XXIII/X/XMora et integratio temporis (TDI, ex Anglico "Time Delay & Integration") est methodus capiendi imagines, quae in principio scansionis linearis fundatur, ubi series imaginum unidimensionalium capitur ad imaginem generandam per tempora motus exempli et capturam segmenti imaginis per incitationem. Quamquam haec technologia iam per decennia exstitit, typice cum applicationibus parvae sensibilitatis, ut inspectione telae, coniuncta est.
Nova camerarum generatio sensibilitatem sCMOS cum celeritate TDI coniunxit ut capturam imaginum pari qualitate ac scansione areae offerat, sed cum potentia celerioris transmissionis ordines magnitudinis. Hoc praesertim manifestum est in condicionibus ubi depictio magnorum exemplorum in condicionibus lucis parvae requiritur. In hac nota technica, describimus quomodo scansio TDI operatur, et tempus capturae imaginis cum comparabili technica scansionis areae magnae, imaginum tile & stitched, comparamus.
A lineae perscrutatione ad TDI
Imago linearis perlustrata est ars imaginandi quae singulam lineam elementorum visualium (columna vel scaena appellatam) ad partem imaginis capiendam utitur dum exemplum in motu est. Mechanismis electricis impulsoriis utens, una "pars" imaginis capitur dum exemplum sensorem transit. Frequentia impulsoris camerae amplificata ad imaginem capiendam congruenter cum motu exempli et instrumento ad captandum imagines utendo, hae imagines consui possunt ad imago reconstruenda.
Imago TDI (Tree-Dial Invention) hoc principio capturae imaginis exempli innititur, sed pluribus gradibus utitur ad numerum photoelectronum captorum augendum. Dum exemplum unumquodque gradum transit, plus informationis colligitur et photoelectronibus iam existentibus, quae a gradibus prioribus capta sunt et, simili processu machinis CCD, miscentur, additur. Dum exemplum gradum ultimum transit, photoelectrona collecta ad lectorem mittuntur, et signum integratum per spatium ad segmentum imaginis generandum adhibetur. In Figura 1, captura imaginis in instrumento cum quinque columnis TDI (gradibus) ostenditur.
Figura 1: exemplum animatum capturae imaginis utens technologia TDI. Exemplum (T caeruleum) per instrumentum capturae imaginis TDI (columna quinque elementorum, quinque stadiis TDI) transmittitur, et photoelectrones in unoquoque stadio capiuntur et ad gradum signi adduntur. Lectio hanc in imaginem digitalem convertit.
1a: Imago (littera T caerulea) in scaenam inducitur; littera T in motu est ut in instrumento demonstratur.
1b: Cum T primum gradum transit, camera TDI excitatur ad photoelectrona recipienda quae a pixelis capiuntur dum primum gradum in sensore TDI attingunt. Quaeque columna seriem pixelorum habet quae singillatim photoelectrona capiunt.
1c: Hae photoelectrones captae ad secundum stadium transferuntur, ubi quaeque columna suum signum ad gradum proximum promovet.
1d: Simul cum motu exemplaris ad spatium unius pixelis, secunda series photoelectronum in gradu secundo capitur, et antea captis additur, signum augens. In gradu primo, nova series photoelectronum capitur, quae proximae parti capturae imaginis respondet.
1e: Processus captationis imaginum, qui in stadio 1d descripti sunt, repetuntur dum imago praeter sensorem movetur. Hoc signum ex photoelectronibus e stadiis creat. Signum in lectorem transmittitur, qui signum photoelectronicum in lectorem digitalem convertit.
1f: Lectio digitalis per columnam imago ostenditur. Hoc reconstructionem digitalem imaginis permittit.
Cum instrumentum TDI simul photoelectrona ex uno gradu in proximum transmittere possit, et nova photoelectrona ex primo gradu capere dum exemplum in motu est, imago in numero ordinum captorum reapse infinita esse potest. Frequentiae incitamentorum, quae numerum vicibus quo imaginum captura (figura 1a) fit determinant, in ordine centenorum kHz esse possunt.
In exemplo Figurae II, lamina microscopii 29 x 17 mm capta est intra 10.1 secundas utens camera TDI 5 µm pixel. Etiam ad gradus zoom significantes, gradus nebulositatis minimus est. Hoc magnum progressum prae prioribus generationibus huius technologiae repraesentat.
Pro pluribus singulis, Tabula 1 tempus repraesentativum imaginandi pro serie magnitudinum exemplorum communium ad zoom 10, 20, et 40x ostendit.
Figura II: Imago speciminis fluorescentis capti per Tucsen 9kTDI. Expositio 10 ms, tempus captionis 10.1 s.
Tabula 1: Matrix temporis capturae variarum magnitudinum exemplorum (secunda) utens camera Tucsen 9kTDI in scaena motorizata Zaber seriei MVR ad 10, 20, et 40x pro tempore expositionis 1 et 10 ms.
Imago explorationis areae
Imago perlustrationis areae in cameris sCMOS totam imaginem simul capere solet utens serie bidimensionali pixelorum. Quisque pixel lucem capit, eam in signa electrica convertens ad processum immediatum et imaginem completam cum alta resolutione et celeritate formans. Magnitudo imaginis quae una expositione capi potest a magnitudine pixeli, amplificatione, et numero pixelorum in serie, per (1)
Pro serie ordinaria, campus visionis datur per (2)
In casibus ubi exemplum nimis magnum est pro campo visionis camerae, imago construi potest dividendo imaginem in reticulum imaginum magnitudinis campi visionis. Captura harum imaginum sequitur exemplar, ubi scaena movetur ad locum in reticulo, scaena quiescit, et deinde imago capitur. In cameris cum obturatore volventi, est tempus exspectationis additum dum obturator rotatur. Hae imagines capi possunt movendo locum camerae et eas consuendo. Figura 3 ostendit imaginem magnam cellulae humanae sub microscopio fluorescenti formatam consuendo 16 imaginum minorum.
Figura 3: Lamina cellulae humanae captae a camera areae perscrutatoriae utens imaginum tessellarum et suturarum.
In genere, ad maiorem subtilitatem resolvendam, plures imagines hoc modo generari et consui postulabit. Una solutio huic est adhibere...inspectionem camerae magni formae, quae sensoria magna cum alto numero elementorum pixellorum, una cum opticis specialibus, habet, quae maiorem copiam singularum rerum capi sinunt.
Comparatio inter TDI et perscrutationem areae (Tile & Stitch)
Ad perscrutationem magnarum arearum exemplorum, et perscrutatio "Tile & Stitch" et perscrutatio "TDI" solutiones aptae sunt, attamen optima methodo eligenda, tempus ad perscrutandum exemplum requisitum insigniter reducere potest. Haec temporis conservatio generatur facultate perscrutationis "TDI" capiendi exemplum mobile; moras removens quae cum stabilizatione scaenae et tempore volubili obturatoris cum imaginibus "Tile & Stitch" coniunguntur.
Figura quarta comparat intervalla (viridia) et motus (lineae nigrae) necessarios ad imaginem cellulae humanae capiendam, tam in exploratione tile & stitch (sinistra) quam in exploratione TDI (dextra). Sublata necessitate sistendi et realineandi imaginem in exploratione TDI, fieri potest ut tempus explorationis significanter minuatur, dummodo tempus expositionis sit <100 ms.
Tabula II exemplum functionale perscrutationis inter TDI 9k et cameram sCMOS ordinariam ostendit.
Figura 4: Motivum explorationis captae cellulae humanae sub fluorescentia ostendens imaginem TDI (sinistram).
Tabula II: Comparatio inter explorationem areae et imaginum TDI pro exemplo 15 x 15 mm cum lente obiectiva 10x et tempore expositionis 10 ms.
Quamquam TDI potentiam miram ad celeritatem imaginum capiendarum augendam offert, usus huius technologiae subtilitates inest. Pro temporibus expositionis altis (>100 ms), momentum temporis amissum in aspectibus motus et stabiliendi inspectionis areae respectu temporis expositionis reducitur. In talibus casibus, camerae inspectionis areae tempora inspectionis minora offerre possunt comparatae cum imaginibus TDI. Ut videas num technologia TDI tibi commoda praebere possit prae configuratione tua praesenti,nobiscum contactum facpro calculatore comparationis.
Aliae applicationes
Multae quaestiones investigationis plus informationis quam unam imaginem requirunt, ut acquisitio imaginum multicanalis vel multifocalis.
Imago multicanalis in camera areae exploratoria imagines capere implicat utens multis longitudinibus undarum simul. Hi canales typice respondent diversis longitudinibus undarum lucis, ut rubro, viridi, et caeruleo. Quisque canalis informationem specificam longitudinis undae vel spectralis ex scaena capit. Camera deinde hos canales coniungit ut imaginem plenocolorem vel multispectralem generet, praebens visionem scaenae pleniorem cum distinctis particularibus spectralibus. In cameris areae exploratoriis, hoc per expositiones discretas efficitur, tamen, cum imagine TDI, divisor adhiberi potest ad sensorem in partes multiplices separandum. Divisio 9kTDI (45 mm) in sensores 3 x 15.0 mm adhuc maior erit quam sensoris normalis (latitudo pixel 6.5 µm, 2048 pixel) latitudo 13.3 mm. Praeterea, cum TDI tantum illuminationem in parte exempli imaginandi requirat, explorationes celerius cyclari possunt.
Alia area ubi hoc fieri potest est in imaginibus multifocalibus. Imago multifocalis in cameris areae perscrutantibus implicat plures imagines ad diversas distantias focales capere et eas miscere ad imaginem compositam cum tota scena in foco acuto creandam. Distantias varias in scena tractat per analysin et combinationem regionum in foco ex unaquaque imagine, quod efficit repraesentationem imaginis accuratiorem. Iterum, utendo...divisorUt sensorem TDI in duas partes (22.5 mm) vel tres (15.0 mm) dividatur, fieri potest ut imago multifocalis celerius quam per aequivalentem explorationem areae obtineatur. Attamen, pro multifocali altioris ordinis (z acervi 6 vel maiores), exploratio areae verisimiliter celerrima methodus imaginandi manebit.
Conclusiones
Haec nota technica differentias inter perscrutationem areae et technologiam TDI ad perscrutationem areae magnae delineat. Coniungendo perscrutationem linearem et sensibilitatem sCMOS, TDI imagines celeres et altae qualitatis sine interruptionibus efficit, methodos traditionales perscrutationis areae sicut "tile & stitch" superans. Aestima commoda utendi calculatore nostro interretiali, considerando varias suppositiones in hoc documento delineatas. TDI instrumentum potens ad perscrutationem efficientem cum magno potentiale ad tempora perscrutationis reducenda in technis perscrutationis tam communibus quam provectis eminet.Si videre vis utrum camera TDI an camera areae perscrutatoriae applicationi tuae convenire et tempus capturae emendare possit, hodie nobiscum contactum fac.
