XXII/VII/XIIIIntegratio Morae Temporis (TDI) est ars imaginum quae ante imagines digitales exstat – sed quae adhuc ingentia commoda in acie imaginum hodiernarum praebet. Duae sunt condiciones in quibus camerae TDI excellere possunt – utraque cum subiectum imaginum in motu est:
1 – Subiectum imaginans natura sua in motu est cum velocitate constanti, ut in inspectione telae (sicut perscrutatio foliorum mobilium chartae, plasticae vel textili ad defectus et damna adhibita), linee constructionis, vel microfluidica et fluxus fluidorum.
2 – Imagines fixae rerum quae a camera de loco in locum mota, sive subiecto sive camera movente, imaginari possent. Exempla includunt inspectionem laminarum microscopii, inspectionem materiarum, inspectionem tabulae planae, etc.
Si utraque harum rerum ad imagines tuas pertinere potest, haec pagina interretialis te adiuvabit ad considerandum utrum transitus a cameris bidimensionalibus conventionalibus 'area scan' ad cameras Line Scan TDI imagines tuas amplificare possit.
Problema cum Area-Scan et Mobilibus Scopis
● Nebula Motus
Quaedam res imaginariae necessario moventur, exempli gratia in fluxu fluidorum vel inspectione telarum. In aliis applicationibus, ut in inspectione laminarum et inspectione materiarum, rem in motu tenere potest esse multo celerius et efficacius quam motum sistere pro singulis imaginibus acquisitis. Attamen, in cameris areae perscrutantibus, si res imaginaria in motu est respectu camerae, hoc potest esse difficile.
Imbructio motus imaginem vehiculi moventis distorquens
In condicionibus ubi illuminatio limitata est vel ubi qualitates imaginis altae requiruntur, longum tempus expositionis camerae fortasse desiderabitur. Attamen motus subiecti lucem suam per plures pixeles camerae durante expositione diffundet, quod ad "neglectationem motus" ducit. Hoc minui potest expositiones brevissimas servando – infra tempus quod punctum in subiecto pixelem camerae percurrere requireret. Hoc est...unplerumque detrimento imaginum obscurarum, strepentiarum, saepe inutilium.
●Sutura
Praeterea, typice, imagines magnas vel continuas ad subiecta photographica cum cameris areae perscrutandi requirunt acquisitionem plurium imaginum, quae deinde consuuntur. Haec consutio requirit pixelorum inter imagines vicinas superpositionem, efficientiam minuens et necessitates repositionis et processus datorum augens.
●Illuminatio inaequalis
Accedit quod illuminatio raro satis aequa erit ad vitanda problemata et artefacta in marginibus inter imagines consutas. Praeterea, ad illuminationem praebendam super aream satis magnam pro camera areae-scan cum satis intensa saepe requiritur usus fontium lucis DC magnae potentiae et magni pretii.
Illuminatio inaequalis in consutura acquisitionis multi-imaginum cerebri muris. Imago ex Watson et aliis 2017: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0180486
Quid est camera TDI, et quomodo iuvat?
In cameris conventionalibus bidimensionalibus perlustrantibus areae, tres phases acquirendi imaginem sunt: refectio pixelorum, expositio, et lectio. Per expositionem, photona ex scaena deteguntur, photoelectrona efficientia, quae in pixelis camerae usque ad finem expositionis servantur. Valores ex quolibet pixelo deinde leguntur, et imago bidimensionalis formatur. Pixeles deinde reficiuntur et omnes onera purgantur ut proxima expositionis incipiatur.
Attamen, ut dictum est, si subiectum imaginatum relative ad cameram movetur, lux a subiecto per plures pixeles durante hac expositione diffundi potest, quod ad nebulam motus ducit. Camerae TDI hanc limitationem superant utentes arte nova. Hoc demonstratur in [Animatione 1].
●Quomodo Camerae TDI Operantur
Camerae TDI modo fundamentaliter diverso a cameris areae perscrutantibus operantur. Dum subiectum imaginans per cameram movetur durante expositione, onera electronica quae imaginem acquisitam constituunt etiam moventur, synchrona manentes. Durante expositione, camerae TDI omnes onera acquisita ex uno ordine pixelorum ad proximum, per cameram, miscere possunt, synchronizata cum motu subiecti imaginantis. Dum subiectum per cameram movetur, unumquodque ordinem (quod "Stage TDI" appellatur) novam occasionem praebet ad cameram subiecto exponendam et signum accumulandum.
Postquam series electricitatum acquisitarum finem camerae attingit, tum demum valores leguntur et tamquam pars unidimensionalis imaginis servantur. Imago bidimensionalis formatur per cohaerentiam cuiusque partis imaginis successivae dum camera eas legit. Quaeque series elementorum elementarium in imagine resultante eandem "partem" subiecti imaginati sequitur et repraesentat, quod significat, quamvis motus sit, nullam nebulam esse.
●Expositio 256x Diuturnior
Cum cameris TDI, tempus expositionis effectivum imaginis datur toto tempore quod punctum in subiecto requirit ut per omnem seriem pixelorum transeat, cum usque ad 256 gradus in quibusdam cameris TDI praesto sint. Hoc significat tempus expositionis praesto esse effective 256 vicibus maius quam camera areae perscrutatoriae assequi posset.
Hoc utrumque ex duobus emendationibus, vel aequilibrium utriusque, afferre potest. Primo, celeritas imaginum significanter aucta obtineri potest. Comparata cum camera areae perscrutatoriae, subiectum imaginum capiens usque ad 256 vicibus celerius moveri potest, eadem quantitate signi adhuc capta, dummodo celeritas linearis camerae satis celeris sit ad parem progressum consequendum.
Contra, si maior sensibilitas requiritur, longius tempus expositionis imagines multo altioris qualitatis, minorem intensionem illuminationis, vel utrumque permittere potest.
●Magna translatio datorum sine sutura
Cum camera TDI imaginem bidimensionalem ex successivis segmentis unidimensionalibus producat, imago resultans tanta magnitudine requiritur. Cum numerus elementorum elementarium (pixelorum) in directione 'horizontali' a latitudine camerae detur, exempli gratia 9072 elementa, magnitudo 'verticalis' imaginis infinita est, et simpliciter a tempore quo camera operatur determinatur. Cum celeritatibus linearum usque ad 510kHz, hoc ingentem transmissionem datorum praebere potest.
Cum hoc coniunctum, camerae TDI campos visionis amplissimos praebere possunt. Exempli gratia, camera 9072 pixellorum cum pixellis 5µm campum visionis horizontalem 45mm cum alta resolutione praebet. Ad eandem latitudinem imaginis cum camera scanning areae pixellorum 5µm obtinendam, usque ad tres cameras 4K iuxta se positas requirerentur.
●Meliorationes super cameras lineares perscrutationis
Camerae TDI non solum meliorationes prae cameras areae perscrutatorias offerunt. Camerae lineares perscrutatoriae, quae unam tantum lineam elementorum imaginum capiunt, etiam multis eisdem difficultatibus cum intensitate illuminationis et brevibus expositionibus ac camerae areae perscrutatoriae laborant.
Quamquam, sicut camerae TDI, camerae lineares perlustrantes illuminationem aequabiliorem cum simpliciori configuratione offerunt, et necessitatem consuendi imagines vitant, saepe illuminationem vehementem et/vel motum tardum subiecti requirere possunt ut satis signi pro imagine altae qualitatis capiant. Expositiones longiores et celeriores subiecti celeriores, quas camerae TDI permittunt, significant illuminationem minorem intensitatem et minorem pretium adhiberi posse, dum efficientiam imaginum augemus. Exempli gratia, linea productionis fortasse a luminibus halogenis magni pretii et magnae potentiae consumptionis, potentiam continuam requirentibus, ad illuminationem LED transire poterit.
Quomodo camerae TDI operantur?
Tres normae communes sunt quomodo imaginem TDI in sensore camerae obtinere.
● CCD TDI– Camerae CCD sunt vetustissimus generis camerarum digitalium. Ob consilium electronicum, effectum TDI in CCD assequi est comparative facillimum, cum multi sensores camerarum hoc modo naturaliter operari possint. CCD TDI igitur per decennia in usu fuerunt.
Technologia CCD tamen suas limitationes habet. Minima magnitudo pixelorum quae vulgo pro cameris CCD TDI praesto est circa 12µm x 12µm est – hoc, una cum numero pixelorum parvo, facultatem camerarum ad subtilitates resolvendas limitat. Accedit quod celeritas acquisitionis inferior est quam in aliis technologiis, dum strepitus lectionis – factor limitans magnus in imaginibus sub luce deminuta – altus est. Consumptio energiae etiam alta est, quod factor magnus est in quibusdam applicationibus. Hoc ad desiderium creandi cameras TDI in architectura CMOS fundatas duxit.
●CMOS TDI primaeva: dominii tensionis et summatio digitalis
Camerae CMOS multas limitationes strepitus et celeritatis camerarum CCD superant, dum minus potentiae utuntur et minores magnitudines pixelorum offerunt. Attamen, habitus TDI multo difficilius erat in cameris CMOS assequi, propter designum pixelorum. Dum CCD photoelectrona physice movent ab uno pixelo ad alterum ad sensorem administrandum, camerae CMOS signa in photoelectronibus in tensiones in unoquoque pixelo convertunt ante lectionem.
Modus TDI in sensore CMOS iam ab anno 2001 exploratus est, sed magna difficultas erat quomodo "accumulationem" signi tractare, dum expositio ab una serie ad alteram movetur. Duae methodi priores pro CMOS TDI, quae adhuc in cameris commercialibus hodie adhibentur, sunt accumulatio in dominio tensionis et summatio digitalis TDI CMOS. In cameris accumulationis in dominio tensionis, cum quaeque series signi acquiritur dum subiectum imaginans praeterit, tensio acquisita electronice additur acquisitioni totali pro illa parte imaginis. Accumulatio tensionum hoc modo strepitum additum inducit pro quolibet gradu TDI addito, quod utilitates graduum additorum limitat. Quaestiones linearitatis etiam usum harum camerarum ad applicationes accuratas impediunt.
Altera methodus est summatio digitalis TDI. Hac methodo, camera CMOS efficaciter in modo explorationis areae operatur cum brevissima expositione congruente tempore quo subiectum imaginatum per singulam seriem pixelorum movetur. Sed series ex unoquoque quadro successivo digitaliter adduntur ita ut effectus TDI producatur. Cum tota camera pro unoquoque ordine pixelorum in imagine resultante legi debeat, haec additio digitalis etiam strepitum lectionis pro unoquoque ordine addit et celeritatem acquisitionis limitat.
●Norma moderna: CMOS TDI cum dominio electrico, vel CCD-in-CMOS TDI
Limitationes CMOS TDI supra nuper superatae sunt per introductionem accumulationis dominii oneris TDI CMOS, etiam CCD-on-CMOS TDI appellati. Operatio horum sensorum in [Animatione 1] demonstratur. Ut nomen indicat, hi sensores motum oneris similem CCD ab uno pixello ad proximum offerunt, signum in singulis gradibus TDI accumulando per additionem photoelectronum in gradu singularum oneris. Hoc reapse sine strepitu est. Attamen limitationes CCD TDI superantur per usum architecturae lectionis CMOS, quae celeritates altas, strepitum humilem et consumptionem energiae humilem, communes cameris CMOS, efficit.
Specificationes TDI: quid interest?
●Technologia:Gravissimum momentum est qualis technologia sensoria adhibeatur, ut supra dictum est. CMOS TDI in dominio electrico optimam efficaciam praestabit.
●Gradus TDI:Hic est numerus ordinum sensoris per quos signum accumulari potest. Quo plura gradus TDI camera habet, eo longius tempus expositionis effectivae esse potest. Vel, eo celerius subiectum imaginatum moveri potest, dummodo camera satis celeritatis linearis habeat.
●Frequentia Lineae:Quot ordines camera per secundum legere potest. Hoc maximam celeritatem motus quam camera sustinere potest determinat.
●Efficacia QuantisticaHoc indicat sensibilitatem camerae ad lucem in diversis longitudinibus undarum, datam probabilitate photonis incidentis detegendi et photoelectronis producendi. Efficientia quantica maior potest offerre minorem vim illuminationis, vel operationem celeriorem, dum eadem signa servantur.
Praeterea, camerae differunt in ambitu longitudinis undae ad quod bona sensibilitas obtineri potest, quibusdam cameris sensibilitatem usque ad finem ultravioletum (UV) spectri, circa longitudinem undae 200nm, offerentibus.
●Lege Strepitum:Strepitus lectionis est alter factor significans in sensibilitate camerae, signum minimum quod supra limitem strepitus camerae detegi potest determinans. Cum strepitu lectionis alto, lineamenta obscura detegi non possunt et ambitus dynamicus graviter reducitur, quod significat illuminationem clariorem vel tempora expositionis longiora et celeritates motus tardiores adhibendas esse.
Specificationes TDI: quid interest?
Camerae TDI hodie ad inspectionem telarum, inspectionem electronicarum et fabricationis, aliasque applicationes visionis machinalis adhibentur. Una cum his, applicationes difficiles in luce tenui, ut imagines fluorescentes et inspectio laminarum, adhibentur.
Attamen, cum introductione camerarum CMOS TDI celeritatis magnae, strepitus humilis, et sensibilitatis magnae, magnum potentiale est ad celeritatem et efficaciam augendas in novis applicationibus quae antea tantum cameras perscrutationis areae utebantur. Ut initio articuli introduximus, camerae TDI optima electio esse possunt ad celeritates magnas et qualitates imaginum altas assequendas, sive pro subiectis iam in motu continuo imaginandis, sive ubi camera per subiecta statica imaginandi perscrutari potest.
Exempli gratia, in applicatione microscopiae, celeritatem acquisitionis theoreticam camerae TDI 9K pixellorum, 256 scaenae cum pixellis 5 µm cum camera areae scan camerae 12MP cum pixellis 5 µm comparare possemus. Examinemus acquisitionem areae 10 x 10 mm cum magnificatione 20x per motum scaenae.
1. Obiecto 20x cum camera areae perscrutatoriae adhibito, campus visionis 1.02 × 0.77 mm obtinebitur.
2. Cum camera TDI, obiectivum 10x cum amplificatione 2x addita adhiberi potest ad quamlibet limitationem in campo visionis microscopii superandam, ut campus visionis horizontalis imaginandi 2.3mm praebeatur.
3. Si inter imagines ad consuendum 2% inter se superponantur, si 0.5 secunda ad scaenam ad locum definitum movendam requirantur, et si tempus expositionis 10ms requiratur, tempus computare possumus quod camera ad aream perscrutandam requireret. Similiter, tempus computare possumus quod camera TDI requireret si scaena in motu continuo maneret ad inspiciendum in directionem Y, eodem tempore expositionis per lineam.
4. Hoc in casu, camera areae perscrutatoriae 140 imagines acquirendas requireret, cum 63 secundis in movendo scaena consumptis. Camera TDI tantum 5 imagines longas acquireret, cum tantum 2 secundis in movendo scaena ad columnam sequentem consumptis.
5. Tempus totum in acquirenda area 10 × 10 mm insumptum esset64.4 secunda pro camera areae perscrutatoria,et modo9.9 secunda pro camera TDI.
Si videre vis num camera TDI applicationi tuae convenire et necessitatibus tuis satisfacere possit, hodie nobiscum scribe.
