XXV/VIII/VIIIIn imaginibus industrialibus et scientificis, res celeriter moventes sub condicionibus lucis obscurae capere perpetuum impedimentum praebet. Hic camerae Integrationis Morae Temporis (TDI) interveniunt. Technologia TDI synchronizationem motus et expositiones multiplices coniungit ut sensibilitatem et claritatem imaginis exceptionalem praebeat, praesertim in ambitu celerrimo.
Quid est camera TDI?
Camera TDI est camera linearis perlustrationis specialis quae imagines rerum moventium capit. Dissimiles cameris areae perlustrationis communibus quae totam imaginem simul exponunt, camerae TDI vim electricam ab una serie pixelorum ad alteram transferunt in synchronia cum motu rei. Quaeque series pixelorum lucem accumulat dum res movetur, tempus expositionis efficaciter augens et vim signalis amplificans sine motu obscuro inducendo.
Haec integratio electricitatis rationem signi ad strepitum (SNR) insigniter auget, ita cameras TDI aptas reddens ad applicationes altae celeritatis vel lucis deminutae.
Quomodo camera TDI operatur?
Operatio camerae TDI in Figura 1 illustratur.
Figura 1: Operatio sensorum Integrationis Morae Temporis (TDI)
NOTA: Camerae TDI onera acquisita per plura "grada" movent, synchrone cum subiecto imaginario mobili. Quaeque gradus occasionem additam praebet ut luci exponatur. Illustratur per "T" lucidum per cameram moventem, cum segmento quinque columnarum per quinque gradus sensoris TDI. Tucsen Dhyana 9KTDI cum motu onerationis hybrido CCD sed lectione parallela CMOS.
Camerae TDI reapse camerae lineares perscrutantur, una distinctione magni momenti: loco unius ordinis pixellorum notitias acquirentium dum camerae per subiectum imaginarium perscrutantur, camerae TDI plures ordines habent, "gradus" appellatos, usque ad typice 256.
Hae autem series imaginem bidimensionalem non formant, sicut camera areae perscrutandae. Potius, dum subiectum imaginans per sensorem camerae movetur, photoelectrones detecti intra unumquemque pixelum ad seriem sequentem, synchrone cum motu subiecti imaginantis, moventur, nondum lecti. Quaeque series addita deinde occasionem additam praebet ut subiectum imaginans luci exponatur. Tantum cum pars imaginis ad ultimam seriem pixelorum sensoris pervenit, series illa ad architecturam lectionis ad mensurationem transmittitur.
Ergo, quamvis multae mensurae per gradus camerae fiunt, una tantum instantia strepitus lectionis camerae inducitur. Camera TDI 256 graduum specimen in conspectu 256 vicibus diutius tenet, et proinde tempus expositionis 256 vicibus longius quam camera aequivalens lineae perscrutationis habet. Tempus expositionis aequivalens cum camera areae perscrutationis nebulam motus extremam produceret, imaginem inutilem reddens.
Quando TDI adhiberi potest?
Camerae TDI optima solutio sunt ad quamlibet applicationem imaginandi ubi subiectum imaginandum in motu est relative ad cameram, dummodo motus sit uniformis per totum prospectum camerae.
Applicationes igitur imaginum TDI includunt, ex una parte, omnes eas quae ad lineam perscrutandam pertinent, ubi imagines bidimensionales formantur, dum celeritates maiores, sensibilitatem in luce deminuta multo emendatam, qualitatem imaginis meliorem, vel omnia tria simul afferunt. Ex altera parte, multae sunt artes imaginum quae cameras areae perscrutationis utuntur, ubi camerae TDI adhiberi possunt.
Pro sCMOS TDI altae sensibilitatis, imago 'tile and suture' in microscopia biologica fluorescentiae fieri potest utens continua exploratione scaenae loco tessellationis. Vel omnis TDI apta esse potest ad applicationes inspectionis. Alia applicatio magni momenti pro TDI est cytometria fluxus imaginandi, ubi imagines fluorescentiae cellularum acquiruntur dum per cameram transeunt dum per canalem microfluidicum fluunt.
Pro et Contra sCMOS TDI
Pros
● Imagines bidimensionales magnitudinis arbitrariae celeritate magna capere potest dum per subiectum imaginarium perlustrat.
● Plures gradus TDI, strepitus humilis, et QE altus ad sensibilitatem multo maiorem quam camerae lineares perscrutationis ducere possunt.
● Celeritates lectionis altissimae attingi possunt, exempli gratia, usque ad 510 000 Hz (lineas per secundum), pro imagine 9 072 pixelorum lata.
●Illuminatio tantum unidimensionalis esse debet nec ullas correctiones campi plani vel alias in secunda dimensione (perlustrata) requirere potest. Praeterea, tempora expositionis longiora comparata cum perlustratione lineari scintillationem "leniorem" facere possunt propter fontes lucis alternantes (AC).
● Imagines mobiles sine nebula motus et magna celeritate ac sensibilitate acquiri possunt.
●Magnas areas perscrutari potest multo celerius quam cameras areae perscrutatrices.
● Programmatibus provectis vel configurationibus incitamentis, modus 'similis perscrutationis areae' conspectum perscrutationis areae ad focum et ordinationem praebere potest.
Contra
● Sonitus adhuc maior quam camerarum sCMOS usitatarum, quod significat applicationes in luce deminutissima extra attingi posse.
● Requirit apparatus speciales cum impulsionibus provectis ad synchronizandum motum subiecti imaginandi cum perlustratione camerae, moderatione subtilissima celeritatis motus, vel praedictione accurata celeritatis ad synchronizationem efficiendam.
● Cum nova technologia sit, paucae solutiones ad apparatum et programmata implementanda nunc exstant.
sCMOS TDI aptus luce deminuta
Quamquam TDI, ut ars imaginum, imagines digitales antecedit, et iamdudum lineae perscrutationis effectu superavit, solum his annis proximis camerae TDI sensibilitatem adeptae sunt quae necessaria erat ad applicationes in luce tenui attingendas, quae normaliter sensibilitatem scientificae qualitatis requirerent.Camerae sCMOS.
'sCMOS TDI' motum electricorum trans sensorem, similem CCD, cum lectione simili sCMOS coniungit, sensoribus retroilluminatis praesto. Priores camerae TDI, quae CCD vel pure CMOS* fundatae sunt, lectionem multo lentiorem, numerum elementorum pixelorum minorem, stadia pauciora, et strepitum lectionis inter 30e- et >100e- habebant. Contra, sCMOS TDI, ut Tucsen...Camera Dhyana 9KTDI sCMOSPraebet strepitum lectionis 7.2e-, cum efficacia quantica altiore per illuminationem retrorsum coniunctum, usum TDI in applicationibus lucis gradus multo inferioris quam antea fieri potuit permittens.
In multis applicationibus, longiora tempora expositionis per processum TDI permissa plus quam compensare possunt augmentum strepitus lectionis comparatis cum cameris sCMOS areae-scan altae qualitatis cum strepitu lectionis prope 1e-.
Usus Communes Camerarum TDI
Camerae TDI in multis industriis inveniuntur ubi praecisio et celeritas aeque necessariae sunt:
● Inspectio crustularum semiconductorum
● Examinatio monitoris plani (FPD)
● Inspectio telae (charta, pellicula, lamina metallica, textilia)
● Radiographia in diagnostica medica vel inspectione sarcinarum
● Scrutatio laminarum et laminarum multiputulorum in pathologia digitali
● Imago hyperspectralis in teledetectione vel agricultura
● Inspectio PCB et electronicorum in lineis SMT
Hae applicationes utilitatem habent ex aucto contrasto, celeritate, et claritate quas imagines TDI sub condicionibus mundi realis praebent.
Exemplum: Scrutatio Laminarum et Laminarum Multi-Puteorum
Ut dictum est, una applicatio magni momenti pro cameris sCMOS TDI est consutura, inter quas est perscrutatio laminarum vel laminarum multi-puteorum. Perscrutatio magnorum exemplorum microscopiae fluorescentis vel campi clari cum cameris bidimensionalibus nititur consutura reticuli imaginum ex motibus multiplicibus scaenae microscopii XY formati. Quaeque imago requirit ut scaena sistat, conquiescat, deinde denuo incipiat, una cum quavis mora obturatoris volventis. TDI, contra, imagines acquirere potest dum scaena in motu est. Imago deinde formatur ex parvo numero longarum "fasciarum", quarum unaquaeque totam latitudinem exempli tegit. Hoc potentialiter ad celeritates acquisitionis et transmissionem datorum valde maiores in omnibus applicationibus consuturae ducere potest, secundum condiciones imaginum.
Celeritas qua scaena moveri potest inverse proportionalis est tempori expositionis totali camerae TDI, ita tempora expositionis brevia (1-20ms) maximam emendationem in celeritate imaginum praebent comparata cum cameris areae perscrutantibus, quod deinde ad ordinem magnitudinis vel maiorem reductionem in tempore acquisitionis totali ducere potest. Pro temporibus expositionis longioribus (e.g. > 100ms), area perscrutatio plerumque commodum temporis retinere potest.
Exemplum imaginis microscopicae fluorescentiae permagnae (2 Gigapixel) intra decem tantum secundas formatae in Figura 2 monstratur. Imago aequivalens camera areae perscrutatoriae formata usque ad aliquot minuta exspectari potest.
Figura II: Imago 2 Gigapixelorum per TDI scanning et stitching intra decem secundas formata.
NOTA: Imago magnificationis decies maioris, acquisita per Tucsen Dhyana 9kTDI, punctorum calami illuminatoris microscopio fluorescenti inspectorum. Acquisita decem secundis utens tempore expositionis 3.6 ms. Dimensiones imaginis: 30mm x 17mm, 58 000 x 34 160 elementa elementaria.
Synchronizatio TDI
Synchronizatio camerae TDI cum subiecto imaginante (ad paucos centesimas) essentialis est – discrepantia velocitatis effectum "motus nebulositatis" efficiet. Haec synchronizatio duobus modis fieri potest:
PraedictivusCeleritas camerae ad celeritatem motus congruere constituitur, secundum cognitionem celeritatis motus exempli, opticae (amplificationis), et magnitudinis pixelorum camerae. Vel per tentationem et errorem.
ImpulsusMultae scaenae microscopicae, portae, et alia instrumenta ad res imaginandas movendas codificatores includere possunt qui impulsum ad cameram pro data distantia motus mittunt. Hoc permittit scaenam/portam et cameram synchronas manere, celeritate motus non obstante.
Camerae TDI contra Cameras Lineares et Areales
Ecce quomodo TDI cum aliis technologiarum imaginum popularibus comparatur:
| Characteristica | Camera TDI | Camera Linearis Perscrutationis | Camera Areae Scrutatoriae |
| Sensibilitatem | Altissima | Medium | Humilis ad Medium |
| Qualitas Imaginis (motus) | Excellens | Bonus | Nebulosus celeritatibus magnis |
| Requisita Illuminationis | Humilis | Medium | Altus |
| Compatibilitas Motus | Excellens (si synchronizatur) | Bonus | Pauper |
| Optimum Pro | Celeritas magna, lux parva | Obiecta celeriter moventia | Scaenae staticae vel tardae |
TDI est electio manifesta cum scena celeriter movetur et gradus lucis limitati sunt. Scrutatio linearis gradum deteriorem in sensibilitate significat, dum scrutatio areae melior est pro configurationibus simplicibus vel stationariis.
Eligenda Recta Camera TDI
Cum cameram TDI eligis, haec considera:
● Numerus stadiorum TDI: Plura stadia SNR augent, sed etiam sumptum et complexitatem.
● Genus sensoris: sCMOS propter celeritatem et strepitum humilem praefertur; CCD fortasse adhuc aptus est quibusdam systematibus vetustioribus.
● Interfacies: Compatibilitatem cum systemate tuo cura — Camera Link, CoaXPress, et 10GigE optiones communes sunt, 100G CoF et 40G CoF ut novae inclinationes emerserunt.
● Responsio spectralis: Elige inter monochromum, coloratum, vel prope infrarubrum (NIR) secundum necessitates applicationis.
● Optiones synchronizationis: Quaerite proprietates sicut ingressus codificatoris vel subsidium impulsorum externorum ad meliorem ordinationem motus.
Si usus tuus delicatas biologicas exempla, inspectionem celerem, aut ambitus lucis tenuis complectitur, sCMOS TDI verisimiliter aptior est.
Conclusio
Camerae TDI evolutionem potentem in technologia imaginum repraesentant, praesertim cum sensoribus sCMOS constructae sunt. Synchronizando motus cum integratione multilineari, sensibilitatem et claritatem incomparabilem pro scenis dynamicis et in luce deminuta offerunt.
Sive crustas inspicis, sive laminas perscrutaris, sive inspectiones celerrimas facis, intellegere quomodo TDI operatur te adiuvare potest ut optimam solutionem inter eligas.camerae scientificaepro difficultatibus tuis imaginandi.
Quaestiones Frequentes
Possuntne camerae TDI in modo perscrutationis areae operari?
Camerae TDI imagines bidimensionales (tenuissimas) in modo 'scansionis areae' creare possunt, per artificium temporis sensorii effectum. Hoc utile esse potest ad opera qualia sunt focus et ordinatio.
Ad incipiendam "expositionem perlustrationis areae", sensor primum "purgatur" TDI promovendo saltem tot gradus quot camera gradus habet, quam celerrime fieri potest, deinde sistendo. Hoc vel per imperium programmatis vel per impulsum apparati efficitur, et idealiter in tenebris perficitur. Exempli gratia, camera 256 graduum saltem 256 lineas legere debet, deinde sistere. Hae 256 lineae datorum abjiciuntur.
Dum camera non incitatur nec lineae leguntur, sensorium se gerit sicut sensorium areae perscrutationis imaginem exponens.
Tempus expositionis desideratum deinde camera otiosa transire debet, antequam iterum camera saltem suo numero graduum progrediatur, singulas lineas imaginis modo captae legens. Iterum, idealiter haec phasis 'lectionis' in tenebris fieri debet.
Haec ars repeti potest ut "praevisio viva" vel series imaginum perscrutationis areae cum minima distortione et nebulositate ex operatione TDI praebeatur.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Omnia iura reservantur. Cum citas, fontem agnosce quaeso:www.tucsen.com
