२५/०८/०८औद्योगिक आणि वैज्ञानिक इमेजिंगमध्ये, कमी प्रकाशाच्या परिस्थितीत जलद गतीने चालणाऱ्या वस्तू कॅप्चर करणे हे एक सतत आव्हान असते. तिथेच टाइम डिले इंटिग्रेशन (TDI) कॅमेरे पुढाकार घेतात. TDI तंत्रज्ञान मोशन सिंक्रोनाइझेशन आणि मल्टिपल एक्सपोजर एकत्रित करून अपवादात्मक संवेदनशीलता आणि प्रतिमा स्पष्टता प्रदान करते, विशेषतः हाय-स्पीड वातावरणात.
टीडीआय कॅमेरा म्हणजे काय?
टीडीआय कॅमेरा हा एक विशेष लाईन स्कॅन कॅमेरा आहे जो हलणाऱ्या वस्तूंच्या प्रतिमा कॅप्चर करतो. एकाच वेळी संपूर्ण फ्रेम उघड करणाऱ्या मानक एरिया स्कॅन कॅमेऱ्यांपेक्षा वेगळे, टीडीआय कॅमेरे ऑब्जेक्टच्या हालचालीनुसार सिंक्रोनाइझेशनमध्ये पिक्सेलच्या एका ओळीतून दुसऱ्या ओळीत चार्ज हलवतात. प्रत्येक पिक्सेल ओळीत विषय हलत असताना प्रकाश जमा होतो, ज्यामुळे एक्सपोजर वेळ प्रभावीपणे वाढतो आणि मोशन ब्लर न आणता सिग्नलची ताकद वाढते.
हे चार्ज इंटिग्रेशन सिग्नल-टू-नॉइज रेशो (SNR) नाटकीयरित्या वाढवते, ज्यामुळे TDI कॅमेरे हाय-स्पीड किंवा कमी-प्रकाश अनुप्रयोगांसाठी आदर्श बनतात.
टीडीआय कॅमेरा कसा काम करतो?
TDI कॅमेऱ्याचे ऑपरेशन आकृती १ मध्ये दाखवले आहे.
आकृती १: टाइम डिले इंटिग्रेशन (TDI) सेन्सर्सचे ऑपरेशन
टीप: TDI कॅमेरे एका गतिमान इमेजिंग विषयासह सिंक्रोनाइझेशनमध्ये अनेक 'टप्प्यांमधून' अधिग्रहित शुल्क हलवतात. प्रत्येक टप्पा प्रकाशाच्या संपर्कात येण्याची अतिरिक्त संधी प्रदान करतो. एका कॅमेऱ्यावर फिरणाऱ्या तेजस्वी 'T' द्वारे चित्रित केलेले, TDI सेन्सरच्या 5-स्तंभ बाय 5-टप्प्याचा भाग. हायब्रिड CCD-शैलीतील चार्ज हालचालीसह परंतु CMOS-शैलीतील समांतर वाचनासह Tucsen Dhyana 9KTDI.
TDI कॅमेरे हे प्रभावीपणे लाइन स्कॅन कॅमेरे आहेत, ज्यामध्ये एक महत्त्वाचा फरक आहे: इमेजिंग विषयावरील कॅमेरे स्कॅन करताना डेटा मिळवणाऱ्या पिक्सेलच्या एका ओळीऐवजी, TDI कॅमेऱ्यांमध्ये अनेक ओळी असतात, ज्यांना 'स्टेज' म्हणून ओळखले जाते, साधारणपणे 256 पर्यंत.
तथापि, या ओळी क्षेत्र-स्कॅन कॅमेऱ्यासारखी द्विमितीय प्रतिमा तयार करत नाहीत. त्याऐवजी, स्कॅन केलेला इमेजिंग विषय कॅमेरा सेन्सरमधून फिरत असताना, प्रत्येक पिक्सेलमधील शोधलेले फोटोइलेक्ट्रॉन इमेजिंग विषयाच्या हालचालीशी सुसंगतपणे पुढील ओळीत जातात, अद्याप वाचले जात नाहीत. त्यानंतर प्रत्येक अतिरिक्त ओळ इमेजिंग विषयाला प्रकाशात आणण्याची अतिरिक्त संधी प्रदान करते. एकदा प्रतिमा स्लाइस सेन्सरच्या पिक्सेलच्या अंतिम ओळीत पोहोचली की ती ओळ मापनासाठी रीडआउट आर्किटेक्चरकडे पाठवली जाते.
म्हणूनच, कॅमेरा टप्प्यांवर अनेक मोजमापे होत असूनही, कॅमेरा रीड नॉइजचा फक्त एकच प्रसंग सादर केला जातो. २५६-स्टेज TDI कॅमेरा नमुना २५६ पट जास्त काळ दृश्यात ठेवतो आणि म्हणूनच समतुल्य लाइन स्कॅन कॅमेऱ्यापेक्षा २५६ पट जास्त एक्सपोजर वेळ असतो. एरिया स्कॅन कॅमेऱ्यासह समतुल्य एक्सपोजर वेळेमुळे अत्यंत मोशन ब्लर निर्माण होईल, ज्यामुळे प्रतिमा निरुपयोगी होईल.
टीडीआय कधी वापरता येईल?
कॅमेराच्या सापेक्ष इमेजिंग विषय गतिमान असलेल्या कोणत्याही इमेजिंग अनुप्रयोगासाठी TDI कॅमेरे एक उत्कृष्ट उपाय आहेत, ज्यामुळे कॅमेऱ्याच्या दृश्यात गती एकसारखी असते.
म्हणून, TDI इमेजिंगच्या अनुप्रयोगांमध्ये, एकीकडे, लाइन स्कॅनिंगच्या सर्व अनुप्रयोगांचा समावेश आहे जिथे द्विमितीय प्रतिमा तयार केल्या जातात, त्याच वेळी जास्त गती, कमी-प्रकाश संवेदनशीलता, चांगली प्रतिमा गुणवत्ता किंवा एकाच वेळी तिन्ही आणतात. दुसरीकडे, असे अनेक इमेजिंग तंत्र आहेत जे क्षेत्र-स्कॅन कॅमेरे वापरतात जिथे TDI कॅमेरे वापरले जाऊ शकतात.
उच्च-संवेदनशीलता sCMOS TDI साठी, बायोलॉजिकल फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोपीमध्ये 'टाइल अँड स्टिच' इमेजिंग टाइलिंगच्या जागी स्टेजचे नॉनस्टॉप स्कॅन वापरून केले जाऊ शकते. किंवा सर्व TDI तपासणी अनुप्रयोगांसाठी योग्य असू शकतात. TDI साठी आणखी एक महत्त्वाचा अनुप्रयोग म्हणजे इमेजिंग फ्लो सायटोमेट्री, जिथे पेशींच्या फ्लोरोसेन्स प्रतिमा मायक्रोफ्लुइडिक चॅनेलमधून वाहताना कॅमेरामधून जाताना मिळवल्या जातात.
sCMOS TDI चे फायदे आणि तोटे
फायदे
● इमेजिंग विषयावर स्कॅन करताना उच्च वेगाने अनियंत्रित आकाराच्या द्विमितीय प्रतिमा कॅप्चर करू शकते.
● अनेक TDI टप्पे, कमी आवाज आणि उच्च QE यामुळे लाईन स्कॅन कॅमेऱ्यांपेक्षा खूपच जास्त संवेदनशीलता निर्माण होऊ शकते.
● ९,०७२-पिक्सेल-रुंद प्रतिमेसाठी, खूप उच्च वाचन गती प्राप्त केली जाऊ शकते, उदाहरणार्थ, ५१०,००० हर्ट्झ (रेषा प्रति सेकंद) पर्यंत.
●प्रदीपन फक्त १-आयामी असणे आवश्यक आहे आणि दुसऱ्या (स्कॅन केलेल्या) परिमाणात फ्लॅट-फील्ड किंवा इतर सुधारणांची आवश्यकता नाही. याव्यतिरिक्त, लाइन स्कॅनच्या तुलनेत जास्त एक्सपोजर वेळ एसी प्रकाश स्रोतांमुळे फ्लिकर 'गुळगुळीत' करू शकतो.
● हलत्या प्रतिमा मोशन ब्लरशिवाय आणि उच्च गती आणि संवेदनशीलतेसह मिळवता येतात.
●मोठ्या क्षेत्रांचे स्कॅनिंग एरिया स्कॅन कॅमेऱ्यांपेक्षा खूपच जलद असू शकते.
● प्रगत सॉफ्टवेअर किंवा ट्रिगरिंग सेटअपसह, 'क्षेत्र-स्कॅन-सारखे' मोड फोकस आणि संरेखनासाठी क्षेत्र-स्कॅन विहंगावलोकन प्रदान करू शकते.
बाधक
● पारंपारिक sCMOS कॅमेऱ्यांपेक्षा अजूनही जास्त आवाज, म्हणजेच अल्ट्रा-लो-लाइट अॅप्लिकेशन्स आवाक्याबाहेर आहेत.
● कॅमेरा स्कॅनिंगसह इमेजिंग विषयाची हालचाल सिंक्रोनाइझ करण्यासाठी प्रगत ट्रिगरिंगसह विशेषज्ञ सेटअपची आवश्यकता आहे, हालचालीच्या गतीवर अतिशय सूक्ष्म नियंत्रण किंवा सिंक्रोनाइझेशन सक्षम करण्यासाठी गतीचा अचूक अंदाज.
● एक नवीन तंत्रज्ञान म्हणून, हार्डवेअर आणि सॉफ्टवेअर अंमलबजावणीसाठी सध्या फार कमी उपाय उपलब्ध आहेत.
कमी प्रकाशात सक्षम sCMOS TDI
इमेजिंग तंत्र म्हणून TDI हे डिजिटल इमेजिंगच्या आधीचे आहे आणि कामगिरीमध्ये लाइन स्कॅनला खूप पूर्वी मागे टाकले आहे, परंतु गेल्या काही वर्षांतच TDI कॅमेऱ्यांनी कमी प्रकाशात वापरल्या जाणाऱ्या अनुप्रयोगांपर्यंत पोहोचण्यासाठी आवश्यक असलेली संवेदनशीलता मिळवली आहे ज्यासाठी सामान्यतः वैज्ञानिक दर्जाची संवेदनशीलता आवश्यक असते.sCMOS कॅमेरे.
'sCMOS TDI' सेन्सरवरील चार्जेसच्या CCD-शैलीतील हालचालींना sCMOS-शैलीतील रीडआउटसह एकत्रित करते, ज्यामध्ये बॅक-इल्युमिनेटेड सेन्सर उपलब्ध असतात. मागील CCD-आधारित किंवा पूर्णपणे CMOS-आधारित* TDI कॅमेऱ्यांमध्ये 30e- आणि >100e- दरम्यान खूपच हळू रीडआउट, लहान पिक्सेल संख्या, कमी टप्पे आणि वाचन आवाज होता. याउलट, टक्सन सारखे sCMOS TDIध्यान ९केटीडीआय एससीएमओएस कॅमेरा७.२e- चा वाचन आवाज देते, बॅक-इल्युमिनेशनद्वारे उच्च क्वांटम कार्यक्षमतेसह, पूर्वी शक्य असलेल्यापेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी प्रकाश पातळी अनुप्रयोगांमध्ये TDI चा वापर करण्यास सक्षम करते.
अनेक अनुप्रयोगांमध्ये, TDI प्रक्रियेद्वारे सक्षम केलेला जास्त एक्सपोजर वेळ 1e- च्या जवळ रीड नॉइज असलेल्या उच्च-गुणवत्तेच्या sCMOS एरिया-स्कॅन कॅमेऱ्यांच्या तुलनेत रीड नॉइजमधील वाढीची भरपाई करू शकतो.
टीडीआय कॅमेऱ्यांचे सामान्य उपयोग
टीडीआय कॅमेरे अशा अनेक उद्योगांमध्ये आढळतात जिथे अचूकता आणि वेग तितकेच महत्त्वाचे असतात:
● सेमीकंडक्टर वेफर तपासणी
● फ्लॅट पॅनेल डिस्प्ले (FPD) चाचणी
● वेब तपासणी (कागद, फिल्म, फॉइल, कापड)
● वैद्यकीय निदान किंवा सामान तपासणीमध्ये एक्स-रे स्कॅनिंग
● डिजिटल पॅथॉलॉजीमध्ये स्लाईड आणि मल्टी-वेल प्लेट स्कॅनिंग
● रिमोट सेन्सिंग किंवा शेतीमध्ये हायपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग
● एसएमटी लाईन्समध्ये पीसीबी आणि इलेक्ट्रॉनिक्स तपासणी
वास्तविक जगाच्या मर्यादांमध्ये TDI इमेजिंग प्रदान करत असलेल्या वाढीव कॉन्ट्रास्ट, वेग आणि स्पष्टतेचा फायदा या अनुप्रयोगांना होतो.
उदाहरण: स्लाईड आणि मल्टी-वेल प्लेट स्कॅनिंग
नमूद केल्याप्रमाणे, sCMOS TDI कॅमेऱ्यांसाठी एक महत्त्वपूर्ण आशादायक अनुप्रयोग म्हणजे स्लाईड किंवा मल्टी-वेल प्लेट स्कॅनिंगसह स्टिचिंग अनुप्रयोग. द्विमितीय क्षेत्र कॅमेऱ्यांसह मोठे फ्लोरोसेंट किंवा ब्राइटफील्ड मायक्रोस्कोपी नमुने स्कॅन करणे XY मायक्रोस्कोप स्टेजच्या अनेक हालचालींमधून तयार झालेल्या प्रतिमांच्या ग्रिडला स्टिच करण्यावर अवलंबून असते. प्रत्येक प्रतिमेसाठी स्टेजला थांबणे, स्थिर होणे आणि नंतर रीस्टार्ट करणे आवश्यक असते, तसेच रोलिंग शटरच्या कोणत्याही विलंबासह. दुसरीकडे, TDI स्टेज गतिमान असताना प्रतिमा मिळवू शकते. नंतर प्रतिमा थोड्याशा लांब 'स्ट्रिप्स' पासून तयार केली जाते, प्रत्येक नमुन्याची संपूर्ण रुंदी व्यापते. यामुळे इमेजिंग परिस्थितीनुसार, सर्व स्टिचिंग अनुप्रयोगांमध्ये मोठ्या प्रमाणात अधिग्रहण गती आणि डेटा थ्रूपुट होऊ शकते.
स्टेज ज्या वेगाने हलू शकतो तो TDI कॅमेऱ्याच्या एकूण एक्सपोजर वेळेच्या व्यस्त प्रमाणात असतो, त्यामुळे एरिया स्कॅन कॅमेऱ्यांच्या तुलनेत कमी एक्सपोजर वेळ (१-२० मिलीसेकंद) इमेजिंग गतीमध्ये सर्वात जास्त सुधारणा देते, ज्यामुळे एकूण अधिग्रहण वेळेत मोठी किंवा जास्त घट होऊ शकते. जास्त एक्सपोजर वेळेसाठी (उदा. > १०० मिलीसेकंद), एरिया स्कॅन सहसा वेळेचा फायदा राखू शकतो.
फक्त दहा सेकंदात तयार झालेल्या खूप मोठ्या (२ गिगापिक्सेल) फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोपी प्रतिमेचे उदाहरण आकृती २ मध्ये दाखवले आहे. एरिया स्कॅन कॅमेऱ्याने तयार केलेल्या समतुल्य प्रतिमेला काही मिनिटे लागू शकतात.
आकृती २: TDI स्कॅनिंग आणि स्टिचिंगद्वारे १० सेकंदात २ गिगापिक्सेल प्रतिमा तयार होते.
टीप: फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोपी वापरून पाहिलेल्या हायलाईटर पेन डॉट्सच्या टक्सेन ध्याना 9kTDI वापरून 10x मॅग्निफिकेशन इमेज मिळवली. 3.6 ms एक्सपोजर टाइम वापरून 10 सेकंदात मिळवली. इमेजचे परिमाण: 30mm x 17mm, 58,000 x 34,160 पिक्सेल.
TDI सिंक्रोनाइझ करणे
TDI कॅमेऱ्याचे इमेजिंग विषयाशी (काही टक्क्यांच्या आत) सिंक्रोनाइझेशन आवश्यक आहे - वेग जुळत नसल्यास 'मोशन ब्लर' परिणाम होईल. हे सिंक्रोनाइझेशन दोन प्रकारे केले जाऊ शकते:
भाकित करणारा: कॅमेऱ्याचा वेग हा नमुना हालचालीचा वेग, ऑप्टिक्स (मॅग्निफिकेशन) आणि कॅमेरा पिक्सेल आकाराच्या ज्ञानावर आधारित गतीच्या गतीशी जुळणारा आहे. किंवा चाचणी आणि त्रुटी.
ट्रिगर केले: इमेजिंग विषय हलविण्यासाठी अनेक मायक्रोस्कोप स्टेज, गॅन्ट्री आणि इतर उपकरणांमध्ये एन्कोडर असू शकतात जे दिलेल्या हालचाली अंतरासाठी कॅमेराला ट्रिगर पल्स पाठवतात. यामुळे स्टेज/गॅन्ट्री आणि कॅमेरा हालचालीच्या गतीकडे दुर्लक्ष करून समक्रमित राहू शकतात.
टीडीआय कॅमेरे विरुद्ध लाईन स्कॅन आणि एरिया स्कॅन कॅमेरे
इतर लोकप्रिय इमेजिंग तंत्रज्ञानाशी TDI ची तुलना कशी होते ते येथे आहे:
| वैशिष्ट्य | टीडीआय कॅमेरा | लाइन स्कॅन कॅमेरा | क्षेत्र स्कॅन कॅमेरा |
| संवेदनशीलता | खूप उंच | मध्यम | कमी ते मध्यम |
| प्रतिमा गुणवत्ता (गती) | उत्कृष्ट | चांगले | उच्च वेगाने अस्पष्ट |
| प्रकाशयोजना आवश्यकता | कमी | मध्यम | उच्च |
| हालचाल सुसंगतता | उत्कृष्ट (जर समक्रमित केले असेल तर) | चांगले | गरीब |
| सर्वोत्तम साठी | जास्त वेग, कमी प्रकाश | जलद गतीने चालणाऱ्या वस्तू | स्थिर किंवा मंद दृश्ये |
जेव्हा दृश्य वेगाने हलत असेल आणि प्रकाशाची पातळी मर्यादित असेल तेव्हा TDI हा एक स्पष्ट पर्याय आहे. लाईन स्कॅन संवेदनशीलतेमध्ये एक पाऊल खाली आहे, तर साध्या किंवा स्थिर सेटअपसाठी क्षेत्र स्कॅन चांगले आहे.
योग्य TDI कॅमेरा निवडणे
TDI कॅमेरा निवडताना, खालील गोष्टींचा विचार करा:
● TDI टप्प्यांची संख्या: अधिक टप्प्यांमुळे SNR वाढतो, परंतु खर्च आणि गुंतागुंत देखील वाढते.
● सेन्सर प्रकार: sCMOS त्याच्या वेग आणि कमी आवाजासाठी पसंत केले जाते; CCD अजूनही काही जुन्या प्रणालींसाठी योग्य असू शकते.
● इंटरफेस: तुमच्या सिस्टमशी सुसंगतता सुनिश्चित करा—कॅमेरा लिंक, कोएक्सप्रेस आणि १० जीआयजीई हे सामान्य पर्याय आहेत, १०० जी सीओएफ आणि ४० जी सीओएफ हे नवीन ट्रेंड म्हणून उदयास आले आहेत.
● वर्णपटीय प्रतिसाद: अनुप्रयोगाच्या गरजांनुसार मोनोक्रोम, रंग किंवा जवळ-इन्फ्रारेड (NIR) यापैकी एक निवडा.
● सिंक्रोनाइझेशन पर्याय: चांगल्या मोशन अलाइनमेंटसाठी एन्कोडर इनपुट किंवा बाह्य ट्रिगर सपोर्ट सारख्या वैशिष्ट्यांचा शोध घ्या.
जर तुमच्या अर्जात नाजूक जैविक नमुने, उच्च-गती तपासणी किंवा कमी प्रकाशाचे वातावरण समाविष्ट असेल, तर sCMOS TDI कदाचित योग्य आहे.
निष्कर्ष
टीडीआय कॅमेरे इमेजिंग तंत्रज्ञानातील एक शक्तिशाली उत्क्रांती दर्शवितात, विशेषतः जेव्हा ते sCMOS सेन्सर्सवर बांधले जातात. मल्टी-लाइन इंटिग्रेशनसह मोशन सिंक्रोनाइझेशन एकत्र करून, ते गतिमान, कमी-प्रकाश दृश्यांसाठी अतुलनीय संवेदनशीलता आणि स्पष्टता देतात.
तुम्ही वेफर्सची तपासणी करत असाल, स्लाईड्स स्कॅन करत असाल किंवा हाय-स्पीड तपासणी करत असाल, TDI कसे कार्य करते हे समजून घेतल्याने तुम्हाला सर्वोत्तम उपाय निवडण्यास मदत होऊ शकते.वैज्ञानिक कॅमेरेतुमच्या इमेजिंग आव्हानांसाठी.
वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न
TDI कॅमेरे एरिया स्कॅन मोडमध्ये काम करू शकतात का?
TDI कॅमेरे 'एरिया-स्कॅन-सारख्या' मोडमध्ये (खूप पातळ) द्विमितीय प्रतिमा तयार करू शकतात, जे सेन्सर टायमिंगच्या युक्तीने साध्य केले जाते. हे फोकस आणि अलाइनमेंट सारख्या कामांसाठी उपयुक्त ठरू शकते.
'एरिया-स्कॅन एक्सपोजर' सुरू करण्यासाठी, कॅमेरामध्ये जितक्या पायऱ्या आहेत तितक्या लवकर TDI पुढे नेऊन सेन्सर प्रथम 'क्लीअर' केला जातो, नंतर तो थांबवला जातो. हे सॉफ्टवेअर नियंत्रणाद्वारे किंवा हार्डवेअर ट्रिगरिंगद्वारे साध्य केले जाते आणि आदर्शपणे अंधारात केले जाते. उदाहरणार्थ, २५६-स्टेज कॅमेराने किमान २५६ ओळी वाचल्या पाहिजेत, नंतर थांबला पाहिजे. हा २५६ ओळींचा डेटा टाकून दिला जातो.
कॅमेरा सुरू होत नसताना किंवा रेषा वाचल्या जात नसताना, सेन्सर एखाद्या एरिया-स्कॅन सेन्सरप्रमाणे वागतो जो प्रतिमा प्रदर्शित करतो.
कॅमेरा निष्क्रिय असताना इच्छित एक्सपोजर वेळ निघून गेला पाहिजे, त्यानंतर कॅमेरा पुन्हा कमीत कमी त्याच्या टप्प्यांच्या संख्येने पुढे गेला पाहिजे, नुकत्याच घेतलेल्या प्रतिमेची प्रत्येक ओळ वाचली पाहिजे. पुन्हा एकदा, आदर्शपणे हा 'वाचण्याचा' टप्पा अंधारात झाला पाहिजे.
TDI ऑपरेशनमधून कमीत कमी विकृती आणि अस्पष्टतेसह क्षेत्र-स्कॅन प्रतिमांचा 'लाइव्ह पूर्वावलोकन' किंवा क्रम प्रदान करण्यासाठी या तंत्राची पुनरावृत्ती केली जाऊ शकते.
टक्सन फोटोनिक्स कंपनी लिमिटेड. सर्व हक्क राखीव. उद्धृत करताना, कृपया स्त्रोताची कबुली द्या:www.tucsen.com
