22/07/13Хугацаа хоцрогдсон интеграцчлал (TDI) нь дижитал дүрслэл хийхээс өмнө бий болсон дүрслэлийн арга боловч өнөө үед дүрслэлийн хамгийн сүүлийн үеийн дэвшилтэд асар их давуу талтай хэвээр байна. Зураг авах объект хөдөлгөөнд байх үед TDI камерууд гэрэлтэх хоёр нөхцөл байдаг.
1 – Дүрслэлийн объект нь вэб шалгалт (жишээ нь, хөдөлгөөнт цаас, хуванцар эсвэл даавууны гэмтэл, гэмтэл зэргийг сканнердах гэх мэт), угсрах шугам, микро шингэн ба шингэний урсгалын нэгэн адил тогтмол хурдтай хөдөлгөөнд ордог.
2 – Объект эсвэл камерыг хөдөлгөж бүсээс нөгөө хэсэг рүү шилжүүлсэн камерын дүрсийг авах боломжтой статик дүрслэлийн объектууд. Жишээлбэл, микроскопоор слайд скан хийх, материалын үзлэг, хавтгай самбарын үзлэг гэх мэт.
Хэрэв эдгээр нөхцөл байдлын аль нэг нь таны дүрслэлд хамааралтай бол энэ вэб хуудас нь ердийн 2 хэмжээст "талбайн сканнер" камераас Line Scan TDI камер руу шилжих нь таны дүрслэлийг нэмэгдүүлэх боломжтой эсэхийг авч үзэхэд тусална.
Талбайг скан хийх, хөдөлгөх зорилттой холбоотой асуудал
● Хөдөлгөөнийг бүдгэрүүлэх
Зарим дүрсний объектууд зайлшгүй шаардлагатай хөдөлгөөнд ордог, жишээлбэл, шингэний урсгал эсвэл вэб үзлэг. Слайд сканнердах, материалыг шалгах зэрэг бусад програмуудад объектыг хөдөлгөөнд байлгах нь авсан зураг бүрийн хөдөлгөөнийг зогсоохоос хамаагүй хурдан бөгөөд илүү үр дүнтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч талбайн сканнерын камерын хувьд дүрсний объект камертай харьцуулахад хөдөлгөөнтэй байвал энэ нь хүндрэл учруулж болзошгүй юм.
Хөдөлгөөнт тээврийн хэрэгслийн дүрсийг гажуудуулж буй хөдөлгөөнийг бүдгэрүүлэх
Хязгаарлагдмал гэрэлтүүлэгтэй эсвэл зургийн өндөр чанар шаардлагатай нөхцөлд камерын өртөлтийн хугацааг уртасгаж болно. Гэсэн хэдий ч объектын хөдөлгөөн нь өртөлтийн явцад гэрлээ олон камерын пикселээр тарааж, "хөдөлгөөн бүдгэрэхэд" хүргэдэг. Энэ нь камерын пикселийг гатлахад тухайн объектын нэг цэгт шаардагдах хугацаанд маш богино өртөлтийг хадгалах замаар үүнийг багасгаж болно. Энэ болunихэвчлэн харанхуй, чимээ шуугиантай, ихэвчлэн ашиглах боломжгүй зургуудын зардлаар.
●Оёдол
Нэмж дурдахад, ихэвчлэн том эсвэл тасралтгүй дүрслэлийн объектуудыг талбайн сканнерын камераар дүрслэхийн тулд олон зураг авах шаардлагатай бөгөөд дараа нь тэдгээрийг хооронд нь холбож өгдөг. Энэхүү оёдол нь хөрш зэргэлдээх зургуудын хооронд пикселүүдийг давхцуулж, үр ашгийг бууруулж, өгөгдөл хадгалах, боловсруулах шаардлагыг нэмэгдүүлэхийг шаарддаг.
●Тэгш бус гэрэлтүүлэг
Нэмж дурдахад, гэрэлтүүлэг нь оёсон зургийн хоорондох хил дээр асуудал, эд өлгийн зүйл гарахаас зайлсхийхэд хангалттай байх нь ховор. Мөн хангалттай эрчимтэй талбайг сканнердах камерыг хангалттай том талбайд гэрэлтүүлэхийн тулд ихэвчлэн өндөр хүчин чадалтай, өндөр өртөгтэй тогтмол гүйдлийн гэрлийн эх үүсвэрийг ашиглах шаардлагатай болдог.
Хулганы тархины олон дүрсийг оёход жигд бус гэрэлтүүлэг. Уотсон нараас авсан зураг. 2017: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0180486
TDI камер гэж юу вэ, энэ нь хэрхэн тусалдаг вэ?
Уламжлалт 2 хэмжээст талбайн сканнерын камеруудад зураг авах гурван үе шат байдаг: пикселийг дахин тохируулах, өртөх, унших. Өртөлтийн үед үзэгдлийн газраас фотонуудыг илрүүлж, фотоэлектронууд үүсдэг бөгөөд тэдгээр нь өртөлтийн төгсгөл хүртэл камерын пикселүүдэд хадгалагддаг. Дараа нь пиксел бүрийн утгыг уншиж, 2D дүрс үүснэ. Дараа нь пикселүүдийг дахин тохируулж, дараагийн өртөлтийг эхлүүлэхийн тулд бүх төлбөрийг арилгана.
Гэсэн хэдий ч, дурьдсанчлан, хэрэв зураг авах объект камертай харьцуулахад хөдөлж байгаа бол энэ өртөлтийн явцад тухайн объектын гэрэл олон пикселээр тархаж, хөдөлгөөнийг бүдгэрүүлэхэд хүргэдэг. TDI камерууд энэ хязгаарлалтыг шинэлэг техник ашиглан даван туулдаг. Үүнийг [Анимэйшн 1] дээр харуулав.
●TDI камер хэрхэн ажилладаг
TDI камерууд нь талбайн сканнерын камеруудаас тэс өөр арга замаар ажилладаг. Зураг авах объект нь камерын дундуур хөдөлж байх үед олж авсан дүрсийг бүрдүүлдэг электрон цэнэгүүд нь синхрончлолд үлддэг. Өртөх үед TDI камерууд авсан бүх цэнэгийг зургийн объектын хөдөлгөөнтэй синхрончлон камерын дагуу нэг пикселийн эгнээнээс нөгөө эгнээ рүү шилжүүлэх боломжтой. Субъект камерын дундуур хөдөлж байх үед мөр бүр ("TDI шат" гэж нэрлэдэг) нь камерыг тухайн объектод харуулах, дохиог хуримтлуулах шинэ боломжийг олгодог.
Олж авсан цэнэгийн эгнээ камерын төгсгөлд хүрсний дараа л утгыг уншиж, зургийн 1 хэмжээст зүсмэл хэлбэрээр хадгална. 2 хэмжээст дүрс нь зургийн дараалсан зүсмэл бүрийг камер уншиж байх үед хооронд нь наалдуулах замаар үүсдэг. Үүссэн зурган дээрх пикселийн мөр бүр нь зургийн объектын ижил "зүсмэл"-ийг дагаж мөрддөг бөгөөд энэ нь хөдөлгөөнтэй байсан ч бүдэгрэл байхгүй гэсэн үг юм.
●256 дахин урт өртөлт
TDI камерын хувьд зургийн үр дүнтэй өртөх хугацааг тухайн сэдэв дээрх цэгийг пикселийн мөр бүрийг туулахад зарцуулсан бүх хугацаанд өгдөг бөгөөд зарим TDI камер дээр 256 хүртэлх үе шатыг ашиглах боломжтой. Энэ нь боломжит өртөх хугацаа нь талбайн сканнерийн камерын хүрч чадахаас 256 дахин их гэсэн үг юм.
Энэ нь хоёр сайжруулалтын аль нэгийг нь эсвэл хоёуланг нь тэнцвэржүүлж чадна. Нэгдүгээрт, зургийн хурдыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх боломжтой. Бүс нутгийн сканнерын камертай харьцуулахад зургийн объект нь 256 дахин хурдан хөдөлж, ижил хэмжээний дохиог авах боломжтой бөгөөд энэ нь камерын шугамын хурдыг гүйцэх хангалттай хурдан юм.
Нөгөөтэйгүүр, илүү их мэдрэмжтэй байх шаардлагатай бол илүү урт өртөх хугацаа нь илүү өндөр чанартай зураг, бага гэрэлтүүлгийн эрчмийг эсвэл хоёуланг нь идэвхжүүлдэг.
●Оёдолгүйгээр их хэмжээний өгөгдөл дамжуулах чадвар
TDI камер нь дараалсан 1 хэмжээст зүсмэлүүдээс 2 хэмжээст дүрсийг гаргадаг тул үүссэн зураг нь шаардлагатай хэмжээгээр том байж болно. "Хэвтээ" чиглэлийн пикселийн тоог камерын өргөнөөр, жишээлбэл 9072 пикселээр өгдөг бол зургийн "босоо" хэмжээ нь хязгааргүй бөгөөд камер хэр удаан ажиллаж байгаагаас л тодорхойлогддог. 510 кГц хүртэлх шугамын хурдтай энэ нь их хэмжээний өгөгдөл дамжуулах боломжтой.
Үүнтэй хослуулан TDI камерууд нь маш өргөн хүрээг хамардаг. Жишээлбэл, 5 микрон пиксел бүхий 9072 пикселийн камер нь өндөр нарийвчлалтай 45 мм-ийн хэвтээ харах талбайг өгдөг. 5 микрон пикселийн талбайтай сканнерын камертай ижил дүрсний өргөнийг авахын тулд гурван хүртэлх 4K камер зэрэгцүүлэн суулгах шаардлагатай.
●Шугаман сканнерын камеруудыг сайжруулсан
TDI камерууд нь зөвхөн талбайн сканнерын камерыг сайжруулдаггүй. Зөвхөн нэг мөр пикселийг авдаг шугаман сканнерын камерууд нь талбайн сканнерын камертай адил гэрэлтүүлгийн эрч хүч, богино өртөлт зэрэг олон асуудалтай тулгардаг.
Хэдийгээр TDI камеруудын нэгэн адил шугам сканнерын камерууд нь илүү энгийн тохиргоотойгоор илүү жигд гэрэлтүүлгийг санал болгодог бөгөөд зураг оёх шаардлагагүй байдаг ч өндөр чанартай зураг авахад хангалттай дохио авахын тулд маш эрчимтэй гэрэлтүүлэг ба/эсвэл субьектийн хөдөлгөөнийг удаашруулдаг. TDI камерууд илүү урт өртөлт, илүү хурдан субьектийн хурдыг идэвхжүүлдэг нь бага эрчимтэй, хямд өртөгтэй гэрэлтүүлгийг ашиглахын зэрэгцээ дүрслэлийн үр ашгийг дээшлүүлэх боломжтой гэсэн үг юм. Жишээлбэл, үйлдвэрлэлийн шугам нь тогтмол гүйдлийн хүч шаарддаг өндөр өртөгтэй, өндөр эрчим хүч зарцуулдаг галоген гэрлээс LED гэрэлтүүлэг рүү шилжих боломжтой.
TDI камер хэрхэн ажилладаг вэ?
Камерын мэдрэгч дээр TDI дүрслэлд хэрхэн хүрэх талаар гурван нийтлэг стандарт байдаг.
● CCD TDI– CCD камер нь дижитал камерын хамгийн эртний загвар юм. Тэдний цахим загвараас шалтгаалан CCD дээр TDI үйлдлийг гүйцэтгэх нь харьцангуй энгийн бөгөөд олон камер мэдрэгч нь угаасаа ийм байдлаар ажиллах чадвартай байдаг. Тиймээс TDI CCD нь хэдэн арван жилийн турш ашиглагдаж ирсэн.
Гэсэн хэдий ч CCD технологи нь хязгаарлалттай байдаг. CCD TDI камеруудад түгээмэл байдаг хамгийн жижиг пикселийн хэмжээ нь ойролцоогоор 12µm x 12µm бөгөөд энэ нь жижиг пикселийн тоотой хамт камерын нарийн ширийн зүйлийг шийдвэрлэх чадварыг хязгаарладаг. Нэмж дурдахад, олж авах хурд нь бусад технологитой харьцуулахад бага, харин бага гэрлийн дүрслэлийг хязгаарлах гол хүчин зүйл болох унших чимээ өндөр байдаг. Мөн эрчим хүчний хэрэглээ өндөр байдаг нь зарим хэрэглээнд гол хүчин зүйл болдог. Энэ нь CMOS архитектур дээр суурилсан TDI камер бүтээх хүсэлд хүргэсэн.
●Эрт CMOS TDI: Хүчдэл домэйн ба дижитал нийлбэр
CMOS камерууд нь CCD камерын дуу чимээ, хурдны олон хязгаарлалтыг даван туулахын зэрэгцээ бага эрчим хүч хэрэглэж, жижиг пикселийн хэмжээг санал болгодог. Гэсэн хэдий ч CMOS камерууд нь пикселийн дизайнтай тул TDI-ийн үйлдлийг хийхэд илүү хэцүү байсан. CCD нь мэдрэгчийг удирдахын тулд фотоэлектроныг пикселээс пиксел рүү физик байдлаар хөдөлгөдөг бол CMOS камер нь уншихаас өмнө фотоэлектрон дахь дохиог пиксел бүрийн хүчдэл болгон хувиргадаг.
CMOS мэдрэгч дээрх TDI-ийн үйл ажиллагааг 2001 оноос хойш судалж эхэлсэн боловч өртөлт нэг эгнээнээс нөгөө эгнээ рүү шилжих үед дохионы "хуримтлал"-ыг хэрхэн зохицуулах асуудал чухал байсан. Өнөөдөр арилжааны камеруудад ашиглагдаж байгаа CMOS TDI-ийн хоёр эртний арга бол хүчдэлийн домайн хуримтлал ба дижитал TDI CMOS нийлбэр юм. Хүчдэлийн домайн хуримтлуулах камеруудад дүрсний объектыг өнгөрөхөд дохионы мөр бүрийг олж авах үед олж авсан хүчдэл нь зургийн тухайн хэсгийн нийт олж авахад цахим хэлбэрээр нэмэгддэг. Ийм байдлаар хүчдэлийг хуримтлуулах нь нэмэлт TDI үе шат бүрт нэмэлт дуу чимээ үүсгэж, нэмэлт шатуудын ашиг тусыг хязгаарладаг. Шугаман чанартай холбоотой асуудлууд нь эдгээр камерыг нарийн хэрэглээнд ашиглахад бэрхшээлтэй байдаг.
Хоёрдахь арга бол дижитал нийлбэр TDI юм. Энэ аргын хувьд CMOS камер нь дүрсний объектыг нэг мөр пикселийн хооронд шилжүүлэхэд зарцуулсан хугацаатай тохирч, маш богино өртөлттэй, талбайн сканнерийн горимд үр дүнтэй ажиллаж байна. Гэхдээ дараалсан фрейм бүрийн мөрүүдийг дижитал байдлаар нэмж, TDI эффектийг өгдөг. Үүссэн зурган дээрх пикселийн мөр бүрт камерыг бүхэлд нь унших ёстой тул энэхүү дижитал нэмэлт нь мөр бүрийн унших чимээг нэмж, зураг авалтын хурдыг хязгаарладаг.
●Орчин үеийн стандарт: цэнэгийн домэйн TDI CMOS, эсвэл CCD-on-CMOS TDI
Дээр дурдсан CMOS TDI-ийн хязгаарлалтыг саяхан CMOS дээр CCD-дээр нь TDI гэгддэг цэнэгийн домайн хуримтлуулах TDI CMOS-ийг нэвтрүүлснээр даван туулсан. Эдгээр мэдрэгчийн ажиллагааг [Анимац 1]-д үзүүлэв. Нэрнээс нь харахад эдгээр мэдрэгчүүд нь цэнэгийн нэг пикселээс нөгөө рүү CCD шиг шилжих хөдөлгөөнийг санал болгож, TDI үе шат бүрт бие даасан цэнэгийн түвшинд фотоэлектрон нэмэх замаар дохиог хуримтлуулдаг. Энэ нь үр дүнтэй дуу чимээгүй байдаг. Гэсэн хэдий ч CCD TDI-ийн хязгаарлалтыг CMOS унших архитектурын тусламжтайгаар даван туулж, CMOS камеруудад нийтлэг байдаг өндөр хурд, дуу чимээ багатай, бага эрчим хүч зарцуулдаг.
TDI техникийн үзүүлэлтүүд: юу чухал вэ?
●Технологи:Хамгийн чухал хүчин зүйл бол дээр дурьдсанчлан ямар мэдрэгч технологийг ашиглах явдал юм. Цэнэглэх домэйн CMOS TDI нь хамгийн сайн гүйцэтгэлийг өгөх болно.
●TDI үе шатууд:Энэ нь дохиог хуримтлуулж болох мэдрэгчийн эгнээний тоо юм. Камерын TDI үе шат их байх тусам түүний үр дүнтэй өртөх хугацаа урт байх болно. Эсвэл камер хангалттай шугамын хурдтай байвал дүрсний объект илүү хурдан хөдөлж чадна.
●Шугамын ханш:Камер секундэд хэдэн мөр уншиж чадах вэ. Энэ нь камерын гүйцэж чадах хөдөлгөөний дээд хурдыг тодорхойлдог.
●Квантын үр ашиг: Энэ нь туссан фотоныг илрүүлж, фотоэлектрон үүсгэх магадлалаар өгөгдсөн янз бүрийн долгионы урттай гэрэлд камерын мэдрэмжийг заадаг. Илүү өндөр квант үр ашиг нь гэрэлтүүлгийн хүч бага байх эсвэл дохионы түвшинг хадгалахын зэрэгцээ илүү хурдан ажиллах боломжтой.
Нэмж дурдахад, камерууд нь сайн мэдрэмжтэй байх долгионы уртын мужид өөр өөр байдаг ба зарим камер нь спектрийн хэт ягаан туяа (хэт ягаан туяа) хүртэл 200 нм долгионы урттай хүртэл мэдрэмжийг санал болгодог.
●Унших чимээ:Унших дуу чимээ нь камерын мэдрэмжийн өөр нэг чухал хүчин зүйл бөгөөд камерын дуу чимээний давхраас дээш илрүүлж болох хамгийн бага дохиог тодорхойлдог. Унших дуу чимээ ихтэй үед харанхуй функцийг илрүүлэх боломжгүй бөгөөд динамик хүрээ эрс багасдаг бөгөөд энэ нь илүү тод гэрэлтүүлэг эсвэл илүү урт өртөх хугацаа, бага хөдөлгөөний хурдыг ашиглах шаардлагатай гэсэн үг юм.
TDI техникийн үзүүлэлтүүд: юу чухал вэ?
Одоогийн байдлаар TDI камерыг вэб үзлэг, электроникийн болон үйлдвэрлэлийн хяналт болон бусад машины харааны хэрэглээнд ашиглаж байна. Үүний зэрэгцээ флюресценцийн дүрслэл, слайд скан хийх гэх мэт гэрэл багатай програмууд хэцүү байдаг.
Гэсэн хэдий ч өндөр хурдтай, дуу чимээ багатай, өндөр мэдрэмжтэй TDI CMOS камерууд гарч ирснээр өмнө нь зөвхөн талбайн сканнер ашигладаг байсан шинэ програмуудын хурд, үр ашгийг нэмэгдүүлэх асар их боломж бий. Өгүүллийн эхэнд танилцуулсанчлан TDI камерууд нь аль хэдийн байнгын хөдөлгөөнтэй байгаа дүрсний объектуудад эсвэл статик дүрслэлийн объектуудыг сканнердаж болох газруудад өндөр хурд, өндөр чанарын дүрслэлд хүрэх хамгийн сайн сонголт байж болох юм.
Жишээлбэл, микроскопийн программ дээр бид 5 микрон пиксел бүхий 9К пиксел, 256 үе шаттай TDI камерын онолын олж авах хурдыг 5 мкм пиксел бүхий 12 МП камерын талбайн сканнерын камертай харьцуулж болно. Тайзыг хөдөлгөх замаар 20 дахин томруулсан 10 х 10 мм талбайг олж авахыг авч үзье.
1. Талбайн сканнерын камертай 20x объектив ашиглах нь 1.02 x 0.77 мм дүрслэлийн талбарыг харуулах болно.
2. TDI камерын тусламжтайгаар микроскопын харааны талбар дахь аливаа хязгаарлалтыг даван туулахын тулд 2 дахин томруулдаг 10x объектив ашиглаж, 2.3 мм хэвтээ дүрслэлийн талбарыг гаргаж болно.
3. Оёдлын зориулалтаар зураг хооронд 2% пикселийн давхцал, тайзыг тогтоосон байршилд шилжүүлэхэд 0.5 секунд, 10 мс өртөх хугацаа гэж тооцвол бид камерын талбайг скан хийхэд шаардагдах хугацааг тооцоолж болно. Үүний нэгэн адил бид тайзыг Y чиглэлд сканнердахын тулд тогтмол хөдөлгөөнд байлгавал нэг мөрөнд ижил өртөх хугацаатайгаар TDI камер авах хугацааг тооцоолж болно.
4. Энэ тохиолдолд талбайн сканнерын камер нь тайзыг хөдөлгөхөд 63 секунд зарцуулж, 140 зураг авах шаардлагатай болно. TDI камер нь тайзыг дараагийн баганад шилжүүлэхэд ердөө 2 секунд зарцуулсан 5 урт зураг авах болно.
5. 10 х 10 мм талбайг олж авахад зарцуулсан нийт хугацааБүс нутгийн сканнерын камерын хувьд 64.4 секунд,мөн зүгээр лTDI камерын хувьд 9.9 секунд.
Хэрэв та TDI камер таны хэрэглээнд нийцэж, хэрэгцээгээ хангаж чадах эсэхийг мэдэхийг хүсвэл өнөөдөр бидэнтэй холбогдоорой.
