25.07.29Биолюминесценцияның жоғары өткізу қабілеті бар бейнелеу және өнеркәсіптік жоғары жылдамдықтағы төмен жарықты анықтау салаларында бейнелеу жылдамдығы мен сезімталдық арасындағы оңтайлы тепе-теңдікке қол жеткізу ұзақ уақыт бойы технологиялық прогресті шектейтін негізгі кедергі болды. Дәстүрлі сызықтық немесе аймақтық массивтерді бейнелеу шешімдері жиі қиын келіссөздерге тап болады, бұл анықтау тиімділігін және жүйе өнімділігін сақтауды қиындатады. Нәтижесінде өнеркәсіптік жаңартулар айтарлықтай шектелді.
Артқы жарықтандырылған TDI-sCMOS технологиясын енгізу осы шектеулерді шеше бастады. Бұл инновациялық технология аз жарық жағдайында жоғары жылдамдықты бейнелеудің физикалық шектеулерін қарастырып қана қоймайды, сонымен қатар оның қолданбаларын өмір туралы ғылымдардан тыс жартылай өткізгіштерді тексеру және дәлдік өндірісі сияқты алдыңғы қатарлы өнеркәсіп салаларында кеңейтеді. Осы әзірлемелермен TDI-sCMOS заманауи өнеркәсіптік бейнелеу қолданбаларында өзекті бола түсуде.
Бұл мақала TDI кескінінің негізгі принциптерін сипаттайды, оның эволюциясын бақылайды және оның өнеркәсіптік жүйелердегі өсіп келе жатқан рөлін талқылайды.
TDI принциптерін түсіну: динамикалық бейнелеудегі серпіліс
Уақытты кешіктіру интеграциясы (TDI) – екі маңызды техникалық мүмкіндікті ұсынатын сызықты сканерлеу принципіне негізделген кескінді алу технологиясы:
Синхронды динамикалық алу
«Тоқта – түсіру – жылжыту» циклімен жұмыс істейтін дәстүрлі аймақтық камералардан айырмашылығы, TDI сенсорлары қозғалыс кезінде кескіндерді үздіксіз көрсетеді. Үлгі көру өрісі бойынша қозғалған кезде, TDI сенсоры пиксель бағандарының қозғалысын нысан жылдамдығымен синхрондайды. Бұл синхрондау үздіксіз экспозицияға және бір нысанның уақыт өте динамикалық заряд жинақталуына мүмкіндік береді, тіпті жоғары жылдамдықта да тиімді бейнелеуге мүмкіндік береді.
TDI кескінінің көрсетілімі: үйлестірілген үлгі қозғалысы және зарядты біріктіру
Доменді жинақтауды зарядтау
Әрбір пиксельдік баған кіріс жарықты электр зарядына түрлендіреді, содан кейін ол бірнеше сынамаларды оқу кезеңдері арқылы өңделеді. Бұл үздіксіз жинақтау процесі әлсіз сигналды N коэффициентімен тиімді түрде арттырады, мұнда N интеграция деңгейлерінің санын білдіреді, шектеулі жарық жағдайларында сигнал-шу қатынасын (SNR) жақсартады.
Әртүрлі TDI кезеңдеріндегі кескін сапасының иллюстрациясы
TDI технологиясының эволюциясы: CCD-дан артқы жарықтандырылған sCMOS-қа дейін
TDI сенсорлары бастапқыда CCD немесе алдыңғы жарықтандырылған CMOS платформаларында құрастырылған, бірақ екі архитектурада да жылдам және жарық аз бейнелеуге қолданылғанда шектеулер болды.
TDI-CCD
Артқы жарықтандырылған TDI-CCD сенсорлары 90% жуық кванттық тиімділікке (QE) қол жеткізе алады. Дегенмен, олардың сериялық оқу архитектурасы бейнелеу жылдамдығын шектейді - сызық жылдамдығы әдетте 100 кГц-тен төмен болып қалады, 2K ажыратымдылығы бар сенсорлар шамамен 50 кГц жиілікте жұмыс істейді.
Алдыңғы жарықтандырылған TDI-CMOS
Алдыңғы жарықтандырылған TDI-CMOS сенсорлары 400 кГц-ке дейін жететін 8K ажыратымдылық желісінің жылдамдығымен жылдам оқу жылдамдығын ұсынады. Дегенмен, құрылымдық факторлар олардың QE-ін шектейді, әсіресе толқын ұзындығының қысқа диапазонында, көбінесе оны 60% -дан төмен ұстайды.
Айтарлықтай жетістік 2020 жылы Tucsen's шығарылымымен келдіDhyana 9KTDI sCMOS камерасы, артқы жағынан жарықтандырылған TDI-sCMOS камерасы. Бұл жоғары сезімталдықты жоғары жылдамдықты TDI өнімділігімен үйлестірудегі елеулі секірісті білдіреді:
-
Кванттық тиімділік: 82% QE шыңы — әдеттегі алдыңғы жарықтандырылған TDI-CMOS сенсорларынан шамамен 40% жоғары, бұл оны аз жарықта бейнелеу үшін өте қолайлы етеді.
-
Желілік жиілік: 9K ажыратымдылықта 510 кГц, секундына 4,59 гигапиксельдік деректерді өткізу қабілетіне аударылады.
Бұл технология алғаш рет жоғары өткізу қабілеттілігі бар флуоресцентті сканерлеуде қолданылды, мұнда камера оңтайландырылған жүйе жағдайында 10,1 секундта 30 мм × 17 мм флуоресцентті үлгінің 2 гигапиксельді кескінін түсіріп, әдеттегі аумақты сканерлеу жүйелеріне қарағанда кескін алу жылдамдығы мен егжей-тегжейлі дәлдікте айтарлықтай жетістіктерді көрсетті.
Кескін: Zaber MVR моторлы сатысы бар Dhyana 9KTDI
Мақсат: 10X Қабылдау уақыты: 10,1 с Экспозиция уақыты: 3,6 мс
Кескін өлшемі: 30 мм x 17 мм 58 000 x 34 160 пиксель
TDI технологиясының негізгі артықшылықтары
Жоғары сезімталдық
TDI сенсорлары бірнеше экспозициялар бойынша сигналдарды жинап, аз жарықта өнімділікті арттырады. Артқы жарықтандырылған TDI-sCMOS сенсорларымен 80%-дан жоғары кванттық тиімділікке қол жеткізуге болады, бұл флуоресцентті бейнелеу және қараңғы өрісті тексеру сияқты күрделі тапсырмаларды қолдайды.
Жоғары жылдамдықты өнімділік
TDI сенсорлары жылдам қозғалатын нысандарды тамаша айқындықпен түсіре отырып, жоғары өнімді бейнелеуге арналған. Нысан қозғалысымен пиксельді оқуды синхрондау арқылы TDI қозғалыс бұлыңғырлығын іс жүзінде жояды және конвейерге негізделген тексеруді, нақты уақыттағы сканерлеуді және басқа да жоғары өнімділік сценарийлерін қолдайды.
Жақсартылған сигнал-шу қатынасы (SNR)
Сигналдарды бірнеше кезеңде біріктіру арқылы TDI сенсорлары биологиялық үлгілердегі фотоағарту қаупін азайтып, сезімтал материалдардағы термиялық кернеуді азайта отырып, аз жарықтандырумен жоғары сапалы кескіндерді жасай алады.
Қоршаған ортаның кедергілеріне сезімталдықтың төмендеуі
Аймақтық сканерлеу жүйелерінен айырмашылығы, TDI сенсорлары синхрондалған сызықтық экспозицияға байланысты қоршаған жарық немесе шағылысуларға аз әсер етеді, бұл оларды күрделі өндірістік орталарда сенімдірек етеді.
Қолдану мысалы: Вафельді тексеру
Жартылай өткізгіштер секторында аймақты сканерлеуге арналған sCMOS камералары жылдамдығы мен сезімталдығына байланысты аз жарықты анықтау үшін жиі пайдаланылды. Дегенмен, бұл жүйелердің кемшіліктері болуы мүмкін:
-
Шектеулі көру өрісі: бірнеше жақтауды біріктіру қажет, бұл уақытты қажет ететін процестерге әкеледі.
-
Баяу сканерлеу: әрбір сканерлеу келесі суретті түсірмес бұрын кезеңнің орналасуын күтуді талап етеді.
-
Артефакттарды тігу: кескін бос жерлері мен сәйкессіздіктер сканерлеу сапасына әсер етеді.
TDI кескіні мына мәселелерді шешуге көмектеседі:
-
Үздіксіз сканерлеу: TDI кадрды тігуді қажет етпестен үлкен, үздіксіз сканерлеуді қолдайды.
-
Жылдамырақ алу: жоғары желі жылдамдығы (1 МГц-ке дейін) түсіру арасындағы кідірістерді болдырмайды.
-
Жақсартылған кескіннің біркелкілігі: TDI желісін сканерлеу әдісі перспективаның бұрмалануын азайтады және бүкіл сканерлеуде геометриялық дәлдікті қамтамасыз етеді.
TDI VS аумақты сканерлеу
Иллюстрация: TDI үздіксіз және тегіс алу процесін қамтамасыз етеді
Tucsen's Gemini 8KTDI sCMOS камерасы терең ультракүлгін пластинаны тексеруде тиімді болды. Tucsen компаниясының ішкі сынауына сәйкес, камера 266 нм жиілікте 63,9% QE деңгейіне жетеді және ұзақ уақыт қолданғанда чип температурасының тұрақтылығын 0°C деңгейінде сақтайды, бұл ультракүлгін сәулеге сезімтал қолданбалар үшін маңызды.
Пайдалануды кеңейту: Мамандандырылған кескіндеуден жүйелік интеграцияға дейін
TDI енді тауашалық қолданбалармен немесе эталондық тестілеумен шектелмейді. Негізгі назар өнеркәсіптік жүйелерге практикалық интеграцияға аударылды.
Tucsen's Gemini TDI сериясы шешімдердің екі түрін ұсынады:
1. Флагмандық модельдер: Пластинаның алдыңғы жағын тексеру және УК ақауларын анықтау сияқты кеңейтілген пайдалану жағдайларына арналған. Бұл модельдер жоғары сезімталдыққа, тұрақтылыққа және өткізу қабілеттілігіне басымдық береді.
2. Ықшам нұсқалар: Кішігірім, ауамен салқындатылған және төмен қуат — ендірілген жүйелер үшін қолайлы. Бұл модельдер жеңілдетілген интеграция үшін жоғары жылдамдықты CXP (CoaXPress) интерфейстерін қамтиды.
Өмір туралы ғылымдардағы жоғары өнімді бейнелеуден дәл жартылай өткізгішті тексеруге дейін, артқы жарықтандырылған TDI-sCMOS кескіндеу жұмыс үрдістерін жақсартуда маңызды рөл атқаруда.
Жиі қойылатын сұрақтар
1-сұрақ: TDI қалай жұмыс істейді?
TDI пиксель жолдары бойынша зарядты тасымалдауды объектінің қозғалысымен синхрондайды. Нысан қозғалған сайын, әрбір қатарда басқа экспозиция жинақталып, сезімталдық артады, әсіресе жарық аз және жоғары жылдамдықты қолданбаларда.
2-сұрақ: TDI технологиясын қайда қолдануға болады?
TDI жартылай өткізгішті тексеру, флуоресцентті сканерлеу, ПХД тексеру және қозғалыс бұлыңғырлығы мен төмен жарықтандыру мәселесі туындайтын басқа да жоғары ажыратымдылықты, жоғары жылдамдықты бейнелеу қолданбалары үшін өте қолайлы.
3-сұрақ: Өнеркәсіптік қолданбалар үшін TDI камерасын таңдағанда нені ескеруім керек?
TDI камерасын таңдаған кезде маңызды факторларға желі жылдамдығы, кванттық тиімділік, ажыратымдылық, спектрлік жауап (әсіресе УК немесе NIR қолданбалары үшін) және термиялық тұрақтылық кіреді.
Сызықтық мөлшерлемені есептеу әдісі туралы егжей-тегжейлі түсініктеме алу үшін біздің мақаланы қараңыз:
TDI сериясы – камераның желі жиілігін қалай есептеу керек
Tucsen Photonics Co., Ltd. Барлық құқықтар қорғалған. Сілтеме жасаған кезде дереккөзді растаңыз:www.tucsen.com
