2029-07-25Bioliuminescencinio didelio našumo vaizdavimo ir pramoninio didelės spartos prasto apšvietimo aptikimo srityse optimalios vaizdo gavimo greičio ir jautrumo pusiausvyros pasiekimas jau seniai yra pagrindinė kliūtis, ribojanti technologinę pažangą. Tradiciniai linijinio arba plotinio matricos vaizdavimo sprendimai dažnai susiduria su sudėtingais kompromisais, todėl sunku išlaikyti ir aptikimo efektyvumą, ir sistemos našumą. Dėl to pramoniniai atnaujinimai buvo labai apriboti.
Įdiegus foninio apšvietimo TDI-sCMOS technologiją, šie apribojimai pradedami spręsti. Ši novatoriška technologija ne tik sprendžia fizinius didelės spartos vaizdavimo esant prastam apšvietimui apribojimus, bet ir plečia savo taikymą ne tik gyvybės moksluose, bet ir pažangiuose pramonės sektoriuose, tokiuose kaip puslaidininkių kontrolė ir tikslioji gamyba. Dėl šių pokyčių TDI-sCMOS tampa vis svarbesnis šiuolaikinėse pramoninio vaizdavimo programose.
Šiame straipsnyje aprašomi pagrindiniai TDI vaizdinimo principai, stebima jo raida ir aptariamas augantis vaidmuo pramoninėse sistemose.
TDI principų supratimas: proveržis dinaminio vaizdavimo srityje
Laiko uždelsimo integravimas (TDI) – tai vaizdo gavimo technologija, pagrįsta linijinio skenavimo principu, turinti dvi svarbias technines savybes:
Sinchroninis dinaminis įsigijimas
Skirtingai nuo tradicinių plotinių kamerų, kurios veikia „stop-shot-move“ ciklu, TDI jutikliai nuolat eksponuoja vaizdus judant. Mėginiui judant matymo lauke, TDI jutiklis sinchronizuoja pikselių stulpelių judėjimą su objekto greičiu. Ši sinchronizacija leidžia nuolat eksponuoti ir dinamiškai kaupti to paties objekto krūvį laikui bėgant, todėl galima efektyviai fotografuoti net ir dideliu greičiu.
TDI vaizdavimo demonstracija: koordinuotas mėginio judėjimas ir krūvio integravimas
Mokesčio domeno kaupimas
Kiekvienas pikselių stulpelis paverčia įeinančią šviesą elektros krūviu, kuris vėliau apdorojamas keliais diskretizavimo nuskaitymo etapais. Šis nuolatinis kaupimo procesas efektyviai sustiprina silpną signalą N koeficientu, kur N reiškia integravimo lygių skaičių, taip pagerindamas signalo ir triukšmo santykį (SNR) riboto apšvietimo sąlygomis.
Vaizdo kokybės iliustracija skirtinguose TDI etapuose
TDI technologijos evoliucija: nuo CCD iki foninio apšvietimo sCMOS
Iš pradžių TDI jutikliai buvo sukurti naudojant CCD arba priekyje apšviečiamas CMOS platformas, tačiau abi architektūros turėjo apribojimų, kai buvo taikomos greitam ir silpno apšvietimo vaizdavimui.
TDI-CCD
Apšviesti TDI-CCD jutikliai gali pasiekti beveik 90 % kvantinį efektyvumą (QE). Tačiau jų nuosekliojo nuskaitymo architektūra riboja vaizdo gavimo greitį – linijų dažnis paprastai išlieka mažesnis nei 100 kHz, o 2K raiškos jutikliai veikia maždaug 50 kHz dažniu.
Priekyje apšviestas TDI-CMOS
Priekyje apšviečiami TDI-CMOS jutikliai pasižymi didesniu nuskaitymo greičiu, o 8K raiškos linijų dažnis siekia iki 400 kHz. Tačiau struktūriniai veiksniai riboja jų QE, ypač trumpesnių bangų ilgių diapazone, dažnai neleisdami jam pasiekti daugiau nei 60 %.
Pastebima pažanga įvyko 2020 m., kai buvo išleistas „Tucsen“Dhyana 9KTDI sCMOS kamera, iš galo apšviesta TDI-sCMOS kamera. Tai reikšmingas žingsnis derinant didelį jautrumą ir didelės spartos TDI našumą:
-
Kvantinis efektyvumas: 82 % didžiausias kvantinis efektyvumas – maždaug 40 % didesnis nei įprastų priekinio apšvietimo TDI-CMOS jutiklių, todėl idealiai tinka vaizdavimui esant prastam apšvietimui.
-
Linijos dažnis: 510 kHz esant 9K raiškai, tai reiškia 4,59 gigapikselių per sekundę duomenų pralaidumą.
Ši technologija pirmą kartą buvo pritaikyta didelio našumo fluorescenciniame skenavime, kai kamera optimizuotomis sistemos sąlygomis per 10,1 sekundės užfiksavo 2 gigapikselių 30 mm × 17 mm fluorescencinio mėginio vaizdą, o tai parodė didelį vaizdo gavimo greičio ir detalumo tikslumo padidėjimą, palyginti su įprastomis ploto skenavimo sistemomis.
Vaizdas„Dhyana 9KTDI“ su motorizuota „Zaber MVR“ scena
Tikslas10 kartų padidinimas, vaizdo gavimo laikas: 10,1 s, ekspozicijos laikas: 3,6 ms
Vaizdo dydis30 mm x 17 mm, 58 000 x 34 160 pikselių
Pagrindiniai TDI technologijos privalumai
Didelis jautrumas
TDI jutikliai kaupia signalus per kelias ekspozicijas, taip pagerindami veikimą esant prastam apšvietimui. Naudojant foninio apšvietimo TDI-sCMOS jutiklius, pasiekiamas didesnis nei 80 % kvantinis efektyvumas, kuris palaiko sudėtingas užduotis, tokias kaip fluorescencinis vaizdavimas ir tamsaus lauko analizė.
Didelės spartos našumas
TDI jutikliai skirti didelio našumo vaizdavimui, užtikrinant puikų ryškumą fiksuojant greitai judančius objektus. Sinchronizuodami pikselių nuskaitymą su objekto judėjimu, TDI praktiškai pašalina judesio suliejimą ir palaiko konvejerinę patikrą, realaus laiko skenavimą ir kitus didelio našumo scenarijus.
Pagerintas signalo ir triukšmo santykis (SNR)
Integruodami signalus keliuose etapuose, TDI jutikliai gali sukurti aukštesnės kokybės vaizdus su mažesniu apšvietimu, sumažindami fotoblukimo riziką biologiniuose mėginiuose ir sumažindami terminį įtempį jautriose medžiagose.
Sumažintas jautrumas aplinkos trikdžiams
Skirtingai nuo ploto skenavimo sistemų, TDI jutiklius mažiau veikia aplinkos šviesa ar atspindžiai dėl sinchronizuoto kiekvienos linijos ekspozicijos, todėl jie yra atsparesni sudėtingoje pramoninėje aplinkoje.
Taikymo pavyzdys: Vaflių patikra
Puslaidininkių sektoriuje dėl savo greičio ir jautrumo ploto skenavimo sCMOS kameros dažniausiai buvo naudojamos aptikimui esant silpnam apšvietimui. Tačiau šios sistemos gali turėti trūkumų:
-
Ribotas matymo laukas: reikia sujungti kelis kadrus, todėl procesai užima daug laiko.
-
Lėtesnis nuskaitymas: kiekvieno nuskaitymo metu reikia palaukti, kol nusistovės scenarijus, prieš užfiksuojant kitą vaizdą.
-
Sujungimo artefaktai: Vaizdo tarpai ir neatitikimai turi įtakos nuskaitymo kokybei.
TDI vaizdavimas padeda išspręsti šiuos iššūkius:
-
Nuolatinis nuskaitymas: TDI palaiko didelius, nepertraukiamus nuskaitymus, nereikalaujant kadrų sujungimo.
-
Greitesnis duomenų priėmimas: didelis linijų dažnis (iki 1 MHz) pašalina vėlavimus tarp duomenų įrašymo.
-
Patobulintas vaizdo vienodumas: TDI linijinio skenavimo metodas sumažina perspektyvos iškraipymą ir užtikrina geometrinį tikslumą visame skenavime.
TDI VS srities skenavimas
IliustracijaTDI leidžia užtikrinti nuolatinį ir sklandesnį įsigijimo procesą
„Tucsen“ sukurta „Gemini 8KTDI sCMOS“ kamera veiksmingai tikrina plokšteles giliojoje ultravioletinėje spinduliuotėje. Remiantis „Tucsen“ vidiniais bandymais, kamera pasiekia 63,9 % QE esant 266 nm bangos ilgiui ir išlaiko lustų temperatūros stabilumą ties 0 °C ilgą laiką naudojant – tai svarbu UV spinduliams jautrioms programoms.
Plėtojamas naudojimas: nuo specializuoto vaizdavimo iki sistemų integravimo
TDI nebėra apribota nišinėmis programomis ar etaloniniais bandymais. Dėmesys perkeltas į praktinę integraciją į pramonines sistemas.
„Tucsen Gemini TDI“ serija siūlo dviejų tipų sprendimus:
1. Flagmanų modeliaiSukurta sudėtingesniems naudojimo atvejams, pavyzdžiui, priekinių plokštelių patikrai ir UV defektų aptikimui. Šie modeliai teikia pirmenybę dideliam jautrumui, stabilumui ir našumui.
2. Kompaktiški variantaiMažesni, oru aušinami ir mažiau energijos vartojantys – labiau tinkami įterptosioms sistemoms. Šie modeliai turi CXP (CoaXPress) didelės spartos sąsajas, kad būtų galima supaprastinti integraciją.
Nuo didelio našumo vaizdavimo gyvybės moksluose iki tikslaus puslaidininkių tikrinimo, foninio apšvietimo TDI-sCMOS vaidina vis svarbesnį vaidmenį gerinant vaizdavimo darbo eigą.
DUK
1 klausimas: Kaip veikia TDI?
TDI sinchronizuoja krūvio perdavimą tarp pikselių eilučių su objekto judėjimu. Objektui judant, kiekviena eilutė kaupia naują ekspoziciją, padidindama jautrumą, ypač esant silpnam apšvietimui ir dideliam greičiui.
2 klausimas: Kur galima naudoti TDI technologiją?
TDI idealiai tinka puslaidininkių patikrai, fluorescenciniam skenavimui, PCB patikrai ir kitoms didelės skiriamosios gebos, didelės spartos vaizdavimo reikmėms, kai susirūpinimą kelia judesio suliejimas ir silpnas apšvietimas.
3 klausimas: Į ką turėčiau atsižvelgti rinkdamasis TDI kamerą pramoninėms reikmėms?
Renkantis TDI kamerą, svarbūs veiksniai yra linijų dažnis, kvantinis efektyvumas, skiriamoji geba, spektrinis atsakas (ypač UV arba NIR taikymams) ir terminis stabilumas.
Išsamesnį paaiškinimą, kaip apskaičiuoti linijos tarifą, rasite mūsų straipsnyje:
TDI serija – kaip apskaičiuoti kameros linijos dažnį
„Tucsen Photonics Co., Ltd.“ Visos teisės saugomos. Cituojant prašome nurodyti šaltinį:www.tucsen.com
