22/07/13Muunganisho wa Kuchelewa kwa Wakati (TDI) ni mbinu ya upigaji picha inayoonyesha mapema taswira ya kidijitali - lakini hiyo bado inatoa faida kubwa katika makali ya upigaji picha leo. Kuna hali mbili ambazo kamera za TDI zinaweza kuangaza - zote mbili wakati mada ya taswira iko katika mwendo:
1 – Somo la upigaji picha linasonga kwa asili likiwa na kasi isiyobadilika, kama vile ukaguzi wa wavuti (kama vile kuchanganua karatasi zinazosonga, plastiki au kitambaa ili kuona kasoro na uharibifu), njia za kuunganisha, au vimiminika vidogo na mtiririko wa viowevu.
2 - Masomo ya upigaji picha tuli ambayo yanaweza kupigwa picha na kamera inayosogezwa kutoka eneo hadi eneo, kwa kusogeza mada au kamera. Mifano ni pamoja na uchanganuzi wa slaidi kwa darubini, ukaguzi wa nyenzo, ukaguzi wa paneli bapa n.k.
Iwapo mojawapo ya hali hizi zinaweza kutumika kwa taswira yako, ukurasa huu wa tovuti utakusaidia kuzingatia kama kubadili kutoka kwa kamera za kawaida za 'eneo' za 2-dimensional hadi kwa Line Scan TDI kamera kunaweza kuongeza taswira yako.
Tatizo la Uchanganuzi wa Eneo na Malengo ya Kusogeza
● Ukungu wa Mwendo
Baadhi ya masomo ya picha yanasonga kwa lazima, kwa mfano katika mtiririko wa maji au ukaguzi wa wavuti. Katika programu zingine, kama vile kuchanganua slaidi na ukaguzi wa nyenzo, kuweka mada katika mwendo kunaweza kuwa haraka zaidi na kwa ufanisi zaidi kuliko kusimamisha mwendo kwa kila picha inayopatikana. Hata hivyo, kwa kamera za eneo, ikiwa mada ya picha iko katika mwendo kulingana na kamera, hii inaweza kutoa changamoto.
Ukungu wa mwendo unaopotosha picha ya gari linalosonga
Katika hali zenye mwanga mdogo au ambapo sifa za juu za picha zinahitajika, muda mrefu wa kufichua kamera unaweza kuhitajika. Hata hivyo, mwendo wa mhusika utaeneza mwanga wake juu ya pikseli nyingi za kamera wakati wa kufichua, na kusababisha 'ukungu wa mwendo'. Hii inaweza kupunguzwa kwa kuweka mwangaza mfupi sana - chini ya muda ambao ungechukua kwa uhakika kwenye somo kupitisha pikseli ya kamera. Hii niunkwa kawaida kwa gharama ya picha za giza, za kelele, mara nyingi zisizoweza kutumika.
●Kushona
Zaidi ya hayo, kwa kawaida upigaji picha wa masomo makubwa au endelevu kwa kutumia kamera za uchunguzi wa eneo kunahitaji upataji wa picha nyingi, ambazo huunganishwa pamoja. Kushona huku kunahitaji pikseli zinazopishana kati ya picha za jirani, kupunguza ufanisi na kuongeza mahitaji ya kuhifadhi na kuchakata data.
●Mwangaza usio na usawa
Zaidi ya hayo, mwangaza hautatosha hata mara chache kuzuia masuala na vitu vya sanaa kwenye mipaka kati ya picha zilizounganishwa. Pia, ili kutoa mwangaza juu ya eneo kubwa la kutosha kwa kamera ya eneo-scan na mkazo wa kutosha mara nyingi huhitaji matumizi ya vyanzo vya taa vya DC vya nguvu ya juu, vya gharama ya juu.
Mwangaza usio sawa katika kuunganisha upatikanaji wa picha nyingi za ubongo wa panya. Picha kutoka kwa Watson et al. 2017: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0180486
Kamera ya TDI ni nini, na inasaidiaje?
Katika kamera za kawaida za kuchanganua eneo la 2-dimensional, kuna awamu tatu za kupata picha: kuweka upya pikseli, kukaribia aliyeambukizwa na kusoma. Wakati wa kukaribia aliyeambukizwa, fotoni kutoka eneo la tukio hugunduliwa, na hivyo kusababisha elektroni za picha, ambazo huhifadhiwa kwenye saizi za kamera hadi mwisho wa mfiduo. Thamani kutoka kwa kila pikseli husomwa, na picha ya 2D huundwa. Kisha pikseli huwekwa upya na gharama zote zitafutwa ili kuanza kufichua kuofuata.
Hata hivyo, kama ilivyotajwa, ikiwa mhusika wa kupiga picha anasogea kulingana na kamera, mwanga kutoka kwa mhusika unaweza kuenea juu ya pikseli nyingi wakati wa mfiduo huu, na hivyo kusababisha ukungu wa mwendo. Kamera za TDI hushinda kizuizi hiki kwa kutumia mbinu bunifu. Hii inaonyeshwa katika [Uhuishaji 1].
●Jinsi Kamera za TDI Hufanya Kazi
Kamera za TDI hufanya kazi kwa njia tofauti kabisa katika kuchanganua kamera za eneo. Mada ya upigaji picha inaposogea kwenye kamera wakati wa kukaribia aliyeambukizwa, gharama za kielektroniki zinazounda picha iliyopatikana huhamishwa pia, zikisalia katika usawazishaji. Wakati wa mfiduo, kamera za TDI zinaweza kuchanganya chaji zote zilizopatikana kutoka safu mlalo ya saizi hadi nyingine, kando ya kamera, iliyosawazishwa na mwendo wa mada ya kupiga picha. Mada inaposogea kwenye kamera, kila safu mlalo (inayojulikana kama 'Hatua ya TDI'), hutoa fursa mpya ya kufichua kamera kwa mhusika, na kukusanya mawimbi.
Mara tu safu mlalo ya gharama zinazopatikana inapofika mwisho wa kamera, basi tu thamani husomwa na kuhifadhiwa kama kipande cha picha cha 1-dimensional. Picha ya 2-D huundwa kwa kushikamana kila kipande kinachofuatana cha picha kamera inapoisoma. Kila safu mlalo ya pikseli katika nyimbo zinazotokana hufuata na kupiga picha 'kipande' sawa cha mada ya picha, kumaanisha kuwa licha ya mwendo, hakuna ukungu.
●256x Mfiduo Mrefu zaidi
Kwa kamera za TDI, muda unaofaa wa kufichua wa picha hutolewa na muda wote unaochukua kwa uhakika kwenye somo kupita kila safu ya saizi, na hadi hatua 256 zinapatikana kwenye baadhi ya kamera za TDI. Hii inamaanisha kuwa muda unaopatikana wa kukaribia aliyeambukizwa ni mkubwa mara 256 kuliko kamera ya eneo linaloweza kufikia.
Hii inaweza kuleta maboresho kati ya mawili, au usawa wa zote mbili. Kwanza, ongezeko kubwa la kasi ya picha inaweza kupatikana. Ikilinganishwa na kamera ya kuchanganua eneo, mada ya taswira inaweza kusonga hadi 256x haraka huku bado inanasa kiwango sawa cha mawimbi, ikitoa kasi ya laini ya kamera ni ya kutosha kuendelea.
Kwa upande mwingine, ikiwa usikivu zaidi unahitajika, muda mrefu zaidi wa kufichua unaweza kuwezesha picha za ubora wa juu zaidi, mwangaza wa chini, au zote mbili.
●Upitishaji wa data kubwa bila kushona
Kwa kuwa kamera ya TDI hutoa picha ya 2-dimensional kutoka kwa vipande vya mwelekeo 1 mfululizo, picha inayotokana inaweza kuwa kubwa inavyohitajika. Wakati idadi ya pikseli katika mwelekeo wa 'mlalo' inatolewa na upana wa kamera, kwa mfano pikseli 9072, ukubwa wa 'wima' wa picha hauna kikomo, na huamuliwa tu na muda gani kamera inaendeshwa. Kwa viwango vya laini vya hadi 510kHz, hii inaweza kutoa upitishaji mkubwa wa data.
Ikichanganywa na hii, kamera za TDI zinaweza kutoa nyanja pana sana za maoni. Kwa mfano, kamera ya pikseli 9072 yenye pikseli 5µm hutoa uga mlalo wa mwonekano wa 45mm na mwonekano wa juu. Ili kufikia upana sawa wa picha na kamera ya kuchanganua eneo la pikseli 5µm itahitaji hadi kamera tatu za 4K kando.
●Uboreshaji kupitia kamera za kuchanganua laini
Kamera za TDI hazitoi uboreshaji tu juu ya kamera za kuchanganua eneo. Kamera za kuchanganua laini, ambazo hunasa safu moja tu ya pikseli, pia zinakabiliwa na masuala mengi sawa na mwangaza wa mwanga na mifichuo mifupi kama kamera za kuchanganua eneo.
Ingawa kama kamera za TDI, kamera za kuchanganua laini hutoa mwangaza zaidi kwa usanidi rahisi, na kuepuka hitaji la kushona picha, mara nyingi zinaweza kuhitaji mwangaza mkali sana na/au mwendo wa polepole wa somo ili kunasa mawimbi ya kutosha kwa picha ya ubora wa juu. Muda mrefu wa kufichua na kasi ya mada ambayo kamera za TDI huwezesha inamaanisha kiwango cha chini, mwangaza wa gharama ya chini unaweza kutumika huku ukiboresha ufanisi wa upigaji picha. Kwa mfano, laini ya uzalishaji inaweza kuondoka kutoka kwa taa za halojeni za gharama ya juu, zinazotumia nguvu nyingi zinazohitaji umeme wa DC, hadi taa za LED.
Je, kamera za TDI hufanyaje kazi?
Kuna viwango vitatu vya kawaida vya jinsi ya kufikia taswira ya TDI kwenye kihisi cha kamera.
● CCD TDI- Kamera za CCD ndio mtindo wa zamani zaidi wa kamera za dijiti. Kwa sababu ya muundo wao wa kielektroniki, kufikia tabia ya TDI kwenye CCD ni rahisi sana kwa kulinganisha, na vitambuzi vingi vya kamera vinaweza kufanya kazi kwa njia hii. TDI CCD kwa hivyo zimekuwa zikitumika kwa miongo kadhaa.
Hata hivyo, teknolojia ya CCD ina vikwazo vyake. Saizi ndogo zaidi ya pikseli inayopatikana kwa kamera za CCD TDI ni karibu 12µm x 12µm - hii, pamoja na hesabu ndogo za pikseli, huzuia uwezo wa kamera kutatua maelezo mafupi. Zaidi ya hayo, kasi ya upataji ni ya chini kuliko teknolojia nyingine, ilhali kelele inayosomwa- kikwazo kikuu katika upigaji picha wa mwanga mdogo - iko juu. Matumizi ya nguvu pia ni ya juu, ambayo ni sababu kuu katika baadhi ya programu. Hii ilisababisha hamu ya kuunda kamera za TDI kulingana na usanifu wa CMOS.
●TDI ya Mapema ya CMOS: Kikoa cha Voltage na muhtasari wa dijiti
Kamera za CMOS hushinda vikwazo vingi vya kelele na kasi ya kamera za CCD, huku zikitumia nishati kidogo, na kutoa saizi ndogo za pikseli. Walakini, tabia ya TDI ilikuwa ngumu zaidi kufikia kwenye kamera za CMOS, kwa sababu ya muundo wao wa saizi. Ingawa CCD husogeza elektroni za picha kutoka kwa pikseli hadi pikseli ili kudhibiti kitambuzi, kamera za CMOS hubadilisha mawimbi ya elektroni za picha hadi volti katika kila pikseli kabla ya kusoma.
Tabia ya TDI kwenye kihisi cha CMOS imechunguzwa tangu 2001, hata hivyo, changamoto ya jinsi ya kushughulikia 'mkusanyiko' wa mawimbi kwani mfiduo husogea kutoka safu mlalo moja hadi nyingine ilikuwa kubwa. Njia mbili za mapema za CMOS TDI ambazo bado zinatumika katika kamera za kibiashara leo ni mkusanyiko wa kikoa cha voltage na muhtasari wa dijiti TDI CMOS. Katika kamera za mkusanyiko wa kikoa cha volteji, kila safu mlalo ya mawimbi inapopatikana kadiri mada ya taswira inavyosonga, voltage inayopatikana huongezwa kielektroniki kwa jumla ya upataji wa sehemu hiyo ya picha. Kukusanya voltages kwa njia hii huleta kelele ya ziada kwa kila hatua ya ziada ya TDI ambayo inaongezwa, ikipunguza faida za hatua za ziada. Masuala yanayohusiana na mstari pia yanapinga matumizi ya kamera hizi kwa programu mahususi.
Njia ya pili ni muhtasari wa kidijitali TDI. Kwa njia hii, kamera ya CMOS inafanya kazi vizuri katika hali ya kuchanganua eneo ikiwa na mwonekano mfupi sana unaolingana na muda uliochukuliwa ili mhusika wa kupiga picha kusogea kwenye safu mlalo moja ya saizi. Lakini, safu mlalo kutoka kwa kila fremu inayofuata huongezwa pamoja kidijitali kwa njia ambayo athari ya TDI inatolewa. Kwa vile kamera nzima lazima isomwe kwa kila safu mlalo ya saizi katika picha inayotokana, uongezaji huu wa kidijitali pia huongeza kelele ya kusoma kwa kila safu mlalo, na kupunguza kasi ya upataji.
●Kiwango cha kisasa: kikoa cha malipo TDI CMOS, au CCD-on-CMOS TDI
Vizuizi vya CMOS TDI hapo juu vimetatuliwa hivi majuzi kupitia kuanzishwa kwa mkusanyiko wa kikoa cha malipo TDI CMOS, pia inajulikana kama CCD-on-CMOS TDI. Uendeshaji wa vitambuzi hivi unaonyeshwa katika [Uhuishaji 1]. Kama jina linavyodokeza, vitambuzi hivi hutoa msogeo unaofanana na CCD wa chaji kutoka kwa pikseli moja hadi nyingine, zikikusanya mawimbi katika kila hatua ya TDI kupitia uongezaji wa elektroni za picha kwenye kiwango cha malipo ya mtu binafsi. Hii kwa ufanisi haina kelele. Hata hivyo, vikwazo vya CCD TDI vinashindwa kupitia matumizi ya usanifu wa usomaji wa CMOS, kuwezesha kasi ya juu, kelele ya chini na matumizi ya chini ya nishati ya kawaida kwa kamera za CMOS.
Maelezo ya TDI: ni nini muhimu?
●Teknolojia:Jambo muhimu zaidi ni teknolojia ya sensor inayotumiwa kama ilivyojadiliwa hapo juu. CMOS TDI ya kikoa cha malipo itatoa utendakazi bora zaidi.
●Hatua za TDI:Hii ni idadi ya safu za sensor ambayo ishara inaweza kukusanywa. Kadiri kamera inavyokuwa na hatua zaidi za TDI, ndivyo muda wake wa kufichua unavyoweza kuwa mrefu zaidi. Au, kadiri mhusika wa kupiga picha anavyoweza kusonga, ikitoa kamera ina kiwango cha kutosha cha laini.
●Kiwango cha Mstari:Kamera inaweza kusoma safu ngapi kwa sekunde. Hii huamua kasi ya juu zaidi ya harakati ambayo kamera inaweza kuendana nayo.
●Ufanisi wa Quantum: Hii inaonyesha usikivu wa kamera kwa mwanga katika urefu tofauti wa mawimbi, kutokana na uwezekano wa fotoni ya tukio kutambuliwa na kutoa photoelectron. Ufanisi wa juu zaidi wa kiasi unaweza kutoa nguvu ya chini ya uangazaji, au operesheni ya haraka wakati wa kudumisha viwango sawa vya mawimbi.
Zaidi ya hayo, kamera hutofautiana katika safu ya urefu wa mawimbi ambapo usikivu mzuri unaweza kupatikana, huku kamera zingine zikitoa usikivu hadi mwisho wa wigo wa urujuani (UV), karibu na urefu wa 200nm.
●Soma Kelele:Kelele ya kusoma ni kipengele kingine muhimu katika unyeti wa kamera, inayobainisha mawimbi ya chini zaidi ambayo yanaweza kutambuliwa juu ya sakafu ya kelele ya kamera. Kwa kelele ya juu ya usomaji, vipengele vya giza haviwezi kutambuliwa na safu inayobadilika imepunguzwa sana, kumaanisha mwangaza zaidi au nyakati ndefu za kukaribia na kasi ya polepole ya harakati lazima itumike.
Maelezo ya TDI: ni nini muhimu?
Hivi sasa, kamera za TDI zinatumika kwa ukaguzi wa wavuti, ukaguzi wa kielektroniki na utengenezaji, na programu zingine za kuona kwa mashine. Kando hii kuna changamoto za utumizi wa mwanga mdogo kama vile upigaji picha wa fluorescence na utambazaji wa slaidi.
Hata hivyo, kwa kuanzishwa kwa kamera za TDI CMOS zenye kasi ya juu, kelele ya chini, unyeti wa hali ya juu, kuna uwezekano mkubwa wa kuongeza kasi na ufanisi katika programu mpya ambazo hapo awali zilitumia kamera za uchunguzi wa eneo pekee. Kama tulivyotambulisha mwanzoni mwa makala, kamera za TDI zinaweza kuwa chaguo bora zaidi la kufikia kasi ya juu na sifa za picha za juu kwa mada za kupiga picha zikiwa katika mwendo wa kila mara, au ambapo kamera inaweza kuchanganuliwa kwenye mada za upigaji picha tuli.
Kwa mfano, katika programu ya hadubini, tunaweza kulinganisha kasi ya upataji ya kinadharia ya pikseli 9K, kamera ya TDI ya hatua 256 yenye pikseli 5 µm na kamera ya skanizi ya eneo la 12MP yenye pikseli 5 µm. Wacha tuchunguze kupata eneo la 10 x 10 mm na ukuzaji wa 20x kupitia kusonga hatua.
1. Kutumia lengo la 20x na kamera ya kuchanganua eneo kunaweza kutoa uga wa taswira wa 1.02 x 0.77 mm.
2. Kwa kamera ya TDI, lengo la 10x lenye ukuzaji wa ziada wa 2x linaweza kutumika kushinda kizuizi chochote katika uga wa mwonekano wa hadubini, ili kutoa uga wa taswira wa mlalo wa 2.3mm.
3. Tukichukulia kuwa 2% hupishana kati ya picha kwa madhumuni ya kushona, sekunde 0.5 ili kusogeza hatua hadi eneo lililowekwa, na muda wa kufichua wa 10ms, tunaweza kuhesabu muda ambao kamera ya kuchanganua eneo ingechukua. Vile vile, tunaweza kuhesabu muda ambao kamera ya TDI ingechukua ikiwa hatua ingewekwa katika mwendo wa kila mara ili kuchanganua katika mwelekeo wa Y, kwa muda sawa wa kufichua kwa kila mstari.
4. Katika hali hii, kamera ya kuchanganua eneo ingehitaji picha 140 kupatikana, na sekunde 63 zitatumika kusonga hatua. Kamera ya TDI ingepata picha 5 tu ndefu, na sekunde 2 pekee zilizotumika kusogeza jukwaa hadi safu inayofuata.
5. Jumla ya muda uliotumika kupata eneo la 10 x 10 mm itakuwaSekunde 64.4 kwa kamera ya kuchanganua eneo,na hakiSekunde 9.9 kwa kamera ya TDI.
Ikiwa ungependa kuona kama kamera ya TDI inaweza kulingana na programu yako na kukidhi mahitaji yako, wasiliana nasi leo.
