23/10/10Zäitverzögerung & Integratioun (TDI) ass eng Method fir Bildopnam, déi um Prinzip vum Linnenscannen baséiert, wou eng Serie vun eendimensionalen Biller opgeholl gëtt, fir e Bild ze generéieren, andeems d'Bewegung vun der Prouf getimt gëtt an d'Bildschnëttopnam duerch Ausléiser gemaach gëtt. Obwuel dës Technologie et schonn zënter Joerzéngten gëtt, gëtt se typescherweis mat Uwendungen mat gerénger Empfindlechkeet, wéi z. B. Netzinspektioun, a Verbindung bruecht.
Eng nei Generatioun vu Kameraen huet d'Sensibilitéit vum sCMOS mat der Geschwindegkeet vum TDI kombinéiert, fir eng Bildopnam vun der selwechter Qualitéit wéi e Flächescan ze bidden, awer mat dem Potenzial fir eng Gréisstenuerdnung méi séier Duerchgangsquote. Dëst ass besonnesch evident a Situatiounen, wou d'Bildgebung vu grousse Proben a schlecht beliichte Konditioune erfuerderlech ass. An dëser technescher Notiz beschreiwe mir, wéi den TDI-Scan funktionéiert, a vergläichen d'Bildopnamzäit mat enger vergläichbarer grousser Flächescantechnik, der Tile & Stitch-Imaging.
Vum Linescanning bis zum TDI
Line Scan Imaging ass eng Bildgebungstechnik, déi eng eenzeg Linn vu Pixelen (déi als Kolonn oder Bühn bezeechent ginn) benotzt, fir e Stéck vun engem Bild ze maachen, während eng Prouf a Bewegung ass. Mat Hëllef vun elektreschen Triggermechanismen gëtt e Stéck vun engem Bild gemaach, während d'Prouf de Sensor passéiert. Andeems d'Kamera-Triggerrate skaléiert gëtt, fir d'Bild am Aklang mat der Proufbewegung opzehuelen, an e Frame Grabber benotzt gëtt, fir dës Biller opzehuelen, kënne se zesummegesat ginn, fir d'Bild ze rekonstruéieren.
TDI-Bildgebung baséiert op dësem Prinzip vun der Bildopnam vun enger Prouf, benotzt awer verschidde Stufen fir d'Zuel vun den opgehollene Photoelektrone ze erhéijen. Wann d'Prouf all Stuf passéiert, gëtt méi Informatioun gesammelt an zu den existente Photoelektrone bäigefüügt, déi vu fréiere Stufen opgeholl a gemëscht goufen an engem ähnleche Prozess wéi CCD-Geräter. Wann d'Prouf iwwer déi lescht Stuf geet, ginn déi gesammelt Photoelektrone un en Auslieser geschéckt, an dat integréiert Signal iwwer de ganze Beräich gëtt benotzt fir e Bildschnëtt ze generéieren. An der Figur 1 gëtt d'Bildopnam op engem Apparat mat fënnef TDI-Sailen (Stufen) gewisen.
Figur 1: en animéiert Beispill vun der Bildopnam mat TDI-Technologie. Eng Prouf (bloen T) gëtt iwwer en TDI-Bildopnamgerät (eng Kolonn vu 5 Pixel, 5 TDI-Stufen) geleet, an an all Stuf ginn Photoelektrone gefaange geholl an dem Signalniveau bäigefüügt. Eng Ausliesung konvertéiert dëst an en digitalt Bild.
1a: D'Bild (e bloen T) gëtt op d'Bühn agefouert; den T ass a Bewegung, wéi um Apparat gewisen.
1b: Wann den T déi éischt Stuf passéiert, gëtt d'TDI-Kamera ausgeléist fir Photoelektrone z'akzeptéieren, déi vun de Pixelen agefaange ginn, soubal se déi éischt Stuf um TDI-Sensor treffen. All Kolonn huet eng Serie vu Pixelen, déi Photoelektrone individuell ophuelen.
1c: Dës agefaange Photoelektrone ginn an déi zweet Stuf geréckelt, wou all Kolonn hiren Signalniveau op déi nächst Stuf dréckt.
1d: Am Zäitraum mat der Beweegung vun der Prouf iwwer eng Pixeldistanz gëtt an der zweeter Etapp en zweete Set vu Photoelektrone festgehalen an zu de virdru festgehalene bäigefüügt, wouduerch de Signal erhéicht gëtt. An der éischter Etapp gëtt en neie Set vu Photoelektrone festgehalen, deen dem nächste Stéck vun der Bildopnam entsprécht.
1e: D'Bildopnahmprozesser, déi an der Etapp 1d beschriwwe sinn, ginn widderholl, während d'Bild laanscht de Sensor beweegt. Doduerch gëtt e Signal vu Photoelektrone vun de Stänn opgebaut. D'Signal gëtt an en Auslieser weidergeleet, deen de Photoelektronesignal an en digitalen Auslieser ëmwandelt.
1f: Den digitalen Auslesen gëtt als Bild Kolonn fir Kolonn ugewisen. Dëst erméiglecht eng digital Rekonstruktioun vun engem Bild.
Well den TDI-Apparat gläichzäiteg Photoelektrone vun enger Stuf an déi nächst weiderginn a gläichzäiteg nei Photoelektrone vun der éischter Stuf opfänke kann, während d'Prouf a Bewegung ass, kann d'Zuel vun den opgehollene Reien am Bild effektiv onendlech sinn. D'Triggerraten, déi d'Zuel vun de Mol bestëmmen, wéi d'Bildopnam (Fig. 1a) stattfënnt, kënnen an der Gréisstenuerdnung vun Honnerte vu kHz leien.
Am Beispill vun der Figur 2 gouf e Mikroskop-Präparat vun 29 x 17 mm an 10,1 Sekonne mat enger 5 µm Pixel TDI Kamera opgeholl. Och bei bedeitenden Zoomniveauen ass den Onschärft minimal. Dëst stellt e grousse Fortschrëtt géintiwwer fréiere Generatioune vun dëser Technologie duer.
Fir weider Detailer weist Tabelle 1 déi representativ Bildgebungszäit fir eng Serie vun übleche Proufgréissten bei 10-, 20- an 40-x Zoom.
Figur 2: E Bild vun enger fluoreszenter Prouf, déi mat enger Tucsen 9kTDI opgeholl gouf. Beliichtung 10 ms, Opnamzäit 10,1 s.
Tabelle 1: Matrix vun der Opnamzäit vu verschiddene Proufgréissten (Sekonnen) mat enger Tucsen 9kTDI Kamera op enger motoriséierter Bühn aus der Zaber MVR Serie bei 10, 20 a 40x fir eng Beliichtungszäit vun 1 & 10 ms.
Flächenscanning-Bildgebung
Flächenscan-Bildgebung a sCMOS-Kameraen ëmfaasst d'gläichzäiteg Opnam vun engem ganze Bild mat engem 2-dimensionalen Array vu Pixelen. All Pixel fänkt Liicht op, konvertéiert et an elektresch Signaler fir direkt Veraarbechtung a bildt e komplett Bild mat héijer Opléisung a Geschwindegkeet. D'Gréisst vun engem Bild, dat an enger eenzeger Beliichtung opgeholl ka ginn, gëtt vun der Pixelgréisst, der Vergréisserung an der Unzuel vun de Pixelen an engem Array bestëmmt, pro (1)
Fir e Standard-Array gëtt de Siichtfeld duerch ( gegeben2)
A Fäll wou eng Prouf ze grouss ass fir de Siichtfeld vun enger Kamera, kann e Bild konstruéiert ginn andeems d'Bild an e Raster vu Biller vun der Gréisst vum Siichtfeld opgedeelt gëtt. D'Opnam vun dëse Biller folgt engem Muster, wou de Bühn sech op eng Positioun um Raster beweegt, de Bühn sech setzt an dann d'Bild opgeholl gëtt. Bei Rolling Shutter-Kameraen gëtt et eng zousätzlech Waardezäit, während de Verschluss sech dréint. Dës Biller kënne gemaach ginn, andeems d'Kamerapositioun verréckelt a se zesummegesat ginn. Figur 3 weist e grousst Bild vun enger mënschlecher Zell ënner Fluoreszenzmikroskopie, dat duerch d'Zesummesetzen vun 16 méi klenge Biller entstanen ass.
Figur 3: E Dia vun enger mënschlecher Zell, déi vun enger Area Scan Kamera mat Tile & Stitch Imaging opgeholl gëtt.
Am Allgemengen erfuerdert d'Opléisung vu méi Detailer méi generéiert a zesummegesate Biller op dës Manéier. Eng Léisung dofir ass et, ...Groussformatkamera-Scanning, déi grouss Sensoren mat enger héijer Pixelzuel, zesumme mat spezialiséierter Optik, huet, déi et erméiglechen, eng méi grouss Quantitéit un Detailer opzehuelen.
Vergläich tëscht TDI a Flächenscannen (Tile & Stitch)
Fir groussflächeg Scanne vu Proben sinn souwuel Tile & Stitch wéi och TDI-Scanne passend Léisungen, awer andeems déi bescht Method ausgewielt gëtt, ass et méiglech, d'Zäit, déi fir d'Scanne vun enger Probe gebraucht gëtt, däitlech ze reduzéieren. Dës Zäiterspuernis gëtt duerch d'Fäegkeet vum TDI-Scanne generéiert, eng bewegend Probe ze erfassen; doduerch ginn d'Verspéidungen, déi mat der Bühnenofsetzung an dem Rolling Shutter-Timing verbonne sinn, déi mat der Tile & Stitch-Bildgebung verbonne sinn, ewechgeholl.
Figur 4 vergläicht d'Stoppen (gréng) a Beweegungen (schwaarz Linnen), déi néideg sinn, fir e Bild vun enger mënschlecher Zell souwuel beim Tile & Stitch (lénks) wéi och beim TDI-Scan (riets) opzehuelen. Indem d'Noutwennegkeet ewechgeholl gëtt, d'Bild bei der TDI-Bildgebung ze stoppen an nei auszeriichten, ass et méiglech, d'Bildgebungszäit däitlech ze verkierzen, virausgesat datt d'Beliichtungszäit <100 ms ass.
Tabelle 2 weist e bearbechtet Beispill vum Scannen tëscht enger 9k TDI an enger Standard sCMOS Kamera.
Figur 4: E Scanmotiv vun der Erfaassung vun enger mënschlecher Zell ënner Fluoreszenz, déi Tile and Stitch (lénks) an TDI-Bildgebung (riets) weist.
Tabelle 2: Vergläich vum Flächescan an der TDI-Bildgebung fir eng 15 x 15 mm Prouf mat engem 10x Objektiv an enger Beliichtungszäit vun 10 ms.
Obwuel TDI e fantastescht Potenzial fir eng erhéicht Geschwindegkeet vun der Bildopnam bitt, ginn et Nuancen beim Gebrauch vun dëser Technologie. Fir héich Beliichtungszäiten (>100 ms) gëtt d'Bedeitung vun der Zäit, déi duerch d'Beweegungs- an d'Setze-Aspekter vum Flächescan verluer geet, am Verglach zur Beliichtungszäit reduzéiert. An esou Fäll kënnen Flächescankameraen am Verglach mat TDI-Bildgebung reduzéiert Scanzäiten ubidden. Fir ze kucken, ob d'TDI-Technologie Iech Virdeeler géintiwwer Ärem aktuellen Setup bitt,kontaktéiert eisfir e Vergläichsrechner.
Aner Uwendungen
Vill Fuerschungsfroen erfuerderen méi Informatiounen wéi en eenzegt Bild, wéi zum Beispill Multikanal- oder Multifokus-Bilderfassung.
Méikanal-Bildgebung an enger Flächenscankamera beinhalt d'Erfassung vu Biller mat verschiddene Wellelängten gläichzäiteg. Dës Kanäl entspriechen typescherweis verschiddene Liichtwellelängten, wéi rout, gréng a blo. All Kanal erfaasst spezifesch Wellelängten- oder Spektralinformatiounen aus der Szen. D'Kamera kombinéiert dann dës Kanäl fir e Vollfaarf- oder Multispektralbild ze generéieren, wat eng méi ëmfaassend Vue vun der Szen mat ënnerschiddleche spektrale Detailer bitt. A Flächenscankameraen gëtt dëst duerch diskret Beliichtungen erreecht, awer mat TDI-Bildgebung kann e Splitter benotzt ginn fir de Sensor a verschidde Deeler ze trennen. D'Opdeelung vun engem 9kTDI (45 mm) an 3 x 15,0 mm Sensoren ass ëmmer nach méi grouss wéi e Standardsensor (6,5 µm Pixelbreet, 2048 Pixel) Breet vun 13,3 mm. Ausserdeem, well TDI nëmmen d'Beliichtung vum Deel vun der Prouf erfuerdert, deen ofgebild gëtt, kënnen d'Scans méi séier zykléiert ginn.
En anert Gebitt, wou dat de Fall kéint sinn, ass d'Multifokus-Bildgebung. Multifokus-Bildgebung In-Area-Scan-Kameraen involvéieren d'Erfassung vu verschiddene Biller mat verschiddene Fokusdistanzen an d'Vermëschung vun dëse Biller, fir e Kompositbild ze kreéieren, wou déi ganz Szen schaarf fokusséiert ass. Si adresséiert ënnerschiddlech Distanzen an enger Szen, andeems se fokusséiert Regiounen aus all Bild analyséiert a kombinéiert, wat zu enger méi detailléierter Representatioun vun engem Bild féiert. Och hei gëtt mat Hëllef vun engemSplitterFir den TDI-Sensor an zwee (22,5 mm) oder dräi (15,0 mm) Stécker opzedeelen, kann et méiglech sinn, e Multifokusbild méi séier ze kréien wéi bei engem Äquivalent mat engem Flächescan. Fir Multifokus vun enger méi héijer Uerdnung (z-Stacks vu 6 oder méi) bleift de Flächescan awer wahrscheinlech déi séierst Bildgebungstechnik.
Conclusiounen
Dës technesch Notiz beschreift d'Ënnerscheeder tëscht Flächescanning an TDI-Technologie fir groussflächeg Scannen. Duerch d'Kombinatioun vu Linnescanning an sCMOS-Empfindlechkeet erreecht TDI eng séier, héichqualitativ Bildgebung ouni Ënnerbriechungen, wat traditionell Flächescanmethoden wéi Tile & Stitch iwwertrëfft. Bewäert d'Virdeeler vun der Benotzung vun eisem Online-Rechner, andeems Dir verschidde Viraussetzungen an dësem Dokument berécksiichtegt. TDI ass e mächtegt Instrument fir effizient Bildgebung mat engem grousse Potenzial fir d'Bildgebungszäiten souwuel a Standard- wéi och a fortgeschrattene Bildgebungstechniken ze reduzéieren.Wann Dir wëllt wëssen, ob eng TDI-Kamera oder eng Flächescankamera zu Ärer Uwendung passt an Är Opnamzäit verbessere kéint, kontaktéiert eis haut.
