2022/06/15Odak dışı ışığı yakalamak, birçok görüntüleme uygulamasında net ve yüksek kontrastlı görüntüler elde etmede bir zorluktur. Dijital Taramalı Işık Levhası Mikroskobu (DSLM), modern CMOS kameraların 'hareketli deklanşörü' ile aydınlatmayı senkronize ederek odak dışı ışık yakalamayı azaltmanın güçlü bir yolunu sunar. Bununla birlikte, bu hassas senkronizasyon, kameranın hareketli deklanşörünün çalışması üzerinde tam kontrol gerektirir; bu özellik, Hareketli Deklanşör Kontrol Modu bulunan Tucsen kameralar tarafından sunulmaktadır.
Panjurlu sistem nedir?
Deklanşör, kameranın ışığa maruz kalmasını başlatan ve durduran parçasıdır. Eskiden bilimsel kameralar, görüntü oluşturmak için açılan ve pozlamayı sonlandırmak için kapanan mekanik deklanşörler kullanırdı. Mekanik deklanşörler yavaştı ve uzun süreli kullanımda güvenilirlik sorunlarına yol açabiliyordu. Şimdi ise bilimsel kameralar, önemli ölçüde daha hızlı, daha basit ve daha çok yönlü olan elektronik deklanşörler kullanmaktadır.
Rolling shutter kameralar, sensörün üst kısmından başlayarak, satır satır aşağı doğru sensörün alt kısmına kadar görüntü alımına devam eder. Bu alım işlemi üç aşamadan oluşur: sinyal sıfırlama, ışık pozlama ve okuma.
Her bir satırın pozlaması, her pikselin alınan sinyalinin sıfırlanmasıyla başlar. Üst satır için belirlenen pozlama süresi dolduktan sonra, alımın sonunu işaretleyen okuma aynı şekilde aşağı doğru kayar. Bu, pozlama süresinin uzunluğuyla belirlenen yüksekliğe sahip, kameranın üstünden altına doğru hareket eden aktif piksellerden oluşan bir alan bırakır. Kamera tam hızda çalışırken, satır başına gecikme, kameranın hızına bağlı olarak tipik olarak piksel satırı başına 5 ila 25 mikrosaniye arasındadır.
Aydınlatma taramasının ve kameranın hareketli deklanşörünün senkronizasyonunu gerektiren optik tekniklerden yararlanmak için, genellikle bu gecikme çok kısadır; bu da hareketli deklanşörün diğer donanımların yetişemeyeceği kadar hızlı çalışması anlamına gelir. İşte burada Hareketli Deklanşör Kontrol Modu devreye giriyor.
Şekil 1: Panjur çalışma prensibinin şematik diyagramı
Hareketli Deklanşör Kontrol Modu Nasıl Çalışır?
Tucsen kameralarının içindeki yerleşik zeka sayesinde, kameranın hareketli deklanşörünün çalışması, harici donanımla senkronize olacak şekilde hassas bir şekilde ayarlanabilir. Her satırın sıfırlanması ve okunması arasına küçük bir ek gecikme eklenerek, aktif piksel alanının sensör üzerinde aşağı doğru hareket etmesi için geçen süre kontrol edilebilir ve bu senkronizasyon sağlanabilir.
Ayrıca, taranan aktif alanın 'yarık yüksekliği' hassas bir şekilde ayarlanabilir. Daha uzun pozlama süreleri veya daha kısa hat gecikmeleri daha büyük yarık yüksekliğine yol açar. DSLM durumunda, bu, numunenin yalnızca aydınlatılmış alanını eşleştirmek için kullanılabilir ve etkili sinyal yakalama için pikselleri mümkün olan en uzun süre boyunca pozlamak ile odak dışı ışığı en aza indirmek arasında bir denge sağlar.
Figür2Sol: Tam kamera hızında çalışan hareketli deklanşör şeması. Sağ: Hareketli Deklanşör Kontrol Modu ile her satır arasına ek gecikme eklenerek diğer donanımlarla senkronizasyonun sağlandığı hareketli deklanşör hızını gösteren şema.
Bu isteğe bağlı gecikmeyle birlikte, hareketli deklanşörün çalışmasını belirleyen, 'aktif' piksellerin alanının yüksekliğini gösteren ve sensör üzerinde ne kadar hızlı hareket ettiğini belirten üç önemli değişkeni anlamak gerekiyor.
Satır SüresiBu, sensörün bir satırı okuyup bir sonrakine geçmesi için geçen varsayılan süredir. Kamera sensörünün doğal 'hızını' belirler ve kamera yazılımında belirtilebilir veya belirli bir ilgi alanı (ROI) ve kamera modu için şu şekilde yaklaşık olarak hesaplanabilir:
'Maksimum Kamera Kare Hızı', pozlama süresi uzunluğu veya harici tetikleme hızıyla sınırlı olmadığında elde edilen kare hızını ifade eder.
Maruziyet süresi:Bu, her piksel satırının ne kadar süreyle aktif kalacağını belirler ve böylece belirli bir satır süresi ve gecikme süresi için aktif alanın yüksekliğini belirler.
Hat Gecikmesi:Bu, Rolling Shutter Kontrol Modu'nun eklediği gecikme miktarıdır. Rolling Shutter Kontrol Modu, gecikme eklenmesine olanak tanır.satır zamanının tam sayı katlarındaÖrneğin, bir kameranın satır süresi 10 mikrosaniye ise, satır başına 1, 2, ... ek gecikme…8.928'e kadar eklenebilir; bu, 10 mikrosaniyenin katlarının sayısını gösterir.
Ayrıca, kullanılan ilgi alanının (ROI) yüksekliği de önemlidir, çünkü bu, aktif alanın sıfırlanmadan önce kaç satır aşağı doğru taranması gerektiğini belirleyecektir.
Panjur Kontrol Modu Senkronizasyon Modları
Panjur Kontrol Modu'nun, kontrol edilmesi gereken değişkene bağlı olarak iki çalışma modu vardır.
In Hat Zaman Gecikmesi moduYukarıda belirtildiği gibi gecikme süresini ayarlayabilirsiniz. Yazılım daha sonra, belirttiğiniz pozlama süresi için, ortaya çıkacak Yarık Yüksekliğinin (hareketli deklanşördeki aktif piksellerin yüksekliği) ne olacağını gösterebilir.
In Aktif Piksel / Yarık YüksekliğiBu modda, kaydırma deklanşörü tarama yaparken aktif olmasını istediğiniz sensör satır sayısını ayarlayabilirsiniz. Belirttiğiniz pozlama süresi daha sonra bu yarık yüksekliğini otomatik olarak sağlamak için gereken Satır Zaman Gecikmesini hesaplamak için kullanılacaktır.
Yazılımda Panjur Kontrol Modunun Ayarlanması
Çalışma Modu (Durum) Kontrolleri
Şekil 3: Tucsen Mosaic yazılımından Panjur Kontrol Modunu kontrol etmek için örnek arayüz. Tüm seçenekler. Micro-Manager ve SDK aracılığıyla erişilebilir.
Üç farklı durum (çalışma modu) mevcuttur:Off, Hat Zaman Gecikmesi, Yarık Yüksekliği.
• AyarlandığındaKapalıSensör, herhangi bir ek gecikme olmaksızın normal şekilde çalışır.
• AyarlandığındaHat Zaman GecikmesiBu modda, yukarıda açıklandığı gibi, Hat Zaman Gecikmesini hat zamanı birimleri cinsinden belirtebilirsiniz.
Şekil 4: Hat Zaman Gecikmesi yazılım seçenekleri. ÖrnekTucsen Mosaic yazılımından arayüz. Tüm seçenekler Micro-Manager ve SDK aracılığıyla kullanılabilir.
Yapılandırılabilir gecikmeye eklenebilecek hat süresi döngüsü sayısı kameradan kameraya değişir. Gecikme eklendikten sonra kameranın yeni hat süresi şu şekildedir:
Satır Aralığı Süresi = Satır süresi(sensör)+ (Satır süresi)(sensör)× Hat Zaman Gecikmesi)
Parametre değeriYuvarlanma HızıeşittirSatır Aralığı Süresi.
Görüntünün toplam okuma süresi şu şekildedir:
RbaşZamanımız(resim)= Satır Aralığı Süresi×Nsatırlar.
Nsatırlarİlgi alanındaki görüntüleme piksellerinin toplam satır sayısıdır. Bu modda görüntüleme yapılırken kare hızı, görüntülenecek satır sayısına ve satır döngü süresine bağlıdır:
Kare hızı = 1/(Okuma Süresi)(resim)+ Pozlama Süresi)
•AyarlandığındaYarık Yüksekliği mode, ayarlayabilirsinizTaranan aktif alanın boyutu, t ile verilir."Sıfırlama" sinyali ile "okuma" sinyali arasındaki piksel satır sayısı.Yarık yüksekliğinin aralığı piksel cinsinden 1~2048'dir. Bunu fiziksel bir boyuta dönüştürmek için, bu değeri kamera teknik özellikler sayfasındaki piksel boyutuyla çarpın.
Şekil 5: Yarık Yüksekliği modu kontrol seçenekleri. ÖrnekTucsen Mosaic yazılımından arayüz. Tüm seçenekler Micro-Manager ve SDK aracılığıyla kullanılabilir.
Yazılım, gerekli Hat Gecikme Süresi ve Hat Aralığı Süresini otomatik olarak hesaplayacaktır; formül aşağıdaki gibidir:
Çizgi Zaman Gecikmesi = Pozlama Süresi(Satırlar)/ Yarık Yüksekliği(Satırlar)
Yüksek Hız Modunda (kameranın kazanç modu) iken, bu modda çizgiler ikişer ikişer okunduğu için Yarık Yüksekliği aralığı yalnızca çift bir sayıya ayarlanabilir. Yüksek Hız Modundaki parametreler aşağıdaki gibi hesaplanır.
Çizgi Zaman Gecikmesi = Pozlama Süresi(Satırlar)/ ½Yarık Yüksekliği(Satırlar)
Yarık Yüksekliği = (Maruziyet süresi(Satırlar)÷ Hat Gecikmesi)×2
Tarama Yönü Kontrolleri
Panjurun yönü için üç seçenek mevcuttur:
Dsahip olmakAşağı tarama yönü, sCMOS kameralar için varsayılan tarama yönüdür. Kaydırma deklanşörü, sensörün üst kısmındaki ilk satırdan başlar ve alt kısımdaki son satıra kadar aşağı doğru tarama yapar. Her bir sonraki kare yakalama işlemi, üst kısımdaki ilk satırdan başlar.
Şekil 6: Aşağı Yönlü Tarama Modu Şeması
Up:Yukarı doğru tarama modunda, hareketli deklanşör en alt satırdan başlayarak ilk satırın en üst satırına kadar tarama yapar. Sonraki her kare yakalama işlemi en alt satırdan başlar. Kameradaki veri yakalama sırası tersine çevrilmiş olsa da, yazılıma iletilen görüntü yine de orijinal yönünü gösterecektir, yani görüntü aşağı doğru tarama moduna göre dikey olarak ters çevrilmeyecektir.
Şekil 7: Yukarı Yönlü Tarama Modu Şeması
Aşağı-Yukarı DöngüsüYukarı ve aşağı doğru dönüşümlü tarama yapıldığında, hareketli deklanşör en üstteki ilk satırdan başlayıp en alttaki son satıra kadar iner. Bir sonraki kare için, hareketli deklanşör en alt satırdan başlayıp en üst satıra kadar tarama yapar ve bu şekilde devam eder. Bu modda elde edilen görüntünün yönü, aşağı doğru tarama yönüyle aynıdır.
Şekil 8: Aşağı-Yukarı Döngü Tarama Modu Şeması
• ReaŞüphe Yön Sıfırlama
Bu işlev yalnızca Aşağı-Yukarı Döngüsü modunda kullanılabilir.
Bu parametrenin varsayılan ayarı "Evet"tir; bu, her yeni görüntüleme dizisinin ilk karesinin en üst satırdan başlayıp aşağı doğru tarama yapmasını sağlar.
Bu parametre "Hayır" olarak ayarlandığında, her yeni çekimin ilk karesi, önceki dizinin son karesinin konumundan başlayacaktır. Son kare en alt satırda bitiyorsa, sonraki çekimlerin ilk karesi de en alt satırdan başlayıp yukarı doğru ilerleyecektir.
