22/07/13Entegrasyona Derengketina Demê (TDI) teknîkeke wênekirinê ye ku ji wênekirina dîjîtal pêştir e - lê dîsa jî di pêşengiya wênekirina îroyîn de avantajên mezin peyda dike. Du rewş hene ku kamerayên TDI dikarin bibiriqin - her du jî dema ku mijara wênekirinê di tevgerê de ye:
1 – Mijara wênekêşanê bi xwezayî bi leza sabît di tevgerê de ye, wekî di vekolîna tevnê de (wek şopandina pelên kaxez, plastîk an qumaşê yên ku têne tevgerandin ji bo kêmasî û ziraran), xetên montajê, an mîkrofluîdîk û herikîna şilavan de.
2 – Mijarên wênekirina statîk ku dikarin bi kamerayekê ku ji deverekê bo deverekê din tê veguhastin, an bi livandina mijarê an jî bi livandina kamerayê, werin wênekirin. Mînak skankirina slaytê ya mîkroskopê, vekolîna materyalan, vekolîna panela dûz û hwd.
Eger yek ji van mercan ji bo wênekêşiya we derbas dibe, ev rûpela malperê dê ji we re bibe alîkar ku hûn bifikirin ka gelo guheztinek ji kamerayên 'skankirina deverê' yên 2-alî yên kevneşopî bo kamerayên Skankirina Xetê TDI dikare wênekêşiya we baştir bike.
Pirsgirêka Skenkirina Deverî û Armancên Guhêrbar
● Tevger Blur
Hin mijarên wênekêşanê ji ber neçariyê di tevgerê de ne, mînakî di teftîşa herikîna şilavê an jî tevnê de. Di sepanên din de, wekî skankirina slaytê û teftîşa materyalan, hiştina mijarê di tevgerê de dikare ji rawestandina tevgerê ji bo her wêneyê hatî kişandin pir zûtir û bibandortir be. Lêbelê, ji bo kamerayên skankirina deverê, heke mijara wênekêşanê li gorî kamerayê di tevgerê de be, ev dikare bibe sedema dijwarîyan.
Şilbûna tevgerê wêneya wesayîtek ku li tevgerê diguherîne
Di rewşên bi ronahîkirina kêm an jî li cihê ku kalîteyên wêneyê yên bilind hewce ne, dibe ku demek dirêj a ekspozkirina kamerayê were xwestin. Lêbelê, tevgera mijarê dê di dema ekspozkirinê de ronahiya xwe li ser gelek pîkselên kamerayê belav bike, ku dibe sedema 'tehlbûna tevgerê'. Ev dikare bi kurtkirina ekspozkirinan were kêmkirin - di bin dema ku ji bo xalek li ser mijarê ji pîkselek kamerayê derbas dibe. Ev eunbi gelemperî bi hesabê wêneyên tarî, dengdar û pir caran bêkêr.
●Dirûtin
Herwiha, bi gelemperî wênekirina mijarên mezin an jî berdewam bi kamerayên skankirina deverekê hewceyê wergirtina gelek wêneyan dike, ku dûv re bi hev re têne dirûtin. Ev dirûtin hewceyê hevgirtina pîkselan di navbera wêneyên cîran de dike, ku karîgeriyê kêm dike û hewcedariyên hilanîn û hilberandina daneyan zêde dike.
●Ronahîkirina neyeksan
Ji bilî vê, ronahîkirin kêm caran têrê nake ku pirsgirêk û tiştên neasayî li ser sînorên di navbera wêneyên dirûtî de dûr bikevin. Her wiha, ji bo ku li ser qadeke têra xwe mezin ji bo kameraya şopandina deverê ronahîkirinek bi şîddeta têr peyda bibe, pir caran bikaranîna çavkaniyên ronahiya DC yên bi hêz û biha pêwîst e.
Ronahîkirina newekhev di dirûtina destxistina pir-wêneyê mejiyê mişk de. Wêne ji Watson et al. 2017: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0180486
Kamera TDI çi ye, û ew çawa dibe alîkar?
Di kamerayên skankirina deverek 2-alî yên kevneşopî de, sê qonaxên bidestxistina wêneyek hene: ji nû ve sazkirina pîkselan, eşkerekirin, û xwendin. Di dema eşkerekirinê de, fotonên ji cihê bûyerê têne tespîtkirin, ku di encamê de fotoelektron çêdibin, ku heta dawiya eşkerekirinê di pîkselên kamerayê de têne hilanîn. Nirxên ji her pîkselê dûv re têne xwendin, û wêneyek 2D çêdibe. Dûv re pîksel ji nû ve têne sazkirin û hemî bark têne paqijkirin da ku dest bi eşkerekirina din bikin.
Lêbelê, wekî ku hate gotin, heke mijara wêneyê li gorî kamerayê tevbigere, ronahiya ji mijarê dikare di dema vê ekspozyonê de li ser gelek pîkselan belav bibe, ku bibe sedema nezelaliya tevgerê. Kamerayên TDI bi karanîna teknîkek nûjen vê sînorkirinê derbas dikin. Ev di [Animasyon 1] de tê nîşandan.
●Kamerayên TDI Çawa Dixebitin
Kamerayên TDI bi awayekî bingehîn cuda ji kamerayên skankirina deverê dixebitin. Dema ku mijara wênekêşanê di dema ekspozyonê de li ser kamerayê digere, barkên elektronîkî yên ku wêneya hatî kişandin pêk tînin jî diguherin û hevrêz dimînin. Di dema ekspozyonê de, kamerayên TDI dikarin hemî barkên hatî kişandin ji rêzek pîkselê berbi rêzek din, li ser kamerayê, bi tevgera mijara wênekêşanê re hevrêz bikin. Dema ku mijar li ser kamerayê digere, her rêz (ku wekî 'Qonaxa TDI' tê zanîn), derfetek nû peyda dike da ku kamerayê li hember mijarê eşkere bike û sînyalê berhev bike.
Dema rêzek ji barên wergirtî digihîje dawiya kamerayê, tenê wê demê nirx têne xwendin û wekî perçeyek 1-alî ya wêneyê têne hilanîn. Wêneya 2-D bi hev ve girêdana her perçeyek wêneyê ya li pey hev dema ku kamera wan dixwîne tê çêkirin. Her rêzek pîkselan di wêneya encam de heman 'perçeya' mijara wêneyê dişopîne û wêne dike, ev tê vê wateyê ku tevî tevgerê jî, ti tarîbûn tune.
●256 caran dirêjtir ekspozîsyonê
Bi kamerayên TDI re, dema ekspozasyonê ya bi bandor a wêneyê bi tevahiya dema ku ji bo xalek li ser mijarê ji her rêza pîkselan derbas dibe tê dayîn, û li ser hin kamerayên TDI heta 256 qonax hene. Ev tê vê wateyê ku dema ekspozasyonê ya berdest bi bandor 256 carî ji ya ku kamerayek şopandina deverek dikare bi dest bixe mezintir e.
Ev dikare yek ji du başkirinan, an jî hevsengiya herduyan peyda bike. Pêşî, leza wênekêşanê dikare bi girîngî zêde bibe. Li gorî kamerayek şopandina deverê, mijara wênekêşanê dikare heta 256 carî zûtir biçe dema ku hîn jî heman mîqdara sînyalê digire, bi şertê ku rêjeya xeta kamerayê têra xwe bilez be ku bigihêje wê astê.
Ji aliyekî din ve, heke hesasiyeteke mezintir pêwîst be, dema dirêjkirina ronahiyê dikare wêneyên bi kalîte pir bilindtir, şîddeta ronîkirinê kêmtir, an jî herduyan jî gengaz bike.
●Veguhestina daneyên mezin bêyî dirûtin
Ji ber ku kamera TDI wêneyekî 2-alî ji perçeyên 1-alî yên li pey hev çêdike, wêneya encam dikare bi qasî ku pêwîst be mezin be. Her çend hejmara pîkselan di rêça 'horizontal' de ji hêla firehiya kamerayê ve tê dayîn, mînakî 9072 pîksel, mezinahiya 'vertîkal' a wêneyê bêsînor e, û bi tenê bi dirêjahiya xebitandina kamerayê ve tê destnîşankirin. Bi rêjeyên xetê heta 510kHz, ev dikare veguhastina daneyan a pir mezin peyda bike.
Digel vê yekê, kamerayên TDI dikarin qadên dîtinê yên pir fireh pêşkêş bikin. Bo nimûne, kamerayek 9072 pîksel bi pîkselên 5µm qadeke dîtinê ya horizontî ya 45 mm bi çareseriya bilind peyda dike. Ji bo ku bi kamerayek skankirina qada pîkselê ya 5µm re heman firehiya wênekirinê were bidestxistin, heya sê kamerayên 4K li kêleka hev hewce ne.
●Pêşketinên li ser kamerayên şopandina xêzê
Kamerayên TDI ne tenê li gorî kamerayên skankirina deverê baştiriyan pêşkêş dikin. Kamerayên skankirina xêzan, ku tenê rêzek pîkselê digirin, di heman demê de ji gelek pirsgirêkên bi şiddeta ronîkirinê û ekspozyonên kurt ên wekî kamerayên skankirina deverê dikişînin.
Her çend mîna kamerayên TDI, kamerayên şopandina xêzan bi sazkirinek hêsantir ronîkirinek wekhevtir pêşkêş dikin û hewcedariya dirûtina wêneyan ji holê radikin, ew pir caran dikarin hewceyê ronîkirinek pir dijwar û/an tevgera mijarê ya hêdî bikin da ku sînyala têr ji bo wêneyek bi kalîte bilind bigirin. Rûniştinên dirêjtir û leza mijarê ya zûtir ku kamerayên TDI çalak dikin tê vê wateyê ku ronîkirina bi şîddetek kêmtir û bi lêçûnek kêmtir dikare were bikar anîn di heman demê de karîgeriya wênekirinê baştir dike. Mînakî, xeta hilberînê dikare ji roniyên halojen ên bi lêçûnek bilind û xerckirina enerjiyê ya bilind ku hewceyê hêza DC ne, berbi ronahiya LED ve biçe.
Kamerayên TDI çawa dixebitin?
Sê standardên hevpar hene ji bo çawaniya bidestxistina wênekirina TDI li ser sensorek kamerayê.
● CCD TDI- Kamerayên CCD kevintirîn celebê kamerayên dîjîtal in. Ji ber sêwirana wan a elektronîkî, bidestxistina tevgera TDI li ser CCD-ê nisbeten pir hêsan e, ji ber ku gelek senzorên kamerayê bi xwezayî dikarin bi vî rengî bixebitin. Ji ber vê yekê CCD-yên TDI bi dehan salan e ku têne bikar anîn.
Lêbelê, teknolojiya CCD xwedî sînorkirinên xwe ye. Mezinahiya herî biçûk a pîkselê ku bi gelemperî ji bo kamerayên CCD TDI peyda dibe dora 12µm x 12µm e - ev, digel jimara pîkselên piçûk, şiyana kamerayan ji bo çareserkirina hûrguliyên hûr sînordar dike. Wekî din, leza bidestxistinê ji teknolojiyên din kêmtir e, di heman demê de dengê xwendinê - faktorek sînordar a sereke di wênekirina ronahiya kêm de - zêde ye. Xerckirina enerjiyê jî zêde ye, ku di hin serîlêdanan de faktorek sereke ye. Ev bû sedema xwesteka afirandina kamerayên TDI li ser bingeha mîmariya CMOS.
●TDI ya CMOS ya destpêkê: Domaina voltaja û berhevkirina dîjîtal
Kamerayên CMOS gelek ji sînorkirinên deng û leza kamerayên CCD derbas dikin, di heman demê de kêmtir enerjiyê bikar tînin û mezinahiyên pîkselên piçûktir pêşkêş dikin. Lêbelê, ji ber sêwirana pîkselên wan, tevgera TDI li ser kamerayên CMOS pir dijwartir bû. Her çend CCD bi fîzîkî fotoelektronan ji pîkselekê berbi pîkselekê diguhezînin da ku sensorê birêve bibin, kamerayên CMOS berî xwendinê sînyalên di fotoelektronan de vediguherînin voltaja di her pîkselê de.
Reftara TDI li ser sensorek CMOS ji sala 2001-an vir ve tê lêkolîn kirin, lêbelê, pirsgirêka ka meriv çawa 'berhevkirina' sînyalê dema ku teşhîs ji rêzek berbi rêzek din ve diçe birêve dibe girîng bû. Du rêbazên destpêkê yên ji bo CMOS TDI ku îro jî di kamerayên bazirganî de têne bikar anîn berhevkirina qada voltaja-domain û berhevkirina dîjîtal a TDI CMOS ne. Di kamerayên berhevkirina qada voltaja-domain de, dema ku her rêzek sînyalê tê bidestxistin dema ku mijara wênekêşanê derbas dibe, voltaja wergirtî bi elektronîkî li bidestxistina tevahî ya wê beşa wêneyê tê zêdekirin. Voltajên berhevkirî bi vî rengî ji bo her qonaxa TDI ya zêde ya ku tê zêdekirin dengek zêde derdixe holê, û feydeyên qonaxên zêde sînordar dike. Pirsgirêkên bi xêzikbûnê re jî karanîna van kamerayan ji bo sepanên rast dijwar dikin.
Rêbaza duyem TDI ya berhevkirina dîjîtal e. Di vê rêbazê de, kamerayek CMOS bi bandor di moda şopandina deverê de dixebite bi ekspozyonek pir kurt ku li gorî dema ku mijara wêneyê digire da ku li ser rêzek pîkselan biçe. Lêbelê, rêzên ji her çarçoveya li pey hev bi awayekî dîjîtal têne hev kirin da ku bandorek TDI were bidestxistin. Ji ber ku divê tevahiya kamerayê ji bo her rêzek pîkselan di wêneya encam de were xwendin, ev zêdekirina dîjîtal di heman demê de dengê xwendinê ji bo her rêzê zêde dike, û leza bidestxistinê sînordar dike.
●Standarda nûjen: CMOS TDI ya qada bargeyê, an jî CCD-li ser CMOS TDI
Sînorên CMOS TDI yên li jor vê dawiyê bi danasîna TDI CMOS ya berhevkirina domaina bargiraniyê, ku wekî CCD-li-CMOS TDI jî tê zanîn, hatine derbaskirin. Xebata van sensoran di [Animation 1] de tê nîşandan. Wekî ku ji navê wê diyar e, ev sensor tevgera bargiraniyê ya mîna CCD ji pîkselekê berbi pîkseleke din pêşkêş dikin, di her qonaxa TDI de bi zêdekirina fotoelektronan li ser asta bargiraniyên takekesî sînyalê berhev dikin. Ev bi bandor bê deng e. Lêbelê, sînorkirinên CCD TDI bi karanîna mîmariya xwendina CMOS têne derbaskirin, ku leza bilind, dengê kêm û xerckirina enerjiyê ya kêm a ku ji bo kamerayên CMOS hevpar e, gengaz dike.
Taybetmendiyên TDI: çi girîng e?
●Teknolocî:Faktora herî girîng ew e ku teknolojiya sensorê tê bikar anîn wekî ku li jor hatî nîqaş kirin. CMOS TDI ya qada barkirinê dê performansa çêtirîn peyda bike.
●Qonaxên TDI:Ev hejmara rêzên sensorê ye ku sînyal li ser wan dikare were kom kirin. Her ku kamerayek qonaxên TDI zêdetir bike, dema wê ya ekspozasyonê ya bi bandor dirêjtir dibe. An jî, mijara wêneyê çiqas zûtir biçe, bi şertê ku kamera xwedî rêjeya xêzê ya têr be.
●Rêjeya Xetê:Kamera di saniyeyekê de çend rêzan dikare bixwîne. Ev leza herî zêde ya tevgerê ku kamera dikare pê re bimeşe diyar dike.
●Karîgeriya KuantumêEv hesasiyeta kamerayê ya li hember ronahiyê di dirêjahiya pêlên cuda de nîşan dide, ku ji hêla îhtîmala tespîtkirina fotonek têketî û hilberandina fotoelektronek ve tê dayîn. Karîgeriya kuantûmê ya bilindtir dikare hêza ronîkirinê ya kêmtir, an jî xebatek zûtir pêşkêş bike dema ku heman asta sînyalê biparêze.
Herwiha, kamerayan li gorî dirêjahiya pêlê ya ku tê de hesasiyeteke baş dikare were bidestxistin, ji hev cuda ne, û hin kamerayan hesasiyet heta dawiya tîrêjên ultraviyole (UV) yên spektrumê, li dora dirêjahiya pêlê ya 200 nm pêşkêş dikin.
●Dengê Xwendinê:Dengê xwendinê faktorek din a girîng e di hesasiyeta kamerayê de, ku sînyala herî kêm a ku dikare li jor asta dengê kamerayê were tespîtkirin diyar dike. Bi dengê xwendinê yê bilind, taybetmendiyên tarî nayên tespîtkirin û rêjeya dînamîk pir kêm dibe, ev tê vê wateyê ku divê ronîkirinek geştir an demên ekspozasyonê yên dirêjtir û leza tevgerê ya hêdîtir were bikar anîn.
Taybetmendiyên TDI: çi girîng e?
Niha, kamerayên TDI ji bo vekolîna tevnê, vekolîna elektronîk û çêkirinê, û sepanên din ên dîtina makîneyê têne bikar anîn. Li kêleka vê yekê sepanên dijwar ên ronahiya kêm wekî wênekirina fluoresansê û skankirina slaytê hene.
Lêbelê, bi danasîna kamerayên TDI CMOS yên bilez, deng kêm û hesasiyeta bilind, di sepanên nû de ku berê tenê kamerayên şopandina deverê bikar dianîn, potansiyeleke mezin heye ji bo zêdebûna leza û karîgeriyê. Wekî ku me di destpêka gotarê de destnîşan kir, kamerayên TDI dikarin ji bo bidestxistina leza bilind û kalîteyên wêneyê yên bilind, çi ji bo wêneyên mijarên ku berê di tevgera domdar de ne, an jî li cihê ku kamera dikare li ser mijarên wênekirinê yên statîk were şopandin, bijareya çêtirîn be.
Bo nimûne, di serîlêdanek mîkroskopiyê de, em dikarin leza bidestxistina teorîk a kamerayek TDI ya 9K pixel, 256 qonaxî bi pixelên 5 µm bi kamerayek skankirina qada kamerayê ya 12MP bi pixelên 5 µm re bidin ber hev. Werin em bidestxistina qadeke 10 x 10 mm bi mezinkirina 20x bi rêya livîna qonaxê lêkolîn bikin.
1. Bi karanîna objektîfek 20x bi kameraya skankirina deverê re, qadeke dîtinê ya 1.02 x 0.77 mm peyda dibe.
٢. Bi kameraya TDI re, objektîfek ١٠xalî bi mezinkirinek ٢xalî ya zêde dikare were bikar anîn da ku her sînorkirinek di qada dîtinê ya mîkroskopê de were derbas kirin, da ku qadeke dîtinê ya horizontî ya ٢.٣ mm peyda bike.
3. Bi texmînkirina hevgirtina 2% pîkselan di navbera wêneyan de ji bo armancên dirûtinê, 0.5 saniye ji bo veguheztina sehneyê bo cihekî diyarkirî, û dema ekspozyonê ya 10ms, em dikarin dema ku kameraya skankirina deverê dê bigire hesab bikin. Bi heman awayî, em dikarin dema ku kameraya TDI dê bigire hesab bikin ger sehne di tevgerê de bimîne da ku di rêça Y de skan bike, bi heman dema ekspozyonê ji bo her rêzê.
4. Di vê rewşê de, kameraya skankirina deverê dê hewceyê 140 wêneyan bike da ku were girtin, û 63 saniye dê ji bo veguheztina sehneyê werin xerc kirin. Kamera TDI dê tenê 5 wêneyên dirêj bigire, û tenê 2 saniye dê ji bo veguheztina sehneyê ber bi stûna din ve werin xerc kirin.
5. Dema giştî ya ku ji bo bidestxistina qada 10 x 10 mm tê xerckirin dê bibe64.4 çirke ji bo kameraya şopandina deverê,û tenê9.9 saniye ji bo kameraya TDI.
Heke hûn dixwazin bibînin ka kamerayek TDI dikare bi serlêdana we re têkildar be û hewcedariyên we bicîh bîne, îro bi me re têkilî daynin.
