25/08/08Në imazherinë industriale dhe shkencore, kapja e objekteve që lëvizin me shpejtësi në kushte me dritë të ulët paraqet një sfidë të vazhdueshme. Këtu hyjnë në lojë kamerat me Integrim të Vonesës në Kohë (TDI). Teknologjia TDI kombinon sinkronizimin e lëvizjes dhe ekspozimet e shumëfishta për të ofruar ndjeshmëri dhe qartësi të jashtëzakonshme të imazhit, veçanërisht në mjedise me shpejtësi të lartë.
Çfarë është një kamerë TDI?
Një kamerë TDI është një kamerë e specializuar për skanimin e vijave që kap imazhe të objekteve në lëvizje. Ndryshe nga kamerat standarde të skanimit të zonës që ekspozojnë një kuadër të tërë menjëherë, kamerat TDI zhvendosin ngarkesën nga një rresht pikselësh në tjetrin në sinkronizim me lëvizjen e objektit. Çdo rresht pikselësh grumbullon dritë ndërsa subjekti lëviz, duke rritur në mënyrë efektive kohën e ekspozimit dhe duke rritur forcën e sinjalit pa futur turbullim lëvizjeje.
Ky integrim i karikimit rrit ndjeshëm raportin sinjal-zhurmë (SNR), duke i bërë kamerat TDI ideale për aplikime me shpejtësi të lartë ose me dritë të ulët.
Si funksionon një kamerë TDI?
Funksionimi i një kamere TDI ilustrohet në Figurën 1.
Figura 1: Funksionimi i sensorëve të Integrimit të Vonesës Kohore (TDI)
SHËNIM: Kamerat TDI lëvizin ngarkesat e marra nëpër shumë 'faza' në sinkronizim me një subjekt imazhi në lëvizje. Çdo fazë ofron një mundësi shtesë për t'u ekspozuar ndaj dritës. Ilustruar nëpërmjet një 'T' të ndritshme që lëviz nëpër një kamera, me një segment 5 kolona me 5 faza të një sensori TDI. Tucsen Dhyana 9KTDI me lëvizje hibride të ngarkesës në stilin CCD, por lexim paralel në stilin CMOS.
Kamerat TDI janë në fakt kamera skanimi vijor, me një dallim të rëndësishëm: në vend të një rreshti pikselësh që mbledhin të dhëna ndërsa kamerat skanohen përgjatë një subjekti imazhi, kamerat TDI kanë rreshta të shumëfishta, të njohura si 'faza', deri në 256.
Megjithatë, këto rreshta nuk formojnë një imazh 2-dimensional si një aparat fotografik me skanim sipërfaqësor. Në vend të kësaj, ndërsa një subjekt imazhi i skanuar lëviz përgjatë sensorit të kamerës, fotoelektronet e zbuluara brenda çdo pikseli lëvizin përgjatë rreshtit tjetër në sinkron me lëvizjen e subjektit të imazhit, pa u lexuar ende. Çdo rresht shtesë ofron një mundësi shtesë për ta ekspozuar subjektin e imazhit ndaj dritës. Vetëm pasi një prerje imazhi arrin rreshtin e fundit të pikselëve të sensorit, ai rresht i kalohet arkitekturës së leximit për matje.
Prandaj, pavarësisht matjeve të shumta që kryhen në të gjitha fazat e kamerës, paraqitet vetëm një rast i zhurmës së leximit të kamerës. Një kamerë TDI me 256 faza e mban mostrën në pamje 256 herë më gjatë dhe për këtë arsye ka një kohë ekspozimi 256 herë më të gjatë se kamera ekuivalente e skanimit të vijave. Një kohë ekuivalente ekspozimi me një kamerë skanimi zone do të jepte turbullim ekstrem të lëvizjes, duke e bërë imazhin të padobishëm.
Kur mund të përdoret TDI?
Kamerat TDI janë një zgjidhje e shkëlqyer për çdo aplikim imazherie ku subjekti i imazhit është në lëvizje në lidhje me kamerën, me kusht që lëvizja të jetë uniforme në të gjithë pamjen e kamerës.
Zbatimet e imazherisë TDI përfshijnë, nga njëra anë, të gjitha ato të skanimit të vijave ku formohen imazhe 2-dimensionale, ndërkohë që sjellin shpejtësi më të mëdha, ndjeshmëri shumë më të mirë ndaj dritës së ulët, cilësi më të mirë të imazhit ose të treja në të njëjtën kohë. Nga ana tjetër, ekzistojnë shumë teknika imazherie që përdorin kamera skanimi të zonës ku mund të përdoren kamera TDI.
Për TDI sCMOS me ndjeshmëri të lartë, imazheria 'me pllaka dhe qepje' në mikroskopinë biologjike të fluoreshencës mund të kryhet duke përdorur një skanim të pandërprerë të skenës në vend të vendosjes së pllakave. Ose të gjitha TDI mund të jenë të përshtatshme për aplikimet e inspektimit. Një tjetër aplikim i rëndësishëm për TDI është citometria e rrjedhës së imazhit, ku imazhet e fluoreshencës së qelizave merren ndërsa ato kalojnë nëpër një kamerë ndërsa rrjedhin nëpër një kanal mikrofluidik.
Pro dhe kundër të sCMOS TDI
Pro
● Mund të kapë imazhe 2-dimensionale me madhësi arbitrare me shpejtësi të lartë kur skanon mbi një subjekt imazhi.
● Faza të shumëfishta TDI, zhurma e ulët dhe QE e lartë mund të çojnë në ndjeshmëri shumë më të lartë sesa kamerat e skanimit të vijave.
● Shpejtësi shumë të larta leximi mund të arrihen, për shembull, deri në 510,000Hz (rreshta për sekondë), për një imazh me gjerësi 9,072 pikselësh.
●Ndriçimi duhet të jetë vetëm 1-dimensional dhe nuk mund të kërkojë korrigjime të fushës së sheshtë ose korrigjime të tjera në dimensionin e dytë (të skanuar). Përveç kësaj, kohët më të gjata të ekspozimit krahasuar me skanimin e vijës mund të 'zbutin' dridhjen për shkak të burimeve të dritës AC.
● Imazhet në lëvizje mund të merren pa turbullim lëvizjeje dhe me shpejtësi e ndjeshmëri të lartë.
●Skanimi i zonave të mëdha mund të jetë shumë më i shpejtë sesa kamerat me skanim zonash.
● Me softuer të përparuar ose konfigurime aktivizimi, një modalitet 'i ngjashëm me skanimin e zonës' mund të ofrojë një përmbledhje të skanimit të zonës për fokus dhe shtrirje.
Kundër
● Zhurmë akoma më e lartë se kamerat konvencionale sCMOS, që do të thotë se aplikacionet me dritë ultra të ulët janë të paarritshme.
● Kërkon konfigurime të specializuara me aktivizim të avancuar për të sinkronizuar lëvizjen e subjektit të imazhit me skanimin e kamerës, kontroll shumë të imët mbi shpejtësinë e lëvizjes ose parashikim të saktë të shpejtësisë për të mundësuar sinkronizimin.
● Si një teknologji e re, aktualisht ekzistojnë pak zgjidhje për zbatimin e harduerit dhe softuerit.
sCMOS TDI me kapacitet të ulët ndriçimi
Ndërsa TDI si teknikë imazherie i paraprin imazherisë dixhitale dhe shumë kohë më parë e ka tejkaluar skanimin e vijave në performancë, vetëm në vitet e fundit kamerat TDI kanë fituar ndjeshmërinë e nevojshme për të arritur aplikimet me dritë të ulët që normalisht do të kërkonin ndjeshmërinë e shkallës shkencore.kamerat sCMOS.
'sCMOS TDI' kombinon lëvizjen e ngarkesave në stilin CCD përmes sensorit me lexim në stilin sCMOS, me sensorë me ndriçim të pasmë në dispozicion. Kamerat e mëparshme TDI të bazuara në CCD ose thjesht në CMOS* kishin lexim shumë më të ngadaltë, numër më të vogël pikselësh, më pak faza dhe zhurmë leximi midis 30e- dhe >100e-. Në të kundërt, sCMOS TDI si TucsenKamera Dhyana 9KTDI sCMOSOfron zhurmë leximi prej 7.2e-, të kombinuar me efikasitet kuantik më të lartë përmes ndriçimit të pasmë, duke mundësuar përdorimin e TDI në aplikime me nivel drite dukshëm më të ulët se sa ishte e mundur më parë.
Në shumë aplikime, kohët më të gjata të ekspozimit të mundësuara nga procesi TDI mund të kompensojnë më shumë se rritjen e zhurmës së leximit krahasuar me kamerat e skanimit të zonës sCMOS me cilësi të lartë me zhurmë leximi afër 1e-.
Zbatime të Zakonshme të Kamerave TDI
Kamerat TDI gjenden në shumë industri ku saktësia dhe shpejtësia janë po aq të rëndësishme:
● Inspektimi i pllakës gjysmëpërçuese
● Testimi i ekranit të sheshtë (FPD)
● Inspektim i faqes (letër, film, fletë metalike, tekstile)
● Skanimi me rreze X në diagnostikimin mjekësor ose kontrollin e bagazheve
● Skanimi me rrëshqitje dhe pllaka me shumë puse në patologjinë dixhitale
● Imazhe hiperspektrale në teledetektor ose bujqësi
● Inspektim i PCB-së dhe elektronikës në linjat SMT
Këto aplikacione përfitojnë nga kontrasti, shpejtësia dhe qartësia e përmirësuar që ofron imazhet TDI në kushte të botës reale.
Shembull: Skanimi i rrëshqitjes dhe pllakave me shumë puse
Siç u përmend, një aplikim me premtime të konsiderueshme për kamerat sCMOS TDI është aplikimi i qepjes, duke përfshirë skanimin e diapozitivave ose pllakave me shumë puseta. Skanimi i mostrave të mëdha fluoreshente ose të mikroskopisë me fushë të ndritshme me kamera 2-dimensionale mbështetet në qepjen e një rrjete imazhesh të formuara nga lëvizje të shumëfishta të një skene mikroskopi XY. Çdo imazh kërkon që skena të ndalet, të stabilizohet dhe pastaj të rifillojë, së bashku me çdo vonesë të rrotulluesit. TDI, nga ana tjetër, mund të marrë imazhe ndërsa skena është në lëvizje. Imazhi më pas formohet nga një numër i vogël 'shiritash' të gjatë, secili që mbulon të gjithë gjerësinë e mostrës. Kjo potencialisht mund të çojë në shpejtësi shumë më të larta të marrjes dhe rendiment të të dhënave në të gjitha aplikimet e qepjes, varësisht nga kushtet e imazhit.
Shpejtësia me të cilën mund të lëvizë skena është në përpjesëtim të zhdrejtë me kohën totale të ekspozimit të kamerës TDI, kështu që kohët e shkurtra të ekspozimit (1-20ms) ofrojnë përmirësimin më të madh në shpejtësinë e imazhit krahasuar me kamerat e skanimit të zonës, të cilat më pas mund të çojnë në një rend madhësie ose reduktim më të madh në kohën totale të marrjes së imazhit. Për kohë më të gjata ekspozimi (p.sh. > 100ms), skanimi i zonës zakonisht mund të ruajë një avantazh kohor.
Një shembull i një imazhi shumë të madh (2 Gigapiksel) të mikroskopisë fluoreshente të formuar në vetëm dhjetë sekonda është treguar në Figurën 2. Një imazh ekuivalent i formuar me një kamera skanimi sipërfaqësor mund të pritet të zgjasë deri në disa minuta.
Figura 2: Imazh 2 Gigapiksel i formuar në 10 sekonda përmes skanimit dhe qepjes TDI
SHËNIM: Imazh me zmadhim 10x i marrë duke përdorur Tucsen Dhyana 9kTDI të pikave të stilolapsit shënues të parë me mikroskopi fluoreshente. I marrë në 10 sekonda duke përdorur kohë ekspozimi prej 3.6 ms. Dimensionet e imazhit: 30 mm x 17 mm, 58,000 x 34,160 piksel.
Sinkronizimi i TDI-së
Sinkronizimi i një kamere TDI me subjektin e imazhit (brenda disa përqindjeve) është thelbësor - mospërputhja e shpejtësisë do të çojë në një efekt 'mjegullimi të lëvizjes'. Ky sinkronizim mund të bëhet në dy mënyra:
ParashikuesShpejtësia e kamerës caktohet të përputhet me shpejtësinë e lëvizjes bazuar në njohuritë e shpejtësisë së lëvizjes së mostrës, optikës (zmadhimit) dhe madhësisë së pikselit të kamerës. Ose provë dhe gabim.
I aktivizuarShumë faza, gantri dhe pajisje të tjera të mikroskopit për të lëvizur subjektet e imazhit mund të përfshijnë enkoderë që dërgojnë një impuls shkaktues në kamera për një distancë të caktuar lëvizjeje. Kjo lejon që faza/gantri dhe kamera të mbeten të sinkronizuara pavarësisht nga shpejtësia e lëvizjes.
Kamerat TDI kundrejt kamerave të skanimit të vijës dhe kamerave të skanimit të zonës
Ja se si krahasohet TDI me teknologjitë e tjera të njohura të imazherisë:
| Karakteristikë | Kamera TDI | Kamera me skanim linje | Kamera e Skanimit të Zonës |
| Ndjeshmëria | Shumë i lartë | Mesatare | E ulët deri në mesatare |
| Cilësia e imazhit (lëvizje) | Shkëlqyeshëm | Mirë | I turbullt në shpejtësi të lartë |
| Kërkesat e ndriçimit | I ulët | Mesatare | I lartë |
| Pajtueshmëria e Lëvizjes | Shkëlqyeshëm (nëse sinkronizohet) | Mirë | I varfër |
| Më e mira për | Shpejtësi e lartë, dritë e ulët | Objekte që lëvizin me shpejtësi | Skena statike ose të ngadalta |
TDI është zgjedhja e duhur kur skena lëviz shpejt dhe nivelet e dritës janë të kufizuara. Skanimi i vijave është një hap më poshtë në ndjeshmëri, ndërsa skanimi i zonës është më i mirë për konfigurime të thjeshta ose stacionare.
Zgjedhja e kamerës së duhur TDI
Kur zgjidhni një aparat fotografik TDI, merrni parasysh sa vijon:
● Numri i fazave TDI: Më shumë faza rrisin SNR-në, por edhe koston dhe kompleksitetin.
● Lloji i sensorit: sCMOS preferohet për shpejtësinë dhe zhurmën e ulët; CCD mund të jetë ende i përshtatshëm për disa sisteme të trashëguara.
● Ndërfaqja: Siguroni përputhshmëri me sistemin tuaj—Camera Link, CoaXPress dhe 10GigE janë opsione të zakonshme, 100G CoF dhe 40G CoF kanë dalë si trende të reja.
● Përgjigje spektrale: Zgjidhni midis monokromës, me ngjyra ose infra të kuqes së afërt (NIR) bazuar në nevojat e aplikacionit.
● Opsionet e sinkronizimit: Kërkoni veçori si hyrjet e enkoderit ose mbështetja e shkrehësit të jashtëm për një shtrirje më të mirë të lëvizjes.
Nëse aplikimi juaj përfshin mostra biologjike delikate, inspektim me shpejtësi të lartë ose mjedise me dritë të ulët, sCMOS TDI ka të ngjarë të jetë zgjidhja e duhur.
Përfundim
Kamerat TDI përfaqësojnë një evolucion të fuqishëm në teknologjinë e imazhit, veçanërisht kur ndërtohen mbi sensorë sCMOS. Duke kombinuar sinkronizimin e lëvizjes me integrimin shumë-linjash, ato ofrojnë ndjeshmëri dhe qartësi të pakrahasueshme për skena dinamike me dritë të ulët.
Pavarësisht nëse po inspektoni pllaka, po skanoni rrëshqitëse ose po kryeni inspektime me shpejtësi të lartë, të kuptuarit se si funksionon TDI mund t'ju ndihmojë të zgjidhni zgjidhjen më të mirë midis tyre.kamera shkencorepër sfidat tuaja të imazhit.
Pyetje të shpeshta
A mund të funksionojnë kamerat TDI në modalitetin e skanimit të zonës?
Kamerat TDI mund të krijojnë imazhe (shumë të holla) 2-dimensionale në një modalitet 'të ngjashëm me skanimin e sipërfaqes', i arritur nëpërmjet një truku të kohës së sensorit. Kjo mund të jetë e dobishme për detyra të tilla si fokusi dhe rreshtimi.
Për të filluar një 'ekspozim të skanimit të zonës', sensori së pari 'pastrohet' duke e çuar TDI-në përpara të paktën aq hapa sa ka fazat e kameras, sa më shpejt të jetë e mundur, dhe më pas duke e ndaluar. Kjo arrihet ose nëpërmjet kontrollit të softuerit, ose aktivizimit të harduerit, dhe në mënyrë ideale kryhet në errësirë. Për shembull, një kamera me 256 faza duhet të lexojë të paktën 256 rreshta, pastaj të ndalet. Këto 256 rreshta të dhënash hidhen poshtë.
Ndërkohë që kamera nuk aktivizohet ose nuk lexohen linjat, sensori sillet njësoj si një sensor skanimi sipërfaqeje që ekspozon një imazh.
Koha e dëshiruar e ekspozimit duhet të kalojë me kamerën në gjendje boshe, përpara se ta çojë përsëri kamerën përpara të paktën me numrin e fazave të saj, duke lexuar me zë çdo rresht të imazhit të sapomarrë. Edhe një herë, idealisht, kjo fazë e 'leximit' duhet të ndodhë në errësirë.
Kjo teknikë mund të përsëritet për të siguruar një 'pamje paraprake të drejtpërdrejtë' ose një sekuencë imazhesh të skanimit të zonës me shtrembërim dhe turbullim minimal nga operacioni TDI.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Të gjitha të drejtat e rezervuara. Kur citoni, ju lutemi përmendni burimin:www.tucsen.com
