23.10.2010.Временско кашњење и интеграција (TDI) је метода снимања слике заснована на принципу линијског скенирања, где се снима низ једнодимензионалних слика да би се генерисала слика мерењем кретања узорка и снимањем исечка слике окидањем. Иако ова технологија постоји деценијама, обично се повезује са апликацијама ниске осетљивости, као што је инспекција мреже.
Нова генерација камера је комбиновала осетљивост sCMOS-а са брзином TDI-ја како би понудила снимање слике једнаког квалитета као и код скенирања површине, али са потенцијалом за много бржи проток. Ово је посебно очигледно у ситуацијама када је потребно снимање великих узорака у условима слабог осветљења. У овој техничкој напомени, описујемо како TDI скенирање функционише и упоређујемо време снимања слике са упоредивом техником скенирања великих површина, снимањем помоћу плочица и шавова.
Од линијског скенирања до TDI-ја
Линијско скенирање је техника снимања која користи једну линију пиксела (која се назива колона или позорница) за снимање исечка слике док се узорак креће. Коришћењем електричних механизама за окидање, један „исечак“ слике се снима док узорак пролази поред сензора. Скалирањем брзине окидања камере да би се слика снимила у складу са кретањем узорка и коришћењем програма за снимање фрејмова за снимање ових слика, оне се могу спојити да би се реконструисала слика.
ТДИ снимање се заснива на овом принципу снимања слике узорка, међутим, користи више фаза како би се повећао број снимљених фотоелектрона. Како узорак пролази кроз сваку фазу, прикупља се више информација и додаје се постојећим фотоелектронима снимљеним претходним фазама и меша се на сличан начин као код ЦЦД уређаја. Како узорак пролази преко последње фазе, сакупљени фотоелектрони се шаљу на очитавање, а интегрисани сигнал у целом опсегу се користи за генерисање пресека слике. На слици 1 приказано је снимање слике на уређају са пет ТДИ колона (фаза).
Слика 1: анимирани пример снимања слике помоћу TDI технологије. Узорак (плаво Т) се пропушта преко TDI уређаја за снимање слике (колона од 5 пиксела, 5 TDI фаза), а фотоелектрони се хватају у свакој фази и додају нивоу сигнала. Очитавање ово претвара у дигиталну слику.
1а: Слика (плаво Т) се појављује на сцени; Т је у покрету као што је приказано на уређају.
1б: Како Т пролази кроз прву фазу, TDI камера се активира да прихвати фотоелектроне које хватају пиксели када дођу до прве фазе на TDI сензору. Свака колона има низ пиксела који појединачно хватају фотоелектроне.
1ц: Ови заробљени фотоелектрони се премештају у другу фазу, где свака колона помера свој ниво сигнала у следећу фазу.
1д: У складу са кретањем узорка на растојању од једног пиксела, други сет фотоелектрона се хвата у другој фази и додаје се претходно снимљенима, повећавајући сигнал. У првој фази, хвата се нови сет фотоелектрона, који одговара следећем исечку слике.
1е: Процеси снимања слике описани у фази 1д се понављају док се слика креће поред сензора. Ово ствара сигнал од фотоелектрона из фазона. Сигнал се преноси у очитавач, који претвара сигнал фотоелектрона у дигитални очитавач.
1ф: Дигитално очитавање се приказује као слика, колона по колони. Ово омогућава дигиталну реконструкцију слике.
Пошто је TDI уређај способан да истовремено пропушта фотоелектроне из једне фазе у другу и да хвата нове фотоелектроне из прве фазе док се узорак креће, слика може бити ефикасно бесконачна у броју снимљених редова. Брзине окидања, које одређују колико пута се дешава снимање слике (слика 1а), могу бити реда величине стотина kHz.
У примеру са слике 2, предметно стакло микроскопа димензија 29 x 17 мм је снимљено за 10,1 секунду помоћу TDI камере са пикселима од 5 µm. Чак и при значајним нивоима зумирања, ниво замућења је минималан. Ово представља огроман напредак у односу на претходне генерације ове технологије.
За више детаља, Табела 1 приказује репрезентативно време снимања за низ уобичајених величина узорака при зуму од 10, 20 и 40 пута.
Слика 2: Слика флуоресцентног узорка снимљеног помоћу Tucsen 9kTDI. Експозиција 10 ms, време снимања 10,1 s.
Табела 1: Матрица времена снимања различитих величина узорака (секунде) коришћењем Tucsen 9kTDI камере на моторизованој платформи Zaber MVR серије при 10, 20 и 40 x за време експозиције од 1 и 10 ms.
Скенирање подручја
Скенирање површине у sCMOS камерама подразумева истовремено снимање целе слике коришћењем дводимензионалног низа пиксела. Сваки пиксел хвата светлост, претварајући је у електричне сигнале за тренутну обраду и формирајући комплетну слику са високом резолуцијом и брзином. Величина слике која се може снимити у једној експозицији одређена је величином пиксела, увећањем и бројем пиксела у низу, по (1)
За стандардни низ, видно поље је дато са (2)
У случајевима када је узорак превелик за видно поље камере, слика се може конструисати раздвајањем слике у мрежу слика величине видног поља. Снимање ових слика прати образац, где ће се постоље померити на позицију на мрежи, постоље ће се смирити, а затим ће се слика снимити. Код камера са покретним затварачем, постоји додатно време чекања док се затварач окреће. Ове слике се могу снимити померањем положаја камере и њиховим спајањем. Слика 3 приказује велику слику људске ћелије под флуоресцентном микроскопијом формирану спајањем 16 мањих слика.
Слика 3: Слајд људске ћелије снимљене камером за скенирање подручја коришћењем снимања помоћу методе „tile & stitch“ (плочице и шавови).
Генерално, решавање већих детаља захтеваће генерисање и спајање више слика на овај начин. Једно решење за ово је коришћењескенирање камером великог формата, који има велике сензоре са великим бројем пиксела, заједно са специјализованом оптиком, што омогућава снимање веће количине детаља.
Поређење између TDI и површинског скенирања (Tile & Stitch)
За скенирање узорака великих површина, и Tile & Stitch и TDI скенирање су одговарајућа решења, међутим, одабиром најбоље методе могуће је значајно смањити време потребно за скенирање узорка. Ова уштеда времена генерише се способношћу TDI скенирања да сними покретни узорак; елиминишући кашњења повезана са смиривањем постоља и временом померања затварача који су повезани са Tile & Stitch снимањем.
Слика 4 упоређује заустављања (зелена) и померања (црне линије) потребна за снимање слике људске ћелије и код скенирања помоћу плочица и стичева (лево) и код TDI (десно) скенирања. Уклањањем потребе за заустављањем и поновним поравнавањем слике код TDI снимања, могуће је значајно смањити време снимања, под условом да је време експозиције кратко <100 ms.
Табела 2 приказује рађени пример скенирања између 9k TDI и стандардне sCMOS камере.
Слика 4: Скенирани мотив снимања људске ћелије под флуоресценцијом који приказује снимање плочица и шавова (лево) и TDI снимање (десно).
Табела 2: Поређење површинског скенирања и TDI снимања за узорак димензија 15 x 15 mm са објективом увећања 10x и временом експозиције од 10 ms.
Иако TDI нуди фантастичан потенцијал за повећање брзине снимања слика, постоје нијансе у коришћењу ове технологије. За дуга времена експозиције (>100 ms), значај времена изгубљеног због аспеката кретања и слегања скенирања површине је смањен у односу на време експозиције. У таквим случајевима, камере за скенирање површине могу понудити скраћено време скенирања у поређењу са TDI снимањем. Да бисте видели да ли вам TDI технологија може понудити предности у односу на вашу тренутну поставку,контактирајте насза калкулатор за поређење.
Друге апликације
Многа истраживачка питања захтевају више информација него једну слику, као што је снимање вишеканалних или вишефокусних слика.
Вишеканално снимање у камери за скенирање подручја подразумева истовремено снимање слика коришћењем више таласних дужина. Ови канали обично одговарају различитим таласним дужинама светлости, као што су црвена, зелена и плава. Сваки канал снима специфичну таласну дужину или спектралне информације са сцене. Камера затим комбинује ове канале да би генерисала слику у пуној боји или мултиспектралну слику, пружајући свеобухватнији приказ сцене са јасним спектралним детаљима. Код камера за скенирање подручја, ово се постиже дискретним експозицијама, међутим, код TDI снимања, разделник се може користити за раздвајање сензора на више делова. Подела 9kTDI (45 mm) на 3 x 15,0 mm сензора ће и даље бити већа од стандардног сензора (ширина пиксела 6,5 µm, 2048 пиксела) ширине 13,3 mm. Штавише, пошто TDI захтева осветљење само на делу узорка који се снима, скенирање се може брже циклично изводити.
Још једно подручје где би ово могао бити случај јесте снимање са више фокуса. Снимање са више фокуса у камерама за скенирање подручја подразумева снимање више слика на различитим фокусним даљинама и њихово спајање како би се створила композитна слика са целом сценом у оштрој оријентацији. Оно се бави различитим удаљеностима у сцени анализирањем и комбиновањем региона у фокусу са сваке слике, што резултира детаљнијим приказом слике. Поново, коришћењем...разделникДа би се TDI сензор поделио на два (22,5 mm) или три (15,0 mm) дела, могуће је добити вишефокусну слику брже него еквивалентним површинским скенирањем. Међутим, за вишефокусни режим вишег реда (z-стекови од 6 или више), површинско скенирање ће вероватно остати најбржа техника снимања.
Закључци
Ова техничка напомена описује разлике између површинског скенирања и TDI технологије за скенирање великих површина. Спајањем линијског скенирања и sCMOS осетљивости, TDI постиже брзо, висококвалитетно снимање без прекида, превазилазећи традиционалне методе површинског скенирања попут „плочице и шавова“. Процените предности коришћења нашег онлајн калкулатора, узимајући у обзир различите претпоставке наведене у овом документу. TDI представља моћан алат за ефикасно снимање са великим потенцијалом за смањење времена снимања и код стандардних и код напредних техника снимања.Ако желите да видите да ли TDI камера или камера за скенирање подручја може да одговара вашој апликацији и побољша време снимања, контактирајте нас данас.
