22/07/13L-Integrazzjoni tad-Dewmien fil-Ħin (TDI) hija teknika tal-immaġini li teżisti qabel l-immaġini diġitali – iżda li għadha tipprovdi vantaġġi tremendi fl-aktar livell avvanzat tal-immaġini llum. Hemm żewġ ċirkostanzi fejn il-kameras TDI jistgħu jiddu – it-tnejn meta s-suġġett tal-immaġini jkun miexi:
1 – Is-suġġett tal-immaġini huwa intrinsikament f'moviment b'veloċità kostanti, bħal fl-ispezzjoni tal-web (bħall-iskennjar ta' folji ta' karta, plastik jew drapp li jiċċaqalqu għal difetti u ħsara), linji ta' assemblaġġ, jew mikrofluwidika u flussi ta' fluwidi.
2 – Suġġetti ta' immaġini statiċi li jistgħu jiġu immaġinati minn kamera mċaqalqa minn żona għal żona, jew billi ċċaqlaq is-suġġett jew il-kamera. Eżempji jinkludu skennjar ta' slajds tal-mikroskopju, spezzjoni ta' materjali, spezzjoni ta' panel ċatt eċċ.
Jekk xi waħda minn dawn iċ-ċirkostanzi tista' tapplika għall-immaġini tiegħek, din il-paġna web se tgħinek tikkunsidra jekk bidla minn kameras konvenzjonali ta' 'skennjar taż-żona' bidimensjonali għal kameras Line Scan TDI tistax tagħti spinta lill-immaġini tiegħek.
Il-problema bl-Iskennjar taż-Żona u l-Miri Mobbli
● Ċajpir tal-Mozzjoni
Xi suġġetti tal-immaġini jkunu f'moviment bilfors, pereżempju fil-fluss ta' fluwidu jew fl-ispezzjoni tal-web. F'applikazzjonijiet oħra, bħall-iskennjar ta' slides u l-ispezzjoni tal-materjali, iż-żamma tas-suġġett f'moviment tista' tkun konsiderevolment aktar mgħaġġla u aktar effiċjenti milli twaqqaf il-moviment għal kull immaġni miksuba. Madankollu, għal kameras ta' skennjar taż-żona, jekk is-suġġett tal-immaġini jkun f'moviment relattiv għall-kamera, dan jista' jippreżenta sfida.
Ċajpir tal-moviment li jgħawweġ immaġni ta' vettura miexja
F'sitwazzjonijiet b'illuminazzjoni limitata jew fejn huma meħtieġa kwalitajiet għoljin ta' immaġni, jista' jkun mixtieq ħin twil ta' espożizzjoni tal-kamera. Madankollu, il-moviment tas-suġġett se jxerred id-dawl tiegħu fuq diversi pixels tal-kamera waqt l-espożizzjoni, u dan iwassal għal 'moviment ċċajpar'. Dan jista' jiġi minimizzat billi l-espożizzjonijiet jinżammu qosra ħafna – taħt il-ħin li jieħu biex punt fuq is-suġġett jaqsam pixel tal-kamera. Dan huwa l-unġeneralment għad-detriment ta' immaġini mudlama, storbjużi, u ħafna drabi ma jistgħux jintużaw.
●Ħjata
Barra minn hekk, tipikament, l-immaġinar ta' suġġetti kbar jew kontinwi b'kameras tal-iskannjar taż-żona jirrikjedi l-akkwist ta' immaġini multipli, li mbagħad jingħaqdu flimkien. Dan l-immiġnar jirrikjedi pixels li jikkoinċidu bejn immaġini ġirien, u b'hekk jitnaqqas l-effiċjenza u jiżdiedu r-rekwiżiti tal-ħażna u l-ipproċessar tad-dejta.
●Illuminazzjoni irregolari
Barra minn hekk, l-illuminazzjoni rarament tkun biżżejjed biex tevita kwistjonijiet u artefatti fil-fruntieri bejn immaġnijiet meħjutin. Ukoll, biex tipprovdi illuminazzjoni fuq żona kbira biżżejjed għall-kamera tal-iskennjar taż-żona b'intensità suffiċjenti, ħafna drabi jkun jeħtieġ l-użu ta' sorsi tad-dawl DC ta' qawwa għolja u prezz għoli.
Illuminazzjoni irregolari fil-ħjata ta' akkwist ta' diversi immaġini ta' moħħ ta' ġurdien. Immaġni minn Watson et al. 2017: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0180486
X'inhi kamera TDI, u kif tgħin?
Fil-kameras konvenzjonali ta' skennjar taż-żona bidimensjonali, hemm tliet fażijiet tal-akkwist ta' immaġni: reset tal-pixel, espożizzjoni, u qari. Matul l-espożizzjoni, jiġu skoperti fotoni mix-xena, li jirriżultaw f'fotoelettroni, li jinħażnu fil-pixels tal-kamera sal-aħħar tal-espożizzjoni. Il-valuri minn kull pixel imbagħad jinqraw, u tiġi ffurmata immaġni 2D. Il-pixels imbagħad jiġu resetjati u l-kargi kollha jitneħħew biex tibda l-espożizzjoni li jmiss.
Madankollu, kif imsemmi, jekk is-suġġett tal-immaġini jkun qed jiċċaqlaq relattivament mal-kamera, id-dawl mis-suġġett jista' jinfirex fuq diversi pixels matul din l-espożizzjoni, u dan iwassal għal ċċajpar tal-moviment. Il-kameras TDI jegħlbu din il-limitazzjoni bl-użu ta' teknika innovattiva. Dan huwa muri fl-[Animazzjoni 1].
●Kif Jaħdmu l-Kameras TDI
Il-kameras TDI joperaw b'mod fundamentalment differenti mill-kameras tal-iskennjar taż-żona. Hekk kif is-suġġett tal-immaġini jiċċaqlaq madwar il-kamera waqt l-espożizzjoni, il-kargi elettroniċi li jiffurmaw l-immaġni akkwistata jiċċaqalqu wkoll, u jibqgħu sinkronizzati. Waqt l-espożizzjoni, il-kameras TDI jistgħu jċaqalqu l-kargi akkwistati kollha minn ringiela waħda ta' pixels għall-oħra, tul il-kamera, sinkronizzati mal-moviment tas-suġġett tal-immaġini. Hekk kif is-suġġett jiċċaqlaq madwar il-kamera, kull ringiela (magħrufa bħala 'Stadju TDI'), tipprovdi opportunità ġdida biex il-kamera tiġi esposta għas-suġġett, u jiġi akkumulat sinjal.
Ladarba ringiela ta' ċċarġijiet akkwistati tasal fit-tarf tal-kamera, huwa biss dakinhar li l-valuri jinqraw u jinħażnu bħala porzjon unidimensjonali tal-immaġni. L-immaġni 2-D hija ffurmata billi kull porzjon suċċessiv tal-immaġni jitwaħħal flimkien hekk kif il-kamera taqrahom. Kull ringiela ta' pixels fl-immaġni li tirriżulta tittraċċa u tieħu ritratti tal-istess 'porzjon' tas-suġġett tal-immaġini, li jfisser li minkejja l-moviment, ma jkun hemm l-ebda ċċajpar.
●Espożizzjoni 256x Itwal
Bil-kameras TDI, il-ħin effettiv tal-espożizzjoni tal-immaġni jingħata mill-ħin kollu li jieħu biex punt fuq is-suġġett jaqsam kull ringiela ta' pixels, b'sa 256 stadju disponibbli fuq xi kameras TDI. Dan ifisser li l-ħin tal-espożizzjoni disponibbli huwa effettivament 256 darba akbar minn dak li tista' tikseb kamera ta' skennjar taż-żona.
Dan jista' jwassal għal żewġ titjib, jew bilanċ tat-tnejn. L-ewwelnett, jista' jinkiseb żieda sinifikanti fil-veloċità tal-immaġini. Meta mqabbel ma' kamera tal-iskennjar taż-żona, is-suġġett tal-immaġini jista' jiċċaqlaq sa 256 darba aktar malajr filwaqt li xorta jaqbad l-istess ammont ta' sinjal, sakemm ir-rata tal-linja tal-kamera tkun mgħaġġla biżżejjed biex tlaħħaq.
Min-naħa l-oħra, jekk tkun meħtieġa sensittività akbar, il-ħin ta' espożizzjoni itwal jista' jippermetti immaġini ta' kwalità ferm ogħla, intensità ta' illuminazzjoni aktar baxxa, jew it-tnejn.
●Fluss kbir ta' dejta mingħajr ħjata
Peress li l-kamera TDI tipproduċi immaġni bidimensjonali minn sezzjonijiet unidimensjonali suċċessivi, l-immaġni li tirriżulta tista' tkun kbira daqs kemm ikun meħtieġ. Filwaqt li n-numru ta' pixels fid-direzzjoni 'orizzontali' jingħata mill-wisa' tal-kamera, pereżempju 9072 pixel, id-daqs 'vertikali' tal-immaġni huwa illimitat, u sempliċement determinat minn kemm iddum taħdem il-kamera. B'rati tal-linja sa 510kHz, dan jista' jwassal għal throughput massiv ta' dejta.
Flimkien ma' dan, il-kameras TDI jistgħu joffru kampi viżivi wesgħin ħafna. Pereżempju, kamera ta' 9072 pixel b'pixels ta' 5µm tipprovdi kamp viżiv orizzontali ta' 45mm b'riżoluzzjoni għolja. Biex tinkiseb l-istess wisa' tal-immaġini b'kamera ta' skennjar b'erja ta' pixel ta' 5µm, ikun hemm bżonn ta' sa tliet kameras 4K ħdejn xulxin.
●Titjib fuq il-kameras tal-iskannjar tal-linja
Il-kameras TDI mhux biss joffru titjib meta mqabbla mal-kameras tal-iskannjar taż-żona. Il-kameras tal-iskannjar tal-linja, li jaqbdu linja waħda biss ta' pixels, ibatu wkoll minn ħafna mill-istess problemi bl-intensità tad-dawl u l-espożizzjonijiet qosra bħall-kameras tal-iskannjar taż-żona.
Għalkemm bħall-kameras TDI, il-kameras tal-iskannjar tal-linja joffru illuminazzjoni aktar uniformi b'setup aktar sempliċi, u jevitaw il-ħtieġa għal ħjata tal-immaġni, ħafna drabi jistgħu jeħtieġu illuminazzjoni intensa ħafna u/jew moviment bil-mod tas-suġġett biex jaqbdu biżżejjed sinjal għal immaġni ta' kwalità għolja. L-espożizzjonijiet itwal u l-veloċitajiet aktar mgħaġġla tas-suġġett li jippermettu l-kameras TDI jfissru li dawl b'intensità aktar baxxa u bi prezz aktar baxx jista' jintuża filwaqt li titjieb l-effiċjenza tal-immaġini. Pereżempju, linja ta' produzzjoni tista' tkun kapaċi timxi minn dwal aloġeni bi prezz għoli u konsum għoli ta' enerġija li jeħtieġu enerġija DC, għal dawl LED.
Kif jaħdmu l-kameras TDI?
Hemm tliet standards komuni dwar kif tinkiseb immaġini TDI fuq sensur tal-kamera.
● CCD TDI– Il-kameras tas-CCD huma l-eqdem stil ta’ kameras diġitali. Minħabba d-disinn elettroniku tagħhom, il-kisba tal-imġiba tat-TDI fuq CCD hija relattivament sempliċi ħafna, b’ħafna sensuri tal-kamera intrinsikament kapaċi joperaw b’dan il-mod. Għalhekk, is-CCDs tat-TDI ilhom jintużaw għal għexieren ta’ snin.
Madankollu, it-teknoloġija CCD għandha l-limitazzjonijiet tagħha. L-iżgħar daqs ta' pixel komunement disponibbli għall-kameras CCD TDI huwa ta' madwar 12µm x 12µm – dan, flimkien ma' għadd żgħir ta' pixels, jillimita l-abbiltajiet tal-kameras biex isolvu dettalji fini. Barra minn hekk, il-veloċità tal-akkwist hija aktar baxxa minn teknoloġiji oħra, filwaqt li l-istorbju tal-qari – fattur ewlieni li jillimita fl-immaġini f'dawl baxx – huwa għoli. Il-konsum tal-enerġija huwa wkoll għoli, li huwa fattur ewlieni f'xi applikazzjonijiet. Dan wassal għax-xewqa li jinħolqu kameras TDI bbażati fuq l-arkitettura CMOS.
●CMOS TDI bikri: Dominju tal-vultaġġ u somma diġitali
Il-kameras CMOS jegħlbu ħafna mil-limitazzjonijiet tal-istorbju u l-veloċità tal-kameras CCD, filwaqt li jużaw inqas enerġija, u joffru daqsijiet iżgħar tal-pixel. Madankollu, l-imġiba tat-TDI kienet ħafna aktar diffiċli biex tinkiseb fuq il-kameras CMOS, minħabba d-disinn tal-pixel tagħhom. Filwaqt li s-CCDs iċaqalqu fiżikament il-fotoelettroni minn pixel għal pixel biex jimmaniġġjaw is-sensor, il-kameras CMOS jikkonvertu s-sinjali fil-fotoelettroni għal vultaġġi f'kull pixel qabel il-qari.
L-imġiba tat-TDI fuq sensur CMOS ilha tiġi esplorata mill-2001, madankollu, l-isfida dwar kif tiġi mmaniġġjata l-'akkumulazzjoni' tas-sinjal hekk kif l-espożizzjoni tiċċaqlaq minn ringiela għall-oħra kienet sinifikanti. Żewġ metodi bikrija għas-CMOS TDI li għadhom jintużaw fil-kameras kummerċjali llum huma l-akkumulazzjoni tad-dominju tal-vultaġġ u s-somma diġitali tat-TDI CMOS. Fil-kameras tal-akkumulazzjoni tad-dominju tal-vultaġġ, hekk kif kull ringiela ta' sinjal tinkiseb hekk kif is-suġġett tal-immaġini jiċċaqlaq, il-vultaġġ miksub jiżdied elettronikament mal-akkwist totali għal dik il-parti tal-immaġni. L-akkumulazzjoni tal-vultaġġi b'dan il-mod tintroduċi storbju addizzjonali għal kull stadju TDI żejjed li jiżdied, u b'hekk tillimita l-benefiċċji ta' stadji addizzjonali. Kwistjonijiet bil-linearità jisfidaw ukoll l-użu ta' dawn il-kameras għal applikazzjonijiet preċiżi.
It-tieni metodu huwa t-TDI tas-somma diġitali. F'dan il-metodu, kamera CMOS effettivament taħdem fil-modalità ta' skennjar taż-żona b'espożizzjoni qasira ħafna mqabbla mal-ħin meħud mis-suġġett tal-immaġini biex jiċċaqlaq fuq ringiela waħda ta' pixels. Iżda, ir-ringieli minn kull frejm suċċessiv jiżdiedu flimkien diġitalment b'tali mod li jinkiseb effett TDI. Peress li l-kamera kollha trid tinqara għal kull ringiela ta' pixels fl-immaġni li tirriżulta, din iż-żieda diġitali żżid ukoll l-istorbju tal-qari għal kull ringiela, u tillimita l-veloċità tal-akkwist.
●L-istandard modern: charge-domain TDI CMOS, jew CCD-on-CMOS TDI
Il-limitazzjonijiet tas-CMOS TDI ta' hawn fuq ġew megħluba dan l-aħħar permezz tal-introduzzjoni tas-CMOS ta' akkumulazzjoni tad-dominju tal-ċarġ TDI, magħruf ukoll bħala CCD-on-CMOS TDI. L-operazzjoni ta' dawn is-sensuri hija murija f'[Animazzjoni 1]. Kif jimplika l-isem, dawn is-sensuri joffru l-moviment ta' ċċarġijiet simili għas-CCD minn pixel għall-ieħor, billi jakkumulaw sinjal f'kull stadju TDI permezz taż-żieda ta' fotoelettroni fil-livell ta' ċċarġijiet individwali. Dan huwa effettivament ħieles mill-istorbju. Madankollu, il-limitazzjonijiet tas-CCD TDI huma megħluba permezz tal-użu tal-arkitettura tal-qari CMOS, li tippermetti l-veloċitajiet għoljin, l-istorbju baxx u l-konsum baxx ta' enerġija komuni għall-kameras CMOS.
Speċifikazzjonijiet tat-TDI: x'inhu importanti?
●Teknoloġija:L-aktar fattur importanti huwa liema teknoloġija tas-sensuri tintuża kif diskuss hawn fuq. Is-CMOS TDI tad-dominju tal-ċarġ se jagħti l-aqwa prestazzjoni.
●Stadji tat-TDI:Dan huwa n-numru ta' ringieli tas-sensor li fuqhom jista' jiġi akkumulat is-sinjal. Iktar ma kamera jkollha stadji TDI, iktar ikun twil il-ħin effettiv tal-espożizzjoni tagħha. Jew, iktar ma jkun mgħaġġel is-suġġett tal-immaġini, sakemm il-kamera jkollha rata tal-linja suffiċjenti.
●Rata tal-Linja:Kemm ringieli tista' taqra l-kamera kull sekonda. Dan jiddetermina l-veloċità massima tal-moviment li l-kamera tista' tlaħħaq magħha.
●Effiċjenza KwantistikaDan jindika s-sensittività tal-kamera għad-dawl f'tul ta' mewġ differenti, mogħtija mill-probabbiltà li foton inċidentali jiġi skopert u jipproduċi fotoelettron. Effiċjenza kwantistika ogħla tista' toffri qawwa ta' illuminazzjoni aktar baxxa, jew tħaddim aktar mgħaġġel filwaqt li żżomm l-istess livelli tas-sinjal.
Barra minn hekk, il-kameras ivarjaw fil-medda ta' wavelengths li fiha tista' tinkiseb sensittività tajba, b'xi kameras joffru sensittività sat-tarf ultravjola (UV) tal-ispettru, f'wavelength ta' madwar 200nm.
●Aqra l-Istorbju:L-istorbju tal-qari huwa l-fattur sinifikanti l-ieħor fis-sensittività ta' kamera, li jiddetermina s-sinjal minimu li jista' jiġi skopert 'il fuq mill-livell tal-istorbju tal-kamera. B'istorbju għoli tal-qari, il-karatteristiċi mudlama ma jistgħux jiġu skoperti u l-firxa dinamika titnaqqas ħafna, li jfisser li jridu jintużaw illuminazzjoni aktar qawwija jew ħinijiet ta' espożizzjoni itwal u veloċitajiet ta' moviment aktar bil-mod.
Speċifikazzjonijiet tat-TDI: x'inhu importanti?
Bħalissa, il-kameras TDI jintużaw għall-ispezzjoni tal-web, l-ispezzjoni tal-elettronika u l-manifattura, u applikazzjonijiet oħra tal-viżjoni bil-magna. Flimkien ma’ dan hemm applikazzjonijiet ta’ sfida f’dawl baxx bħall-immaġini bil-fluworexxenza u l-iskannjar ta’ slides.
Madankollu, bl-introduzzjoni ta' kameras TDI CMOS b'veloċità għolja, storbju baxx u sensittività għolja, hemm potenzjal kbir għal żidiet fil-veloċità u l-effiċjenza f'applikazzjonijiet ġodda li qabel kienu jużaw biss kameras li jiskennjaw iż-żona. Kif introduċejna fil-bidu tal-artiklu, il-kameras TDI jistgħu jkunu l-aħjar għażla biex jinkisbu veloċitajiet għoljin u kwalitajiet għoljin ta' immaġni kemm għal suġġetti li diġà qed jimmaġinaw f'moviment kostanti, kif ukoll fejn il-kamera tista' tiġi skennjata fuq suġġetti statiċi.
Pereżempju, f'applikazzjoni ta' mikroskopija, nistgħu nqabblu l-veloċità teoretika tal-akkwist ta' kamera TDI ta' 9K pixel, 256 stadju b'pixels ta' 5 µm ma' kamera ta' skennjar ta' żona ta' kamera ta' 12MP b'pixels ta' 5 µm. Ejja neżaminaw l-akkwist ta' żona ta' 10 x 10 mm b'ingrandiment ta' 20x billi niċċaqalqu l-istadju.
1. L-użu ta' oġġettiv ta' 20x mal-kamera tal-iskannjar taż-żona jagħti kamp viżiv tal-immaġini ta' 1.02 x 0.77 mm.
2. Bil-kamera TDI, jista' jintuża oġġettiv ta' 10x b'ingrandiment addizzjonali ta' 2x biex tingħeleb kwalunkwe limitazzjoni fil-kamp viżiv tal-mikroskopju, biex jinkiseb kamp viżiv orizzontali tal-immaġini ta' 2.3mm.
3. Jekk nassumu 2% ta' pixel overlap bejn l-immaġini għal skopijiet ta' stitching, 0.5 sekondi biex l-istadju jiċċaqlaq għal post stabbilit, u ħin ta' espożizzjoni ta' 10ms, nistgħu nikkalkulaw il-ħin li tieħu l-kamera tal-iskennjar taż-żona. Bl-istess mod, nistgħu nikkalkulaw il-ħin li tieħu l-kamera TDI kieku l-istadju jinżamm f'moviment kostanti biex jiskennja fid-direzzjoni Y, bl-istess ħin ta' espożizzjoni għal kull linja.
4. F'dan il-każ, il-kamera tal-iskennjar taż-żona teħtieġ 140 immaġni biex jinkisbu, b'63 sekonda mgħoddija biex iċċaqlaq l-istadju. Il-kamera TDI takkwista biss 5 immaġni twal, b'2 sekondi biss mgħoddija biex iċċaqlaq l-istadju għall-kolonna li jmiss.
5. Il-ħin totali mgħoddi biex tinkiseb iż-żona ta' 10 x 10 mm ikun64.4 sekondi għall-kamera tal-iskennjar taż-żona,u biss9.9 sekondi għall-kamera TDI.
Jekk tixtieq tara jekk kamera TDI tistax taqbel mal-applikazzjoni tiegħek u tissodisfa l-bżonnijiet tiegħek, ikkuntattjana llum.
