22/07/13Integrimi i Vonesës në Kohë (TDI) është një teknikë imazherie që i paraprin imazherisë dixhitale - por që ende ofron avantazhe të jashtëzakonshme në ballë të imazherisë sot. Ekzistojnë dy rrethana në të cilat kamerat TDI mund të shkëlqejnë - të dyja kur subjekti i imazhit është në lëvizje:
1 – Subjekti i imazhit është në lëvizje me një shpejtësi konstante, si në inspektimin e rrjetës (siç është skanimi i fletëve të letrës, plastikës ose pëlhurës në lëvizje për defekte dhe dëmtime), linjat e montimit ose mikrofluidikat dhe rrjedhat e lëngjeve.
2 – Subjektet statike të imazhit që mund të fotografohen nga një kamera e lëvizur nga një zonë në tjetrën, duke lëvizur subjektin ose kamerën. Shembujt përfshijnë skanimin e diapozitivave të mikroskopit, inspektimin e materialeve, inspektimin e paneleve të sheshta etj.
Nëse ndonjëra prej këtyre rrethanave mund të zbatohet për imazhet tuaja, kjo faqe interneti do t'ju ndihmojë të merrni në konsideratë nëse një kalim nga kamerat konvencionale 2-dimensionale të 'skanimit të zonës' në kamerat Line Scan TDI mund t'i japë imazheve tuaja një përmirësim.
Problemi me Skanimin e Zonës dhe Shënjestrat në Lëvizje
● Mjegullim Lëvizjeje
Disa subjekte imazhesh janë në lëvizje nga nevoja, për shembull në inspektimin e rrjedhës së lëngjeve ose rrjetës. Në aplikime të tjera, siç është skanimi i diapozitivave dhe inspektimi i materialeve, mbajtja e subjektit në lëvizje mund të jetë dukshëm më e shpejtë dhe më efikase sesa ndalimi i lëvizjes për çdo imazh të marrë. Megjithatë, për kamerat me skanim të zonës, nëse subjekti i imazhit është në lëvizje në lidhje me kamerën, kjo mund të paraqesë një sfidë.
Turbullira e lëvizjes që shtrembëron imazhin e një automjeti në lëvizje
Në situata me ndriçim të kufizuar ose ku kërkohen cilësi të larta të imazhit, mund të dëshirohet një kohë e gjatë ekspozimi e kamerës. Megjithatë, lëvizja e subjektit do ta përhapë dritën e tij mbi shumë pikselë të kamerës gjatë ekspozimit, duke çuar në 'turbullim lëvizjeje'. Kjo mund të minimizohet duke i mbajtur ekspozimet shumë të shkurtra - nën kohën që do t'i duhej një pike në subjekt për të përshkuar një piksel të kamerës. Kjo ështëunzakonisht në kurriz të imazheve të errëta, të zhurmshme dhe shpesh të papërdorshme.
●Qepje
Për më tepër, zakonisht imazhimi i subjekteve të mëdha ose të vazhdueshme me kamera skanimi sipërfaqësor kërkon marrjen e imazheve të shumëfishta, të cilat më pas bashkohen së bashku. Ky bashkim kërkon mbivendosje të pikselëve midis imazheve fqinje, duke zvogëluar efikasitetin dhe duke rritur kërkesat e ruajtjes dhe përpunimit të të dhënave.
●Ndriçim i pabarabartë
Për më tepër, ndriçimi rrallë do të jetë i mjaftueshëm për të shmangur problemet dhe artefaktet në kufijtë midis imazheve të qepura. Gjithashtu, për të siguruar ndriçim në një sipërfaqe mjaftueshëm të madhe për kamerën e skanimit të zonës me intensitet të mjaftueshëm, shpesh kërkohet përdorimi i burimeve të dritës DC me fuqi të lartë dhe kosto të lartë.
Ndriçim i pabarabartë në qepjen e një përvetësimi me shumë imazhe të trurit të një miu. Imazh nga Watson et al. 2017: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0180486
Çfarë është një aparat fotografik TDI dhe si ndihmon?
Në kamerat konvencionale 2-dimensionale të skanimit të sipërfaqes, ka tre faza të marrjes së një imazhi: rivendosja e pikselëve, ekspozimi dhe leximi. Gjatë ekspozimit, fotonet nga vendi i ngjarjes zbulohen, duke rezultuar në fotoelektrone, të cilat ruhen në pikselët e kamerës deri në fund të ekspozimit. Vlerat nga çdo piksel lexohen më pas dhe formohet një imazh 2D. Pikselët më pas rivendosen dhe të gjitha ngarkesat pastrohen për të filluar ekspozimin tjetër.
Megjithatë, siç u përmend, nëse subjekti i imazhit lëviz në lidhje me kamerën, drita nga subjekti mund të përhapet mbi pikselë të shumtë gjatë këtij ekspozimi, duke çuar në turbullim të lëvizjes. Kamerat TDI e kapërcejnë këtë kufizim duke përdorur një teknikë inovative. Kjo demonstrohet në [Animacionin 1].
●Si funksionojnë kamerat TDI
Kamerat TDI funksionojnë në një mënyrë thelbësisht të ndryshme nga kamerat me skanim zone. Ndërsa subjekti i imazhit lëviz nëpër kamerë gjatë ekspozimit, ngarkesat elektronike që përbëjnë imazhin e përftuar lëvizin gjithashtu, duke qëndruar të sinkronizuara. Gjatë ekspozimit, kamerat TDI janë në gjendje të përziejnë të gjitha ngarkesat e përftuara nga një rresht pikselësh në tjetrin, përgjatë kamerës, të sinkronizuara me lëvizjen e subjektit të imazhit. Ndërsa subjekti lëviz nëpër kamerë, çdo rresht (i njohur si 'Faza TDI'), ofron një mundësi të re për ta ekspozuar kamerën ndaj subjektit dhe për të grumbulluar sinjal.
Pasi një rresht me ngarkesa të përftuara arrin në fund të kamerës, vetëm atëherë vlerat lexohen dhe ruhen si një prerje 1-dimensionale e imazhit. Imazhi 2-D formohet duke ngjitur së bashku çdo prerje të njëpasnjëshme të imazhit ndërsa kamera i lexon ato. Çdo rresht pikselësh në imazhin që rezulton gjurmon dhe imazhon të njëjtën 'prerje' të subjektit të imazhit, që do të thotë se pavarësisht lëvizjes, nuk ka turbullim.
●Ekspozim 256 herë më i gjatë
Me kamerat TDI, koha efektive e ekspozimit të imazhit jepet nga koha e plotë që i duhet një pike në subjekt për të përshkuar çdo rresht pikselësh, me deri në 256 faza të disponueshme në disa kamera TDI. Kjo do të thotë që koha e disponueshme e ekspozimit është në fakt 256 herë më e madhe se sa mund të arrijë një kamera skanimi të sipërfaqes.
Kjo mund të ofrojë njërën nga dy përmirësimet, ose një ekuilibër të të dyjave. Së pari, mund të arrihet një rritje e ndjeshme e shpejtësisë së imazhit. Krahasuar me një kamera skanimi zone, subjekti që po fotografohet mund të lëvizë deri në 256 herë më shpejt, ndërkohë që kap të njëjtën sasi sinjali, me kusht që shpejtësia e linjës së kamerës të jetë mjaftueshëm e shpejtë për t'iu përshtatur ritmit.
Nga ana tjetër, nëse kërkohet ndjeshmëri më e madhe, koha më e gjatë e ekspozimit mund të mundësojë imazhe me cilësi shumë më të lartë, intensitet më të ulët ndriçimi ose të dyja.
●Rendiment i madh i të dhënave pa ndërthurje
Meqenëse kamera TDI prodhon një imazh 2-dimensional nga prerje të njëpasnjëshme 1-dimensionale, imazhi që rezulton mund të jetë aq i madh sa kërkohet. Ndërsa numri i pikselëve në drejtimin 'horizontal' jepet nga gjerësia e kamerës, për shembull 9072 piksel, madhësia 'vertikale' e imazhit është e pakufizuar dhe përcaktohet thjesht nga kohëzgjatja e funksionimit të kameras. Me shpejtësi linjash deri në 510kHz, kjo mund të ofrojë një rendiment të madh të të dhënave.
Kombinuar me këtë, kamerat TDI mund të ofrojnë fusha shumë të gjera shikimi. Për shembull, një kamera me 9072 pikselë me pikselë 5µm ofron një fushë shikimi horizontale prej 45 mm me rezolucion të lartë. Për të arritur të njëjtën gjerësi imazhi me një kamera skanimi me sipërfaqe pikselësh 5µm, do të duheshin deri në tre kamera 4K krah për krah.
●Përmirësime në krahasim me kamerat e skanimit në linjë
Kamerat TDI nuk ofrojnë vetëm përmirësime në krahasim me kamerat me skanim sipërfaqësor. Kamerat me skanim vijor, të cilat kapin vetëm një vijë të vetme pikselësh, vuajnë gjithashtu nga shumë nga të njëjtat probleme me intensitetin e ndriçimit dhe ekspozimet e shkurtra si kamerat me skanim sipërfaqësor.
Edhe pse ashtu si kamerat TDI, kamerat me skanim vijor ofrojnë ndriçim më të njëtrajtshëm me një konfigurim më të thjeshtë dhe shmangin nevojën për bashkimin e imazhit, ato shpesh mund të kërkojnë ndriçim shumë intensiv dhe/ose lëvizje të ngadaltë të subjektit për të kapur sinjal të mjaftueshëm për një imazh me cilësi të lartë. Ekspozimet më të gjata dhe shpejtësitë më të larta të subjektit që mundësojnë kamerat TDI do të thotë se mund të përdoret ndriçim me intensitet më të ulët dhe kosto më të ulët, duke përmirësuar njëkohësisht efikasitetin e imazhit. Për shembull, një linjë prodhimi mund të jetë në gjendje të kalojë nga dritat halogjene me kosto të lartë dhe konsum të lartë energjie që kërkojnë energji DC, në ndriçim LED.
Si funksionojnë kamerat TDI?
Ekzistojnë tre standarde të zakonshme për mënyrën e arritjes së imazheve TDI në një sensor kamere.
● CCD TDI– Kamerat CCD janë stili më i vjetër i kamerave dixhitale. Për shkak të dizajnit të tyre elektronik, arritja e sjelljes TDI në një CCD është relativisht shumë e thjeshtë, me shumë sensorë kamerash që janë të aftë të funksionojnë në këtë mënyrë. Prandaj, CCD-të TDI kanë qenë në përdorim për dekada të tëra.
Megjithatë, teknologjia CCD ka kufizimet e veta. Madhësia më e vogël e pikselëve që zakonisht është e disponueshme për kamerat CCD TDI është rreth 12µm x 12µm - kjo, së bashku me numrin e vogël të pikselëve, kufizon aftësitë e kamerave për të dalluar detajet e imëta. Për më tepër, shpejtësia e marrjes së imazheve është më e ulët se në teknologjitë e tjera, ndërsa zhurma e leximit - një faktor kryesor kufizues në imazhet me dritë të ulët - është e lartë. Konsumi i energjisë është gjithashtu i lartë, i cili është një faktor kryesor në disa aplikime. Kjo çoi në dëshirën për të krijuar kamera TDI bazuar në arkitekturën CMOS.
●CMOS TDI i hershëm: Domeni i tensionit dhe mbledhja dixhitale
Kamerat CMOS kapërcejnë shumë nga kufizimet e zhurmës dhe shpejtësisë së kamerave CCD, duke përdorur më pak energji dhe duke ofruar madhësi më të vogla pikselësh. Megjithatë, sjellja TDI ishte shumë më e vështirë për t'u arritur në kamerat CMOS, për shkak të dizajnit të tyre të pikselëve. Ndërsa CCD-të lëvizin fizikisht fotoelektronet nga pikseli në piksel për të menaxhuar sensorin, kamerat CMOS i shndërrojnë sinjalet në fotoelektrone në tensione në secilin piksel para leximit.
Sjellja e TDI në një sensor CMOS është eksploruar që nga viti 2001, megjithatë, sfida se si të trajtohet 'akumulimi' i sinjalit ndërsa ekspozimi lëviz nga një rresht në tjetrin ishte e rëndësishme. Dy metoda të hershme për CMOS TDI që përdoren ende në kamerat komerciale sot janë akumulimi i domenit të tensionit dhe mbledhja dixhitale e TDI CMOS. Në kamerat e akumulimit të domenit të tensionit, ndërsa çdo rresht sinjali merret ndërsa subjekti i imazhit kalon, tensioni i marrë shtohet elektronikisht në marrjen totale për atë pjesë të imazhit. Akumulimi i tensioneve në këtë mënyrë sjell zhurmë shtesë për çdo fazë shtesë TDI që shtohet, duke kufizuar përfitimet e fazave shtesë. Problemet me linearitetin gjithashtu sfidojnë përdorimin e këtyre kamerave për aplikime të sakta.
Metoda e dytë është mbledhja dixhitale TDI. Në këtë metodë, një kamerë CMOS funksionon në mënyrë efektive në modalitetin e skanimit të zonës me një ekspozim shumë të shkurtër që përputhet me kohën që i duhet subjektit të imazhit për të lëvizur nëpër një rresht të vetëm pikselësh. Por, rreshtat nga çdo kuadër i njëpasnjëshëm shtohen së bashku në mënyrë dixhitale në një mënyrë të tillë që të jepet një efekt TDI. Meqenëse e gjithë kamera duhet të lexohet për çdo rresht pikselësh në imazhin që rezulton, ky shtim dixhital shton gjithashtu zhurmën e leximit për çdo rresht dhe kufizon shpejtësinë e marrjes së të dhënave.
●Standardi modern: CMOS TDI me domen ngarkesëje, ose CCD-on-CMOS TDI
Kufizimet e CMOS TDI të mësipërme janë kapërcyer kohët e fundit nëpërmjet futjes së CMOS TDI me akumulim të domenit të ngarkesës, i njohur edhe si CCD-on-CMOS TDI. Funksionimi i këtyre sensorëve demonstrohet në [Animacioni 1]. Siç nënkupton edhe emri, këta sensorë ofrojnë lëvizjen e ngarkesave nga një piksel në tjetrin, të ngjashme me CCD, duke grumbulluar sinjal në secilën fazë të TDI nëpërmjet shtimit të fotoelektroneve në nivelin e ngarkesave individuale. Kjo është praktikisht pa zhurmë. Megjithatë, kufizimet e CCD TDI kapërcehen nëpërmjet përdorimit të arkitekturës së leximit CMOS, duke mundësuar shpejtësi të larta, zhurmë të ulët dhe konsum të ulët të energjisë të zakonshme për kamerat CMOS.
Specifikimet TDI: çfarë ka rëndësi?
●Teknologjia:Faktori më i rëndësishëm është teknologjia e sensorëve që përdoret, siç u diskutua më sipër. CMOS TDI me domenin e ngarkesës do të ofrojë performancën më të mirë.
●Fazat e TDI-së:Ky është numri i rreshtave të sensorit mbi të cilët mund të grumbullohet sinjali. Sa më shumë faza TDI të ketë një aparat fotografik, aq më e gjatë mund të jetë koha efektive e ekspozimit. Ose, aq më shpejt mund të lëvizë subjekti i imazhit, me kusht që kamera të ketë shpejtësi të mjaftueshme të vijave.
●Shkalla e linjës:Sa rreshta mund të lexojë kamera në sekondë. Kjo përcakton shpejtësinë maksimale të lëvizjes që kamera mund të mbajë.
●Efikasiteti KuantikKjo tregon ndjeshmërinë e kamerës ndaj dritës në gjatësi vale të ndryshme, e dhënë nga gjasat që një foton incident të zbulohet dhe të prodhojë një fotoelektron. Një efikasitet më i lartë kuantik mund të ofrojë forcë më të ulët ndriçimi ose funksionim më të shpejtë duke ruajtur të njëjtat nivele sinjali.
Për më tepër, kamerat ndryshojnë në diapazonin e gjatësisë së valës në të cilin mund të arrihet ndjeshmëri e mirë, me disa kamera që ofrojnë ndjeshmëri deri në fundin ultravjollcë (UV) të spektrit, në rreth 200 nm gjatësi vale.
●Zhurma e Leximit:Zhurma e leximit është faktori tjetër i rëndësishëm në ndjeshmërinë e një kamere, i cili përcakton sinjalin minimal që mund të zbulohet mbi nivelin minimal të zhurmës së kamerës. Me zhurmë të lartë leximi, tiparet e errëta nuk mund të zbulohen dhe diapazoni dinamik zvogëlohet ndjeshëm, që do të thotë se duhet të përdoret ndriçim më i ndritshëm ose kohë më të gjata ekspozimi dhe shpejtësi më të ngadalta lëvizjeje.
Specifikimet TDI: çfarë ka rëndësi?
Aktualisht, kamerat TDI përdoren për inspektimin e faqeve të internetit, inspektimin e elektronikës dhe prodhimit, si dhe aplikime të tjera të shikimit automatik. Krahas kësaj, ekzistojnë edhe aplikime sfiduese në dritë të ulët, siç janë imazhet me fluoreshencë dhe skanimi i diapozitivave.
Megjithatë, me futjen e kamerave CMOS TDI me shpejtësi të lartë, zhurmë të ulët dhe ndjeshmëri të lartë, ekziston një potencial i madh për rritje të shpejtësisë dhe efikasitetit në aplikacionet e reja që më parë përdornin vetëm kamera me skanim të zonës. Siç e prezantuam në fillim të artikullit, kamerat TDI mund të jenë zgjidhja më e mirë për arritjen e shpejtësive të larta dhe cilësive të larta të imazhit ose për imazhet e subjekteve në lëvizje të vazhdueshme, ose kur kamera mund të skanohet nëpër subjekte statike të imazhit.
Për shembull, në një aplikim mikroskopie, mund të krahasojmë shpejtësinë teorike të marrjes së të dhënave të një kamere TDI me 9K piksel, 256 faza dhe 5 µm piksel me një kamerë skanimi të sipërfaqes së kamerës 12MP me 5 µm piksel. Le të shqyrtojmë marrjen e një sipërfaqeje 10 x 10 mm me zmadhim 20x duke lëvizur skenën.
1. Përdorimi i një objektivi 20x me kamerën e skanimit të zonës do të ofronte një fushëpamje imazherie prej 1.02 x 0.77 mm.
2. Me kamerën TDI, një objektiv 10x me një zmadhim shtesë 2x mund të përdoret për të kapërcyer çdo kufizim në fushën e shikimit të mikroskopit, për të ofruar një fushë shikimi imazherie horizontale prej 2.3 mm.
3. Duke supozuar mbivendosje 2% të pikselëve midis imazheve për qëllime qepjeje, 0.5 sekonda për të zhvendosur skenën në një vendndodhje të caktuar dhe një kohë ekspozimi prej 10ms, mund të llogarisim kohën që do t'i duhej kamerës së skanimit të zonës. Në mënyrë të ngjashme, mund të llogarisim kohën që do t'i duhej kamerës TDI nëse skena do të mbahej në lëvizje të vazhdueshme për të skanuar në drejtimin Y, me të njëjtën kohë ekspozimi për rresht.
4. Në këtë rast, kamera e skanimit të zonës do të kërkonte 140 imazhe për t'u marrë, me 63 sekonda të shpenzuara për lëvizjen e skenës. Kamera TDI do të merrte vetëm 5 imazhe të gjata, me vetëm 2 sekonda të shpenzuara për lëvizjen e skenës në kolonën tjetër.
5. Koha totale e shpenzuar për marrjen e sipërfaqes 10 x 10 mm do të ishte64.4 sekonda për kamerën e skanimit të zonës,dhe thjesht9.9 sekonda për kamerën TDI.
Nëse dëshironi të shihni nëse një kamerë TDI mund të përputhet me aplikimin tuaj dhe të përmbushë nevojat tuaja, na kontaktoni sot.
