақты әлемдегі шектеулер кезінде TDI кескіні қамтамасыз ететін жақсартылған контраст, жылдамдық және айқындықтың пайдасын көреді.
Мысал: Слайдты және көп шұңқырлы пластиналарды сканерлеу
Жоғарыда айтылғандай, sCMOS TDI камералары үшін маңызды уәдесі бар қолданбалардың бірі слайдты немесе көп шұңқырлы пластиналарды сканерлеуді қоса, тігу қолданбалары болып табылады. Үлкен флуоресцентті немесе жарық өрісті микроскоп үлгілерін 2 өлшемді аймақтық камералармен сканерлеу XY микроскоп сатысының бірнеше қозғалысы нәтижесінде пайда болған кескіндер торын тігуге негізделген. Әрбір сурет кез келген ысырманың кідірісімен бірге кезеңнің тоқтап, реттелуін және қайта іске қосылуын талап етеді. TDI, керісінше, сахна қозғалыста болған кезде кескіндерді ала алады. Содан кейін кескін әрқайсысы үлгінің бүкіл енін қамтитын аздаған ұзын «жолақтардан» қалыптасады. Бұл кескіндеу жағдайларына байланысты барлық тігу қолданбаларында алу жылдамдығының және деректерді өткізу қабілетінің айтарлықтай жоғарылауына әкелуі мүмкін.
Кезең қозғала алатын жылдамдық TDI камерасының жалпы экспозиция уақытына кері пропорционалды, сондықтан қысқа экспозиция уақыттары (1-20 мс) аумақты сканерлеу камераларымен салыстырғанда кескін алу жылдамдығының ең үлкен жақсаруын ұсынады, бұл кейіннен жалпы алу уақытының шама ретіне немесе үлкенірек қысқаруына әкелуі мүмкін. Ұзақ экспозиция уақыттары үшін (мысалы, > 100 мс) аумақты сканерлеу әдетте уақыт артықшылығын сақтай алады.
Небәрі он секундта жасалған өте үлкен (2 гигапиксель) флуоресцентті микроскопиялық кескіннің мысалы 2-суретте көрсетілген. Аймақтық сканерлеу камерасымен жасалған эквивалентті кескін бірнеше минутқа созылады деп күтуге болады.
2-сурет: TDI сканерлеу және тігу арқылы 10 секундта жасалған 2 гигапиксельді кескін
ЕСКЕРТУ: Флуоресцентті микроскоппен қаралған бөлектеуіш қалам нүктелерінің Tucsen Dhyana 9kTDI көмегімен алынған 10 есе үлкейтетін кескін. 3,6 мс экспозиция уақытын пайдаланып 10 секундта алынған. Кескін өлшемдері: 30 мм x 17 мм, 58 000 x 34 160 пиксель.
TDI синхрондау
TDI камерасын бейнелеу нысанымен синхрондау (бірнеше пайыз шегінде) маңызды – жылдамдықтың сәйкес келмеуі «қозғалыс бұлдыры» әсеріне әкеледі. Бұл синхрондауды екі жолмен жасауға болады:
Болжамдық: Камера жылдамдығы үлгі қозғалыс жылдамдығы, оптика (үлкейту) және камера пиксел өлшемі туралы білім негізінде қозғалыс жылдамдығына сәйкес келетін етіп орнатылған. Немесе сынақ және қателік.
Іске қосылды: Бейнелеу нысандарын жылжытуға арналған көптеген микроскоп кезеңдері, таспалар және басқа жабдық берілген қозғалыс қашықтығы үшін камераға триггер импульсін жіберетін кодерлерді қамтуы мүмкін. Бұл қозғалыс жылдамдығына қарамастан, сахна/портал мен камераға синхрондауға мүмкіндік береді.
TDI камералары сызықтық сканерлеу және аймақты сканерлеу камераларымен салыстырғанда
TDI басқа танымал бейнелеу технологияларымен салыстырылады:
| Ерекшелік | TDI камерасы | Сызықты сканерлеу камерасы | Аймақты сканерлеу камерасы |
| Сезімталдық | Өте жоғары | Орташа | Төменнен Ортаға дейін |
| Кескін сапасы (қозғалыс) | Өте жақсы | Жақсы | Жоғары жылдамдықта бұлыңғыр |
| Жарықтандыруға қойылатын талаптар | Төмен | Орташа | Жоғары |
| Қозғалыс үйлесімділігі | Өте жақсы (синхрондалған жағдайда) | Жақсы | Кедей |
| Ең жақсысы | Жоғары жылдамдық, аз жарық | Жылдам қозғалатын объектілер | Статикалық немесе баяу көріністер |
TDI - көрініс жылдам қозғалғанда және жарық деңгейлері шектеулі болғанда нақты таңдау. Сызықты сканерлеу сезімталдықтың төмендеуі болып табылады, ал аумақты сканерлеу қарапайым немесе тұрақты орнатулар үшін жақсырақ.
Дұрыс TDI камерасын таңдау
TDI камерасын таңдаған кезде мыналарды ескеріңіз:
● TDI кезеңдерінің саны: Көбірек кезеңдер SNR, сонымен қатар құны мен күрделілігін арттырады.
● Датчик түрі: sCMOS жылдамдығы мен төмен шуы үшін қолайлы; CCD кейбір бұрынғы жүйелер үшін әлі де жарамды болуы мүмкін.
● Интерфейс: жүйеңізбен үйлесімділікті қамтамасыз етіңіз — Camera Link, CoaXPress және 10GigE ортақ опциялар, 100G CoF және 40G CoF жаңа трендтер ретінде пайда болды.
● Спектрлік жауап: қолданба қажеттіліктеріне қарай монохромды, түсті немесе жақын инфрақызыл (NIR) арасында таңдаңыз.
● Синхрондау опциялары: жақсырақ қозғалысты туралау үшін кодер кірістері немесе сыртқы триггерді қолдау сияқты мүмкіндіктерді іздеңіз.
Қолданбаңыз нәзік биологиялық үлгілерді, жоғары жылдамдықты тексеруді немесе жарық аз орталарды қамтыса, sCMOS TDI дұрыс сәйкес келеді.
Қорытынды
TDI камералары әсіресе sCMOS сенсорларына салынған кезде бейнелеу технологиясындағы күшті эволюцияны білдіреді. Қозғалыс синхрондауды көп сызықты интеграциямен біріктіру арқылы олар динамикалық, жарық аз көріністер үшін теңдесі жоқ сезімталдық пен айқындықты ұсынады.
Вафлилерді тексеріп жатсаңыз да, слайдтарды сканерлесеңіз де немесе жоғары жылдамдықты тексерулерді орындасаңыз да, TDI қалай жұмыс істейтінін түсіну сізге ең жақсы шешімді таңдауға көмектеседі.ғылыми камераларбейнелеу қиындықтарыңыз үшін.
Жиі қойылатын сұрақтар
TDI камералары аумақты сканерлеу режимінде жұмыс істей ала ма?
TDI камералары сенсор уақытының айласы арқылы қол жеткізілетін «аймақты сканерлеу» режимінде (өте жұқа) екі өлшемді кескіндерді жасай алады. Бұл фокус және теңестіру сияқты тапсырмалар үшін пайдалы болуы мүмкін.
«Аумақты сканерлеуді» бастау үшін сенсор алдымен TDI камерасының кезеңдері болса, сонша қадамдарды ілгерілету, мүмкіндігінше жылдам, содан кейін тоқтату арқылы «тазаланады». Бұл бағдарламалық құралды басқару немесе аппараттық құралды іске қосу арқылы қол жеткізіледі және қараңғыда жақсы орындалады. Мысалы, 256 сатылы камера кем дегенде 256 жолды оқып, содан кейін тоқтауы керек. Бұл 256 жол деректер жойылды.
Камера іске қосылмаса немесе сызықтар оқылмаса, сенсор кескінді ашатын аумақты сканерлеу сенсоры сияқты әрекет етеді.
Қажетті экспозиция уақыты фотокамера бос тұрғанда өтуі керек, камераны кем дегенде оның сатылар санына қайта ілгерілетіп, жаңа алынған кескіннің әрбір жолын оқып шығу керек. Тағы да, бұл «оқу» кезеңі қараңғыда болуы керек.
Бұл әдісті TDI операциясының ең аз бұрмалануы мен бұлдырлығы бар аймақты сканерлеу кескіндерінің «тікелей алдын ала қарау» немесе тізбегін қамтамасыз ету үшін қайталауға болады.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Барлық құқықтар қорғалған. Сілтеме жасаған кезде дереккөзді растаңыз:www.tucsen.com
