25/08/08Во индустриското и научното снимање, снимањето објекти што се движат брзо во услови на слаба осветленост претставува постојан предизвик. Тука настапуваат камерите со временска интеграција (TDI). TDI технологијата комбинира синхронизација на движење и повеќекратни експозиции за да обезбеди исклучителна чувствителност и јасност на сликата, особено во средини со голема брзина.
Што е TDI камера?
TDI камерата е специјализирана камера за скенирање линии што снима слики од подвижни објекти. За разлика од стандардните камери за скенирање на површини што експонираат цел кадар одеднаш, TDI камерите го поместуваат полнежот од еден ред пиксели во друг синхронизирано со движењето на објектот. Секој ред пиксели акумулира светлина како што се движи објектот, ефикасно зголемувајќи го времето на експозиција и подобрувајќи ја јачината на сигналот без да воведе заматување на движењето.
Оваа интеграција на полнење драматично го зголемува односот сигнал-шум (SNR), што ги прави TDI камерите идеални за апликации со голема брзина или слаба осветленост.
Како работи TDI камерата?
Работата на TDI камерата е илустрирана на Слика 1.
Слика 1: Работа на сензорите за временска интеграција (TDI)
ЗАБЕЛЕШКА: TDI камерите ги движат стекнатите полнежи низ повеќе „фази“ синхронизирано со подвижниот субјект на сликата. Секоја фаза обезбедува дополнителна можност за изложување на светлина. Илустрирано преку светло „Т“ кое се движи низ камерата, со сегмент од 5 колони по 5 фази на TDI сензор. Tucsen Dhyana 9KTDI со хибридно движење на полнеж во стилот на CCD, но паралелно отчитување во стилот на CMOS.
TDI камерите се ефикасно камери за линиско скенирање, со една важна разлика: наместо еден ред пиксели што собираат податоци додека камерите се скенираат низ објектот за снимање, TDI камерите имаат повеќе редови, познати како „фази“, обично до 256.
Сепак, овие редови не формираат 2-димензионална слика како камерата за скенирање на површина. Наместо тоа, како што скенираниот субјект се движи низ сензорот на камерата, детектираните фотоелектрони во секој пиксел се префрлаат во следниот ред синхронизирано со движењето на субјектот, без сè уште да бидат прочитани. Секој дополнителен ред потоа дава дополнителна можност субјектот на сликата да биде изложен на светлина. Само откако парчето слика ќе го достигне последниот ред пиксели на сензорот, тој ред се пренесува на архитектурата за читање за мерење.
Оттука, и покрај повеќекратните мерења што се одвиваат низ фазите на камерата, се воведува само еден примерок од шумот на читање од камерата. TDI камера со 256 фази го држи примерокот во видно поле 256 пати подолго, и затоа има 256 пати подолго време на експозиција од еквивалентната камера за скенирање на линии. Еквивалентно време на експозиција со камера за скенирање на површини би довело до екстремно заматување на движењето, правејќи ја сликата бескорисна.
Кога може да се користи TDI?
TDI камерите се одлично решение за секоја апликација за снимање каде што субјектот што се снима е во движење во однос на камерата, под услов движењето да е рамномерно низ целиот поглед на камерата.
Затоа, примената на TDI снимањето вклучува, од една страна, сите оние на линиско скенирање каде што се формираат 2-димензионални слики, а воедно носи поголеми брзини, многу подобрена чувствителност при слаба светлина, подобар квалитет на сликата или сите три одеднаш. Од друга страна, постојат многу техники на снимање кои користат камери за скенирање на површина каде што може да се користат TDI камери.
За sCMOS TDI со висока чувствителност, снимањето со „плочка и бод“ во биолошката флуоресцентна микроскопија може да се изврши со користење на непрекинато скенирање на сцената наместо поставување плочки. Или целиот TDI може да биде погоден за апликации за инспекција. Друга важна примена на TDI е проточната цитометрија со снимање, каде што флуоресцентните слики од клетките се добиваат додека минуваат низ камера додека течат низ микрофлуиден канал.
Предности и недостатоци на sCMOS TDI
Професионалци
● Може да снима 2-димензионални слики со произволна големина со голема брзина при скенирање преку објектот што се снима.
● Повеќекратните TDI фази, нискиот шум и високиот QE можат да доведат до драстично поголема чувствителност од камерите за скенирање линии.
● Може да се постигнат многу високи брзини на читање, на пример, до 510.000Hz (линии во секунда), за слика со ширина од 9.072 пиксели.
●Осветлувањето треба да биде само еднодимензионално и може да не бара корекции на рамно поле или други корекции во втората (скенирана) димензија. Дополнително, подолгото време на експозиција во споредба со линиското скенирање може да го „измазни“ треперењето поради изворите на наизменична струја.
● Подвижните слики може да се снимаат без заматување на движењето и со голема брзина и чувствителност.
●Скенирањето на големи површини може да биде драстично побрзо од камерите за скенирање на површини.
● Со напреден софтвер или поставки за активирање, режимот „сличен на скенирање површина“ може да обезбеди преглед на скенирањето површина за фокусирање и усогласување.
Недостатоци
● Сепак поголем шум од конвенционалните sCMOS фотоапарати, што значи дека апликациите со ултра слаба светлина се недостапни.
● Потребни се специјализирани поставувања со напредно активирање за синхронизирање на движењето на субјектот што се слика со скенирањето на камерата, многу фина контрола врз брзината на движење или прецизно предвидување на брзината за да се овозможи синхронизација.
● Како нова технологија, моментално постојат малку решенија за имплементација на хардвер и софтвер.
sCMOS TDI способен за слаба осветленост
Иако TDI како техника за снимање е постара од дигиталното снимање и одамна го надмина линиското скенирање во перформансите, само во последните неколку години TDI камерите ја добија чувствителноста потребна за да ги достигнат апликациите со слаба осветленост, за кои вообичаено би била потребна чувствителност од научно ниво.sCMOS камери.
„sCMOS TDI“ го комбинира движењето на полнежите низ сензорот во стилот на CCD со отчитување во стилот на sCMOS, со достапни сензори со задно осветлување. Претходните TDI камери базирани на CCD или чисто CMOS* имаа драстично побавно отчитување, помал број на пиксели, помалку фази и шум на читање помеѓу 30e- и >100e-. Спротивно на тоа, sCMOS TDI камерите како што е Tucsen...Dhyana 9KTDI sCMOS камераНуди шум за читање од 7.2e-, во комбинација со поголема квантна ефикасност преку позадинско осветлување, овозможувајќи употреба на TDI во апликации со значително пониско ниво на светлина отколку што беше претходно можно.
Во многу апликации, подолгите времиња на експозиција овозможени од TDI процесот можат повеќе од компензираат за зголемувањето на шумот за читање во споредба со висококвалитетните sCMOS камери за скенирање на површина со шум за читање блиску до 1e-.
Вообичаени примени на TDI камерите
TDI камерите се наоѓаат во многу индустрии каде што прецизноста и брзината се подеднакво важни:
● Инспекција на полупроводнички плочки
● Тестирање на рамен екран (FPD)
● Инспекција на веб (хартија, филм, фолија, текстил)
● Рентгенско скенирање во медицинска дијагностика или проверка на багаж
● Скенирање на слајдови и плочи со повеќе бунари во дигитална патологија
● Хиперспектрално снимање во далечинско набљудување или земјоделство
● Инспекција на печатени плочки и електроника во SMT линии
Овие апликации имаат корист од подобрениот контраст, брзина и јасност што ги обезбедува TDI снимањето под ограничувања во реалниот свет.
Пример: Скенирање на слајдови и плочи со повеќе бунари
Како што споменавме, една апликација со значителен потенцијал за sCMOS TDI камерите е примената на шиење, вклучувајќи скенирање на слајдови или плочи со повеќе бунари. Скенирањето големи примероци од флуоресцентна или светлополева микроскопија со 2-димензионални камери со површина се потпира на шиење мрежа од слики формирани од повеќекратни движења на XY микроскопската сцена. Секоја слика бара сцената да застане, да се стабилизира, а потоа да се рестартира, заедно со какво било доцнење на ролетната. TDI, од друга страна, може да снима слики додека сцената е во движење. Потоа сликата се формира од мал број долги „ленти“, секоја од нив покривајќи ја целата ширина на примерокот. Ова потенцијално може да доведе до драстично повисоки брзини на снимање и проток на податоци во сите апликации за шиење, во зависност од условите за снимање.
Брзината со која може да се движи сцената е обратно пропорционална на вкупното време на експозиција на TDI камерата, па затоа кратките времиња на експозиција (1-20ms) нудат најголемо подобрување во брзината на снимање во споредба со камерите за скенирање на површина, што потоа може да доведе до ред на големина или поголемо намалување на вкупното време на снимање. За подолги времиња на експозиција (на пр. > 100ms), скенирањето на површина обично може да задржи временска предност.
Пример за многу голема слика од флуоресцентна микроскопија (2 гигапиксели) формирана за само десет секунди е прикажан на Слика 2. Еквивалентна слика формирана со камера за скенирање на површина може да се очекува да потрае до неколку минути.
Слика 2: Слика од 2 гигапиксели формирана за 10 секунди преку TDI скенирање и спојување
ЗАБЕЛЕШКА: Слика со зголемување од 10x добиена со помош на Tucsen Dhyana 9kTDI точки од пенкало за маркери гледани со флуоресцентна микроскопија. Снимено за 10 секунди со време на експозиција од 3,6 ms. Димензии на сликата: 30 mm x 17 mm, 58.000 x 34.160 пиксели.
Синхронизирање на TDI
Синхронизацијата на TDI камерата со субјектот што се снима (со точност од неколку проценти) е од суштинско значење - несовпаѓањето на брзината ќе доведе до ефект на „замаглување на движењето“. Оваа синхронизација може да се направи на два начина:
ПредвидливБрзината на камерата е поставена да одговара на брзината на движење врз основа на познавање на брзината на движење на примерокот, оптиката (зголемувањето) и големината на пикселите на камерата. Или обид и грешка.
АктивираноМногу микроскопски сцени, портални отвори и друга опрема за движење на субјекти што се снимаат можат да вклучуваат енкодери што испраќаат импулс за активирање до камерата за дадено растојание на движење. Ова им овозможува на сцените/порталните отвори и камерата да останат синхронизирани без оглед на брзината на движење.
TDI камери наспроти камери за скенирање на линии и камери за скенирање на површини
Еве како TDI се споредува со други популарни технологии за снимање:
| Карактеристика | TDI камера | Камера за скенирање на линии | Камера за скенирање на област |
| Чувствителност | Многу високо | Средно | Ниско до средно |
| Квалитет на слика (движење) | Одлично | Добро | Заматено при големи брзини |
| Барања за осветлување | Ниско | Средно | Висок |
| Компатибилност со движење | Одлично (ако е синхронизирано) | Добро | Сиромашен |
| Најдобро за | Голема брзина, слаба осветленост | Брзо движечки објекти | Статични или бавни сцени |
TDI е јасен избор кога сцената се движи брзо и нивоата на светлина се ограничени. Скенирањето на линии е чекор пониско во чувствителноста, додека скенирањето на површина е подобро за едноставни или стационарни поставувања.
Избор на вистинска TDI камера
При избор на TDI камера, земете ги предвид следниве фактори:
● Број на TDI фази: Повеќе фази го зголемуваат SNR, но исто така и трошоците и комплексноста.
● Тип на сензор: sCMOS е претпочитан поради неговата брзина и нискиот шум; CCD може сè уште да биде погоден за некои постари системи.
● Интерфејс: Обезбедете компатибилност со вашиот систем - Camera Link, CoaXPress и 10GigE се вообичаени опции, а 100G CoF и 40G CoF се појавија како нови трендови.
● Спектрален одзив: Изберете помеѓу монохроматски, во боја или близу инфрацрвено (NIR) зрачење врз основа на потребите на апликацијата.
● Опции за синхронизација: Побарајте функции како влезови за кодирање или поддршка за надворешно активирање за подобро усогласување на движењето.
Доколку вашата апликација вклучува деликатни биолошки примероци, брза инспекција или средини со слаба осветленост, sCMOS TDI веројатно е вистинскиот избор.
Заклучок
TDI камерите претставуваат моќна еволуција во технологијата за снимање, особено кога се изградени на sCMOS сензори. Со комбинирање на синхронизацијата на движењето со интеграцијата на повеќе линии, тие нудат неспоредлива чувствителност и јасност за динамични сцени со слаба осветленост.
Без разлика дали проверувате плочки, скенирате слајдови или вршите брзи инспекции, разбирањето како функционира TDI може да ви помогне да го изберете најдоброто решение меѓу...научни камериза вашите предизвици со сликање.
Најчесто поставувани прашања
Можат ли TDI камерите да работат во режим на скенирање на површина?
TDI камерите можат да креираат (многу тенки) 2-димензионални слики во режим „сличен на скенирање на површина“, што се постигнува преку трик на сензорско мерење на времето. Ова може да биде корисно за задачи како што се фокусирање и усогласување.
За да се започне „експозиција на скенирање на површина“, сензорот прво се „исчистува“ со поместување на TDI за најмалку онолку чекори колку што има фази на камерата, што е можно побрзо, а потоа запирање. Ова се постигнува или преку софтверска контрола или хардверско активирање, и идеално се изведува во темнина. На пример, камера од 256 фази треба да прочита најмалку 256 реда, а потоа да запре. Овие 256 реда податоци се отфрлаат.
Додека камерата не се активира или линиите не се читаат, сензорот се однесува исто како сензор за скенирање на површина што експонира слика.
Посакуваното време на експозиција потоа треба да истече додека камерата не работи, пред повторно да ја помести камерата барем за нејзиниот број фази, читајќи ја секоја линија од штотуку добиената слика. Уште еднаш, идеално, оваа фаза на „читање“ треба да се случи во темнина.
Оваа техника може да се повтори за да се обезбеди „преглед во живо“ или низа слики од скенирање на површина со минимално нарушување и замаглување од TDI операцијата.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Сите права се задржани. При цитирање, ве молиме наведете го изворот:www.tucsen.com
