22/07/13Убакытты кечиктирүү интеграциясы (TDI) - бул санариптик сүрөткө тартуунун датасын түзгөн сүрөт тартуу ыкмасы, бирок бүгүнкү күндө дагы эле сүрөттөөнүн эң алдыңкы чегинде зор артыкчылыктарды берет. TDI камералары жаркырап турган эки жагдай бар - сүрөт тартуу объектиси кыймылда болгондо:
1 – Сүрөт тартуу объектиси веб-инспекциядагыдай (мисалы, кагаздын, пластмасса же кездеменин кыймылдуу барактарын кемчиликтерди жана бузулууларды сканерлөө сыяктуу), монтаждык линияларды же микро суюктуктарды жана суюктуктардын агымын туруктуу ылдамдыкта кыймылдатат.
2 – Объектти же камераны жылдыруу менен бир аймактан экинчи аймакка жылдырылып, камера аркылуу тартыла турган статикалык сүрөттөө объектилери. Мисалы, микроскоптун слайдын сканерлөө, материалдарды текшерүү, жалпак панелди текшерүү ж.б.
Эгерде бул жагдайлардын бири сиздин сүрөтүңүзгө колдонулушу мүмкүн болсо, бул веб-баракча кадимки 2 өлчөмдүү "аймакты сканерлөө" камераларынан Line Scan TDI камераларына өтүү сүрөт тартууңузга күч бере аларын карап чыгууга жардам берет.
Аймак-Скандоо жана Кыймылдуу Максаттар көйгөйү
● Motion Blur
Кээ бир сүрөттөлүш объекттери, мисалы, суюктуктун агымында же веб-текшерүүдө зарылчылыктан кыймылда болот. Слайд сканерлөө жана материалдарды текшерүү сыяктуу башка тиркемелерде объектти кыймылда кармоо ар бир алынган сүрөт үчүн кыймылды токтотууга караганда бир кыйла тезирээк жана натыйжалуураак болушу мүмкүн. Бирок, аймакты сканерлөөчү камералар үчүн, эгерде сүрөт тартуу объектиси камерага салыштырмалуу кыймылда болсо, бул кыйынчылык жаратышы мүмкүн.
Кыймыл бүдөмүктөлүп бараткан унаанын сүрөтүн бурмалоо
Жарыктандыруусу чектелген же жогорку сүрөт сапаттары талап кылынган учурларда, камеранын узак экспозиция убактысы талап кылынышы мүмкүн. Бирок, объекттин кыймылы экспозиция учурунда өзүнүн жарыгын бир нече камера пикселдерине таратып, "кыймылды бүдөмүктөтүүгө" алып келет. Бул экспозицияны өтө кыска сактоо менен азайтса болот - бул камеранын пикселин басып өтүү үчүн объекттеги чекит талап кылынган убакыттын ичинде. Булunадатта караңгы, ызы-чуу, көбүнчө колдонууга мүмкүн эмес сүрөттөрдүн эсебинен.
●Тигүү
Кошумчалай кетсек, көбүнчө чоң же үзгүлтүксүз сүрөт объекттерин аймакты сканерлөөчү камералар менен сүрөткө тартуу бир нече сүрөттөрдү алууну талап кылат, алар кийинчерээк тигилет. Бул тигиш кошуна сүрөттөрдүн ортосунда бири-бирин кайталаган пикселдерди талап кылат, эффективдүүлүктү төмөндөтөт жана маалыматтарды сактоо жана иштетүү талаптарын жогорулатат.
●Бир калыпта эмес жарыктандыруу
Андан тышкары, жарыктандыруу тигилген сүрөттөрдүн ортосундагы чек аралардагы көйгөйлөрдү жана артефакттарды болтурбоо үчүн сейрек жетиштүү болот. Ошондой эле, жетиштүү интенсивдүүлүк менен аймакты скандоочу камера үчүн жетиштүү чоң аянтты жарыктандырууну камсыз кылуу үчүн көбүнчө жогорку кубаттуулуктагы, кымбат баалуу DC жарык булактарын колдонуу талап кылынат.
Чычкандын мээсинин көп сүрөттү тигишинде бирдей эмес жарыктандыруу. Уотсон жана башкалардан сүрөт. 2017: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0180486
TDI камера деген эмне жана ал кандайча жардам берет?
Кадимки 2 өлчөмдүү аймакты сканерлөөчү камераларда сүрөттү алуунун үч фазасы бар: пикселди баштапкы абалга келтирүү, экспозиция жана окуу. Экспозиция учурунда окуя болгон жерден фотондор аныкталат, натыйжада фотоэлектрондор пайда болот, алар экспозициянын аягына чейин камеранын пикселдеринде сакталат. Андан кийин ар бир пикселдин маанилери окулуп, 2D сүрөт түзүлөт. Андан кийин пикселдер баштапкы абалга келтирилет жана кийинки экспозицияны баштоо үчүн бардык заряддар тазаланат.
Бирок, айтылгандай, эгер сүрөт тартуу объектиси камерага салыштырмалуу жылып жатса, бул экспозиция учурунда объекттен келген жарык бир нече пикселдерге жайылып, кыймылдын бүдөмүк болушуна алып келиши мүмкүн. TDI камералары инновациялык ыкманы колдонуу менен бул чектөөнү жеңет. Бул [Анимация 1] көрсөтүлгөн.
●TDI камералары кантип иштейт
TDI камералары аймакты сканерлөөчү камералардан таптакыр башкача иштейт. Экспозиция учурунда сүрөт тартуу объектиси камера боюнча жылган сайын, алынган сүрөттү түзгөн электрондук заряддар да синхрондолуп, жылдырылат. Экспозиция учурунда TDI камералары бардык алынган заряддарды бир катар пикселдерден экинчисине, камеранын боюнда, сүрөт тартуу объектинин кыймылы менен синхрондоштурууга жөндөмдүү. Объект камера боюнча жылган сайын, ар бир катар ("TDI этап" деп аталат) камераны объектке көрсөтүүгө жана сигнал топтоого жаңы мүмкүнчүлүк берет.
Алынган заряддардын саптары камеранын аягына жеткенде, андан кийин гана маанилер окулуп, сүрөттүн 1 өлчөмдүү кесими катары сакталат. 2-D сүрөт камера окуп жатканда сүрөттүн ар бир бөлүкчөсүн бириктирүү аркылуу түзүлөт. Натыйжадагы сүрөттөлүштөгү пикселдердин ар бир саптары сүрөттөө объектинин бирдей "кесимин" кармайт жана сүрөттөйт, бул кыймылга карабастан, бүдөмүктүк жок дегенди билдирет.
●256x узунураак экспозиция
TDI камералары менен, сүрөттөлүштүн эффективдүү экспозиция убактысы объекттеги бир чекиттин ар бир пикселдик сапты басып өтүү убактысына жараша берилет, кээ бир TDI камераларында 256 стадияга чейин. Бул жеткиликтүү экспозиция убактысы аймакты сканерлөөчү камерага караганда 256 эсе чоңураак дегенди билдирет.
Бул эки өркүндөтүүнүн бирин же экөөнүн тең балансын камсыздай алат. Биринчиден, сүрөт тартуу ылдамдыгын олуттуу жогорулатууга жетишүүгө болот. Аймактык скандоочу камерага салыштырмалуу, сүрөт тартуу объектиси 256 эсе ылдамыраак кыймылдай алат, ошол эле учурда дагы эле бирдей көлөмдөгү сигналды тартып алат, камеранын линия ылдамдыгы жетишерлик ылдам болсо.
Башка жагынан алганда, көбүрөөк сезгичтик талап кылынса, экспозициянын узактыгы алда канча жогорку сапаттагы сүрөттөрдү, жарыктын интенсивдүүлүгүн төмөндөтөт же экөөнү тең иштетиши мүмкүн.
●Тигүүсүз чоң маалымат өткөрүү
TDI камерасы 2 өлчөмдүү сүрөттү ырааттуу 1 өлчөмдүү кесимдерден чыгаргандыктан, алынган сүрөт талап кылынгандай чоң болушу мүмкүн. "Горизонталдык" багыттагы пикселдердин саны камеранын туурасы менен берилсе, мисалы, 9072 пиксель, сүрөттүн "вертикалдык" өлчөмү чексиз жана жөн гана камеранын канча убакыт иштетилгени менен аныкталат. 510 кГц чейин линия ылдамдыгы менен, бул массалык маалымат өткөрүү мүмкүнчүлүгүн бере алат.
Муну менен бирге, TDI камералары абдан кенен көрүнүштөрдү сунуштай алат. Мисалы, 5μm пиксели бар 9072 пикселдик камера горизонталдуу 45мм бийиктикте көрүү талаасын камсыз кылат. 5µm пикселдик аянтты сканерлөө камерасы менен бирдей сүрөттөө кеңдигине жетүү үчүн жанаша үч 4К камерага чейин талап кылынат.
●Скандоочу камералардын үстүнөн жакшыртуулар
TDI камералары аймакты сканерлөөчү камераларга караганда жакшыртууну сунуш кылбайт. Пикселдердин бир сызыгын тартып алган сызыктарды сканерлөөчү камералар, ошондой эле аймакты сканерлөөчү камералар сыяктуу жарыктын интенсивдүүлүгү жана кыска экспозициялар менен бирдей көйгөйлөрдөн жабыркайт.
TDI камералары сыяктуу эле, линиялык скандоочу камералар жөнөкөй орнотуу менен бир калыпта жарыктандырууну сунуштайт жана сүрөттөрдү тигишке муктаж болбостон, алар көбүнчө жогорку сапаттагы сүрөт үчүн жетиштүү сигналды тартуу үчүн өтө интенсивдүү жарыктандырууну жана/же жай кыймылды талап кылышы мүмкүн. TDI камералары иштеткен узак экспозициялар жана тезирээк предметтин ылдамдыгы интенсивдүүлүктүн төмөндөшүн, жарыктандыруунун азыраак чыгымдалышын, ошол эле учурда сүрөт тартуунун натыйжалуулугун жогорулатууну билдирет. Мисалы, өндүрүш линиясы туруктуу кубатты талап кылган, кымбат баалуу, жогорку энергия керектөөчү галогендик лампалардан LED жарыктандырууга өтүшү мүмкүн.
TDI камералары кантип иштейт?
Камера сенсорунда TDI сүрөттөөсүнө кантип жетүүнүн үч жалпы стандарттары бар.
● CCD TDI– CCD камералар санарип камералардын эң эски стили. Алардын электрондук дизайнына байланыштуу, CCD боюнча TDI жүрүм-турумуна жетишүү салыштырмалуу абдан жөнөкөй, көптөгөн камера сенсорлору табиятынан ушундай жол менен иштей алат. Ошондуктан TDI CCDs ондогон жылдар бою колдонулуп келет.
Бирок, CCD технологиясы өзүнүн чектөөлөрү бар. CCD TDI камералары үчүн эң кичине пикселдик өлчөмү 12µm x 12µm айланасында болот – бул кичинекей пикселдердин саны менен бирге камералардын майда деталдарды чечүү мүмкүнчүлүгүн чектейт. Андан тышкары, алуу ылдамдыгы башка технологияларга караганда төмөн, ал эми окуу ызы-чуу – аз жарык сүрөттөөдө негизги чектөө фактору – жогору. Электр энергиясын керектөө да жогору, бул кээ бир колдонмолордо негизги фактор болуп саналат. Бул CMOS архитектурасына негизделген TDI камераларын түзүү каалоосуна алып келди.
●Алгачкы CMOS TDI: Voltage-домен жана санариптик суммалоо
CMOS камералары CCD камераларынын ызы-чуу жана ылдамдык чектөөлөрүнүн көбүн жеңип, азыраак кубаттуулукту колдонуу менен жана кичине пикселдик өлчөмдөрдү сунуштайт. Бирок, CMOS камераларында TDI жүрүм-турумуна жетишүү алардын пикселдик дизайнына байланыштуу бир топ кыйын болгон. ПЗСлар сенсорду башкаруу үчүн фотоэлектрондорду физикалык жактан пикселден пикселге жылдырса, CMOS камералары окууга чейин фотоэлектрондордогу сигналдарды ар бир пикселдеги чыңалууга айлантат.
CMOS сенсорундагы TDI жүрүм-туруму 2001-жылдан бери изилденип келе жатат, бирок экспозиция бир саптан экинчи сапка өткөндө сигналдын "топтолушун" кантип чечүү маселеси олуттуу болгон. Бүгүнкү күндө дагы эле коммерциялык камераларда колдонулуп жаткан CMOS TDIдин эки алгачкы ыкмасы - чыңалуу-домендик топтоо жана санариптик суммалоо TDI CMOS. Чыңалуу-домендик топтоо камераларында сигналдын ар бир сабы сүрөт тартуу объектиси өтүп баратканда алынгандыктан, алынган чыңалуу сүрөттүн ошол бөлүгү үчүн жалпы алууга электрондук түрдө кошулат. Ушундай жол менен чыңалууларды топтоо ар бир кошумча TDI баскычы үчүн кошумча ызы-чуу киргизип, кошумча этаптардын артыкчылыктарын чектейт. Сызыктуулугу менен байланышкан маселелер, ошондой эле так колдонмолор үчүн бул камераларды колдонууга каршы.
Экинчи ыкма - санариптик суммалоо TDI. Бул ыкмада CMOS камерасы аймакты сканерлөө режиминде эффективдүү иштеп жатат, бул сүрөттөлүш объектисинин бир пикселдик сапта жылышына кеткен убакытка дал келген өтө кыска экспозиция. Бирок, ар бир кийинки кадрдын саптары TDI эффектиси жеткирилүүчү жол менен санарип кошулат. Натыйжадагы сүрөттөлүштөгү пикселдердин ар бир сабы үчүн бүт камера окулушу керек болгондуктан, бул санариптик кошуу ар бир катар үчүн окуу ызы-чуусун кошот жана алуу ылдамдыгын чектейт.
●Заманбап стандарт: заряд домендик TDI CMOS, же CCD-on-CMOS TDI
Жогорудагы CMOS TDI чектөөлөрү жакында эле CCD-on-CMOS TDI катары белгилүү болгон заряд-домендик топтоо TDI CMOS киргизүү аркылуу жоюлду. Бул сенсорлордун иштеши [Анимация 1] көрсөтүлгөн. Аты айтып тургандай, бул сенсорлор заряддардын бир пикселден экинчисине CCD сыяктуу кыймылын сунуштайт, ар бир TDI баскычында жеке заряддардын деңгээлине фотоэлектрондорду кошуу аркылуу сигнал топтолот. Бул натыйжалуу ызы-чуу жок. Бирок, CCD TDI чектөөлөрү CMOS окуу архитектурасынын жардамы менен жоюлат, бул CMOS камералары үчүн кеңири таралган жогорку ылдамдыктарды, аз ызы-чууну жана аз энергия керектөөнү камсыз кылат.
TDI спецификациялары: эмне маанилүү?
●Технология:Эң маанилүү фактор - бул жогоруда айтылгандай сенсордук технология колдонулат. Заряддоо доменинин CMOS TDI эң жакшы иштешин камсыздайт.
●TDI этаптары:Бул сигнал топтоло турган сенсордун катарларынын саны. Камеранын TDI баскычтары канчалык көп болсо, анын эффективдүү экспозиция убактысы ошончолук көп болот. Же болбосо, камерада сызык ылдамдыгы жетиштүү болсо, сүрөт тартуу объектиси ошончолук ылдамыраак кыймылдай алат.
●Line Rate:Камера секундасына канча катар окуй алат. Бул камера туруштук бере ала турган кыймылдын максималдуу ылдамдыгын аныктайт.
●Кванттык эффективдүүлүк: Бул камеранын ар кандай толкун узундуктарындагы жарыкка сезгичтигин көрсөтөт, бул окуя болгон фотондун аныкталышы жана фотоэлектронду пайда кылуу ыктымалдыгы менен берилген. Жогорку кванттык эффективдүүлүк жарыктын азыраак күчүн же сигналдын бирдей деңгээлдерин сактоо менен тезирээк иштөөнү сунуштайт.
Кошумчалай кетсек, камералар жакшы сезгичтикке жетүүгө мүмкүн болгон толкун узундуктарынын диапазону боюнча айырмаланат, кээ бир камералар спектрдин ультра кызгылт көк (UV) аягына чейин, 200нм толкун узундугуна чейин сезгичтикти сунуштайт.
●Окуу ызы-чуусу:Окуу ызы-чуусу камеранын сезгичтигинин дагы бир маанилүү фактору болуп саналат, ал камеранын ызы-чуу кабатынан жогору аныктала турган минималдуу сигналды аныктайт. Окуу ызы-чуусу жогору болгондо, караңгы функцияларды аныктоо мүмкүн эмес жана динамикалык диапазон кескин кыскарат, демек, жаркыраган жарыктандыруу же экспозициянын узактыгы жана жайыраак кыймыл ылдамдыгы колдонулушу керек.
TDI спецификациялары: эмне маанилүү?
Азыркы учурда, TDI камералары желе текшерүү, электроника жана өндүрүштүк текшерүү жана башка машина көрүү колдонмолор үчүн колдонулат. Мындан тышкары, флуоресценттик сүрөттөө жана слайддарды сканерлөө сыяктуу аз жарыкта колдонуу кыйын.
Бирок, жогорку ылдамдыктагы, аз ызы-чуу, жогорку сезгичтүү TDI CMOS камераларын киргизүү менен, мурда аймакты сканерлөөчү камералар гана колдонулган жаңы тиркемелерде ылдамдыкты жана натыйжалуулукту жогорулатуу үчүн чоң потенциал бар. Макаланын башында тааныштырганыбыздай, TDI камералары тынымсыз кыймылда турган объектилерди сүрөттөө үчүн же статикалык сүрөттөө объектилери боюнча сканерлөө мүмкүн болгон жерде жогорку ылдамдыкка жана жогорку сүрөт сапаттарына жетүү үчүн эң жакшы тандоо болушу мүмкүн.
Мисалы, микроскопиялык тиркемеде биз 9K пикселдик, 256 баскычтуу TDI камеранын 5 мкм пиксел менен теориялык алуу ылдамдыгын 5 мкм пикселдүү 12 МП камера аймагын сканерлөөчү камера менен салыштырсак болот. Сахнаны жылдыруу аркылуу 20x чоңойтуу менен 10 x 10 мм аянтты алууну карап көрөлү.
1. Аймакты сканерлөөчү камера менен 20x объектисин колдонуу 1,02 x 0,77 мм сүрөт тартуу талаасын берет.
2. TDI камерасы менен, 2x кошумча чоңойтуусу бар 10x объектисин микроскоптун көрүү талаасындагы кандайдыр бир чектөөлөрдү жеңүү үчүн, 2,3 мм горизонталдык сүрөттөө талаасын жеткирүү үчүн колдонсо болот.
3. Тигүү максатында сүрөттөрдүн ортосунда 2% пикселдин дал келиши, сахнаны белгиленген жерге жылдыруу үчүн 0,5 секунд жана 10 мс экспозиция убактысы деп эсептесек, биз аймакты скандоочу камерага кеткен убакытты эсептей алабыз. Ошо сыяктуу эле, биз сахнаны Y багытында сканерлөө үчүн тынымсыз кыймылда кармап турса, TDI камерасынын убактысын эсептей алабыз.
4. Бул учурда, аймакты сканерлөө камерасы 140 сүрөттү талап кылат, ал эми сахнаны жылдырууга 63 секунд сарпталган. TDI камерасы 5 гана узун сүрөттөрдү алат, сахнаны кийинки тилкеге жылдыруу үчүн болгону 2 секунд кетет.
5. 10 х 10 мм аянтын алуу үчүн сарпталган жалпы убакыт болмокАймакты сканерлөө үчүн 64,4 секунд,жана жөн элеTDI камерасы үчүн 9,9 секунд.
Эгер сиз TDI камерасы сиздин колдонмоңузга дал келе аларын жана муктаждыктарыңызды канааттандыра аларын билгиңиз келсе, бүгүн биз менен байланышыңыз.
