23/10/10Kelewatan & penyepaduan masa (TDI) ialah kaedah tangkapan imej yang dibina berdasarkan prinsip pengimbasan garisan, di mana satu siri imej satu dimensi ditangkap untuk menjana imej dengan menetapkan masa gerakan sampel dan tangkapan hirisan imej dengan mencetuskan. Walaupun teknologi ini telah wujud selama beberapa dekad, ia biasanya dikaitkan dengan aplikasi sensitiviti rendah, seperti pemeriksaan web.
Kamera generasi baharu telah menggabungkan kepekaan sCMOS dengan kelajuan TDI untuk menawarkan tangkapan imej dengan kualiti yang sama kepada imbasan kawasan tetapi dengan potensi untuk pesanan magnitud pemprosesan yang lebih cepat. Ini amat jelas dalam situasi di mana pengimejan sampel besar dalam keadaan cahaya malap diperlukan. Dalam nota teknikal ini, kami menggariskan cara pengimbasan TDI berfungsi dan membandingkan masa tangkapan imej dengan teknik pengimbasan kawasan besar yang setanding, pengimejan jubin & jahitan.
Daripada pengimbasan talian kepada TDI
Pengimejan imbasan garis ialah teknik pengimejan yang menggunakan satu baris piksel (dirujuk sebagai lajur atau peringkat) untuk mengambil hirisan imej semasa sampel sedang bergerak. Menggunakan mekanisme pencetus elektrik, satu 'kepingan' imej diambil apabila sampel melepasi penderia. Dengan menskalakan kadar pencetus kamera untuk menangkap imej mengikut langkah dengan gerakan sampel dan menggunakan pencengkam bingkai untuk menangkap imej ini, ia boleh dicantumkan bersama untuk membina semula imej.
Pengimejan TDI membina prinsip penangkapan imej sampel ini, bagaimanapun, menggunakan berbilang peringkat untuk meningkatkan bilangan fotoelektron yang ditangkap. Apabila sampel melepasi setiap peringkat, lebih banyak maklumat dikumpul dan ditambah kepada fotoelektron sedia ada yang ditangkap oleh peringkat awal dan dikocok dalam proses yang serupa dengan peranti CCD. Apabila sampel melepasi peringkat akhir, fotoelektron yang dikumpul dihantar ke bacaan, dan isyarat bersepadu merentasi julat digunakan untuk menghasilkan kepingan imej. Dalam Rajah 1, tangkapan imej pada peranti dengan lima lajur TDI (peringkat) ditunjukkan.
Rajah 1: contoh animasi tangkapan imej menggunakan teknologi TDI. Sampel (T biru) disalurkan pada peranti penangkapan imej TDI (lajur 5 piksel, 5 peringkat TDI), dan fotoelektron ditangkap dalam setiap peringkat dan ditambah pada tahap isyarat. Pembacaan menukar ini kepada imej digital.
1a: Imej (T biru) diperkenalkan ke pentas; T sedang bergerak seperti yang ditunjukkan pada peranti.
1b: Apabila T melepasi peringkat pertama, kamera TDI dicetuskan untuk menerima fotoelektron yang ditangkap oleh piksel apabila ia mencapai peringkat pertama pada sensor TDI. Setiap lajur mempunyai satu siri piksel yang menangkap fotoelektron secara individu.
1c: Fotoelektron yang ditangkap ini dikocok ke peringkat kedua, di mana setiap lajur menolak tahap isyaratnya ke peringkat seterusnya.
1d: Seiring dengan pergerakan sampel jarak satu piksel, set kedua fotoelektron ditangkap pada peringkat dua, dan ditambah kepada yang ditangkap sebelum ini, meningkatkan isyarat. Pada peringkat 1, satu set fotoelektron baharu ditangkap, sepadan dengan kepingan tangkapan imej seterusnya.
1e: Proses penangkapan imej yang diterangkan dalam peringkat 1d diulang apabila imej bergerak melepasi penderia. Ini membina isyarat daripada fotoelektron dari peringkat. Isyarat dihantar ke bacaan, yang menukar isyarat fotoelektron menjadi bacaan digital.
1f: Bacaan digital dipaparkan sebagai lajur imej demi lajur. Ini membolehkan pembinaan semula digital imej.
Memandangkan peranti TDI mampu menghantar fotoelektron secara serentak dari satu peringkat ke peringkat seterusnya, dan menangkap fotoelektron baharu dari peringkat pertama semasa sampel sedang bergerak, imej boleh menjadi tak terhingga dengan berkesan dalam bilangan baris yang ditangkap. Kadar pencetus, yang menentukan bilangan kali tangkapan imej (rajah 1a) berlaku, boleh mengikut susunan ratusan kHz.
Dalam contoh Rajah 2, slaid mikroskop 29 x 17 mm ditangkap dalam 10.1 saat menggunakan kamera TDI piksel 5 µm. Walaupun pada tahap zum yang ketara, tahap kabur adalah minimum. Ini mewakili kemajuan besar pada generasi sebelumnya teknologi ini.
Untuk butiran lanjut, Jadual 1 menunjukkan masa pengimejan yang mewakili untuk satu siri saiz sampel biasa pada zum 10, 20 dan 40 x.
Rajah 2: Imej sampel pendarfluor yang ditangkap menggunakan Tucsen 9kTDI. Pendedahan 10 ms, masa tangkapan 10.1 s.
Jadual 1: Matriks masa tangkapan pelbagai saiz sampel (saat) menggunakan kamera Tucsen 9kTDI pada peringkat bermotor siri Zaber MVR pada 10, 20, dan 40 x untuk masa pendedahan 1 & 10 ms.
Pengimejan imbasan kawasan
Pengimejan imbasan kawasan dalam kamera sCMOS melibatkan menangkap keseluruhan imej secara serentak menggunakan tatasusunan piksel 2 dimensi. Setiap piksel menangkap cahaya, menukarnya kepada isyarat elektrik untuk pemprosesan segera dan membentuk imej lengkap dengan resolusi dan kelajuan tinggi. Saiz imej yang boleh ditangkap dalam satu pendedahan ditadbir oleh saiz piksel, pembesaran dan bilangan piksel dalam tatasusunan, setiap (1)
Untuk tatasusunan standard, medan pandangan diberikan oleh (2)
Dalam keadaan di mana sampel terlalu besar untuk medan pandangan kamera, imej boleh dibina dengan mengasingkan imej ke dalam grid imej dengan saiz medan pandangan. Tangkapan imej ini mengikut corak, di mana pentas akan bergerak ke kedudukan pada grid, pentas akan selesai, dan kemudian imej akan ditangkap. Dalam kamera pengatup berguling, terdapat masa menunggu tambahan semasa pengatup berputar. Imej ini boleh ditangkap dengan menggerakkan kedudukan kamera dan mencantumkannya bersama-sama. Rajah 3 menunjukkan imej besar sel manusia di bawah mikroskop pendarfluor yang terbentuk dengan mencantumkan 16 imej yang lebih kecil.
Rajah 3: Slaid sel manusia yang ditangkap oleh kamera imbasan kawasan menggunakan pengimejan jubin & jahitan.
Secara umum, untuk menyelesaikan butiran yang lebih terperinci akan memerlukan lebih banyak imej untuk dijana dan dicantum bersama dengan cara ini. Satu penyelesaian untuk ini adalah dengan mengambil pekerjapengimbasan kamera format besar, yang mempunyai penderia besar dengan kiraan piksel yang tinggi, seiring dengan optik khusus, membolehkan jumlah butiran yang lebih besar ditangkap.
Perbandingan antara TDI dan pengimbasan kawasan (Jubin & Jahitan)
Untuk pengimbasan sampel yang luas, kedua-dua pengimbasan Tile & Stitch dan TDI adalah penyelesaian yang sesuai, namun dengan memilih kaedah terbaik, adalah mungkin untuk mengurangkan masa yang diperlukan untuk mengimbas sampel dengan ketara. Penjimatan masa ini dijana oleh keupayaan pengimbasan TDI untuk menangkap sampel yang bergerak; mengalih keluar kelewatan yang berkaitan dengan penetapan peringkat dan pemasaan pengatup berguling yang dikaitkan dengan pengimejan jubin & jahitan.
Rajah 4 membandingkan hentian (hijau) dan pergerakan (garisan hitam) yang diperlukan untuk menangkap imej sel manusia dalam pengimbasan jubin & jahitan (kiri) dan TDI (kanan). Dengan mengalih keluar keperluan untuk menghentikan dan menjajarkan semula imej dalam pengimejan TDI, adalah mungkin untuk mengurangkan masa pengimejan dengan ketara, memberikan masa pendedahan rendah <100 ms.
Jadual 2 menunjukkan contoh pengimbasan yang berfungsi antara TDI 9k dan kamera sCMOS standard.
Rajah 4: Motif pengimbasan penangkapan sel manusia di bawah pendarfluor yang menunjukkan jubin dan jahitan (kiri) dan pengimejan TDI (kanan).
Jadual 2: Perbandingan imbasan kawasan dan pengimejan TDI untuk sampel 15 x 15 mm dengan kanta objektif 10x dan masa pendedahan 10 ms.
Walaupun TDI menawarkan potensi hebat untuk meningkatkan kelajuan penangkapan imej, terdapat nuansa penggunaan teknologi ini. Untuk masa pendedahan yang tinggi (>100 ms), kepentingan masa yang hilang kepada aspek pergerakan dan penyelesaian imbasan kawasan dikurangkan berbanding dengan masa pendedahan. Dalam keadaan sedemikian, kamera imbasan kawasan mungkin menawarkan masa imbasan yang dikurangkan berbanding dengan pengimejan TDI. Untuk melihat sama ada teknologi TDI boleh menawarkan faedah kepada anda berbanding persediaan semasa anda,hubungi kamiuntuk kalkulator perbandingan.
Aplikasi lain
Banyak soalan penyelidikan memerlukan lebih banyak maklumat daripada satu imej, seperti pemerolehan imej berbilang saluran atau berbilang fokus.
Pengimejan berbilang saluran dalam kamera imbasan kawasan melibatkan menangkap imej menggunakan berbilang panjang gelombang secara serentak. Saluran ini biasanya sepadan dengan panjang gelombang cahaya yang berbeza, seperti merah, hijau dan biru. Setiap saluran menangkap maklumat panjang gelombang atau spektrum tertentu dari tempat kejadian. Kamera kemudiannya menggabungkan saluran ini untuk menghasilkan imej berwarna penuh atau berbilang spektrum, memberikan pandangan yang lebih komprehensif tentang pemandangan dengan butiran spektrum yang berbeza. Dalam kamera imbasan kawasan, ini dicapai dengan pendedahan diskret, namun, dengan pengimejan TDI, pembahagi boleh digunakan untuk memisahkan penderia kepada beberapa bahagian. Membahagikan penderia 9kTDI (45 mm) kepada 3 x 15.0 mm masih lebih besar daripada penderia standard (lebar piksel 6.5 µm, 2048 piksel) lebar 13.3 mm. Selain itu, kerana TDI hanya memerlukan pencahayaan pada bahagian sampel yang diimej, imbasan boleh dikitar dengan lebih cepat.
Satu lagi kawasan yang mungkin berlaku adalah dalam pengimejan berbilang fokus. Pengimejan berbilang fokus dalam kamera imbasan kawasan melibatkan menangkap berbilang imej pada jarak fokus yang berbeza dan menggabungkannya untuk mencipta imej komposit dengan keseluruhan pemandangan dalam fokus tajam. Ia menangani pelbagai jarak dalam adegan dengan menganalisis dan menggabungkan kawasan dalam fokus daripada setiap imej, menghasilkan perwakilan imej yang lebih terperinci. Sekali lagi, dengan menggunakan apembahagiuntuk membahagikan penderia TDI kepada dua (22.5 mm), atau tiga (15.0 mm) keping, adalah mungkin untuk memperoleh imej berbilang fokus lebih cepat daripada imbasan kawasan yang setara. Untuk berbilang fokus tertib lebih tinggi (tindanan z sebanyak 6 atau lebih), bagaimanapun, imbasan kawasan berkemungkinan kekal sebagai teknik pengimejan terpantas.
Kesimpulan
Nota teknikal ini menggariskan perbezaan antara pengimbasan kawasan dan teknologi TDI untuk pengimbasan kawasan besar. Dengan menggabungkan pengimbasan talian dan kepekaan sCMOS, TDI mencapai pengimejan yang pantas dan berkualiti tinggi tanpa gangguan, mengatasi kaedah imbasan kawasan tradisional seperti jubin & jahitan. Nilaikan kelebihan menggunakan kalkulator dalam talian kami, dengan mengambil kira pelbagai andaian yang digariskan dalam dokumen ini. TDI berdiri sebagai alat yang berkuasa untuk pengimejan yang cekap dengan potensi besar untuk mengurangkan masa pengimejan dalam kedua-dua teknik pengimejan standard dan lanjutan.Jika anda ingin melihat sama ada kamera TDI atau kamera imbasan kawasan boleh memadankan aplikasi anda dan meningkatkan masa tangkapan anda, hubungi kami hari ini.
