2025/09/30Endüstriyel ve bilimsel görüntülemede, düşük ışık koşullarında hızlı hareket eden nesnelerin yakalanması sürekli bir zorluk teşkil eder. İşte bu noktada Zaman Gecikmeli Entegrasyon (TDI) kameraları devreye giriyor. TDI teknolojisi, özellikle yüksek hızlı ortamlarda olağanüstü hassasiyet ve görüntü netliği sağlamak için hareket senkronizasyonunu ve çoklu pozlamayı birleştirir.
TDI Kamera Nedir?
TDI kamera, hareketli nesnelerin görüntülerini yakalayan özel bir çizgi tarama kamerasıdır. Tüm kareyi aynı anda pozlayan standart alan tarama kameralarının aksine, TDI kameralar nesnenin hareketiyle senkronize olarak bir piksel sırasından diğerine ışık aktarır. Nesne hareket ettikçe her piksel sırası ışık biriktirir, bu da pozlama süresini etkili bir şekilde artırır ve hareket bulanıklığı oluşturmadan sinyal gücünü artırır.
Bu şarj entegrasyonu, sinyal-gürültü oranını (SNR) önemli ölçüde artırarak TDI kameraları yüksek hızlı veya düşük ışıklı uygulamalar için ideal hale getirir.
TDI kameralar nasıl çalışır?
Şekilde bir TDI kameranın çalışma prensibi gösterilmektedir.
NOT:TDI kameralar, hareket eden görüntüleme nesnesiyle senkronize olarak, elde edilen yükleri birden fazla 'aşama' boyunca hareket ettirir. Her aşama, ışığa maruz kalmak için ek bir şans sağlar. Bu, bir kameranın üzerinde hareket eden parlak bir 'T' harfi ve TDI sensörünün 5 sütunlu ve 5 aşamalı bir bölümü ile gösterilmiştir. Tucsen Dhyana 9KTDI, hibrit CCD tarzı yük hareketine ancak CMOS tarzı paralel okumaya sahiptir.
TDI kameralar aslında çizgi tarama kameralarıdır, ancak önemli bir farkla: Kameralar görüntüleme nesnesi üzerinde tarama yaparken veri toplayan tek bir piksel satırı yerine, TDI kameralarda genellikle 256'ya kadar 'aşama' olarak bilinen birden fazla satır bulunur.
Ancak bu satırlar, alan taramalı bir kamera gibi 2 boyutlu bir görüntü oluşturmaz. Bunun yerine, taranan görüntüleme nesnesi kamera sensörü üzerinde hareket ederken, her piksel içindeki algılanan fotoelektronlar, henüz okunmadan, görüntüleme nesnesinin hareketiyle senkronize olarak bir sonraki satıra geçer. Her ek satır, görüntüleme nesnesini ışığa maruz bırakmak için ek bir fırsat sağlar. Bir görüntü dilimi sensörün son piksel satırına ulaştığında, o satır ölçüm için okuma mimarisine iletilir.
Bu nedenle, kamera aşamalarında birden fazla ölçüm yapılmasına rağmen, yalnızca bir kamera okuma gürültüsü örneği ortaya çıkar. 256 aşamalı bir TDI kamera, örneği 256 kat daha uzun süre görüş alanında tutar ve bu nedenle eşdeğer bir çizgi tarama kamerasına göre 256 kat daha uzun pozlama süresine sahiptir. Alan tarama kamerasıyla eşdeğer bir pozlama süresi, aşırı hareket bulanıklığına yol açarak görüntüyü kullanılamaz hale getirecektir.
TDI ne zaman kullanılabilir?
TDI kameralar, görüntüleme nesnesinin kameraya göre hareket halinde olduğu her türlü görüntüleme uygulaması için mükemmel bir çözümdür; ancak bu hareketin kameranın görüş alanında homojen olması şartıyla.
Dolayısıyla TDI görüntülemenin uygulamaları, bir yandan 2 boyutlu görüntülerin oluşturulduğu tüm çizgi tarama yöntemlerini kapsarken, daha yüksek hızlar, çok daha iyi düşük ışık hassasiyeti, daha iyi görüntü kalitesi veya bunların üçünü birden sunmaktadır. Öte yandan, TDI kameraların kullanılabileceği alan tarama kameralarını kullanan birçok görüntüleme tekniği de mevcuttur.
Yüksek hassasiyetli sCMOS TDI için, biyolojik floresan mikroskopisinde 'döşeme ve birleştirme' görüntüleme, döşeme yerine sahnenin kesintisiz taranması kullanılarak gerçekleştirilebilir. Veya tüm TDI, inceleme uygulamaları için oldukça uygun olabilir. TDI için bir diğer önemli uygulama ise, hücrelerin mikroakışkan bir kanaldan akarken bir kameranın önünden geçerken floresan görüntülerinin elde edildiği görüntüleme akış sitometrisidir.
sCMOS TDI'nin Artıları ve Eksileri
Artıları
● Görüntülenecek nesne üzerinde tarama yaparken, yüksek hızda istenilen boyutta 2 boyutlu görüntüler yakalayabilir.
● Çoklu TDI aşamaları, düşük gürültü ve yüksek QE, hat tarama kameralarına kıyasla çok daha yüksek hassasiyet sağlayabilir.
● Örneğin, 9.072 piksel genişliğindeki bir görüntü için saniyede 510.000 satıra kadar çok yüksek okuma hızlarına ulaşılabilir.
● Aydınlatmanın yalnızca 1 boyutlu olması yeterlidir ve ikinci (taranmış) boyutta düz alan veya diğer düzeltmelere gerek duyulmaz. Ayrıca, çizgi taramasına kıyasla daha uzun pozlama süreleri, AC ışık kaynaklarından kaynaklanan titremeyi 'yumuşatabilir'.
● Hareketli görüntüler, hareket bulanıklığı olmadan, yüksek hız ve hassasiyetle elde edilebilir.
● Geniş alanların taranması, alan tarama kameralarına göre çok daha hızlı olabilir.
● Gelişmiş yazılım veya tetikleme ayarlarıyla, 'alan tarama benzeri' bir mod, odaklama ve hizalama için alan tarama genel görünümü sağlayabilir.
Dezavantajlar
● Geleneksel sCMOS kameralara göre hala daha yüksek gürültü seviyesi, ultra düşük ışık koşullarında kullanım için uygun olmadığı anlamına geliyor.
● Görüntülenen nesnenin hareketini kameranın tarama hareketiyle senkronize etmek için gelişmiş tetikleme özelliğine sahip özel kurulumlar, hareket hızının çok hassas kontrolü veya senkronizasyonu sağlamak için hızın doğru tahmin edilmesi gereklidir.
● Yeni bir teknoloji olması nedeniyle, donanım ve yazılım uygulamasına yönelik mevcut çözümler oldukça sınırlıdır.
Düşük ışıkta çalışabilen sCMOS TDI
TDI, bir görüntüleme tekniği olarak dijital görüntülemeden çok daha eski olup, performans açısından uzun zaman önce çizgi taramasını geride bırakmış olsa da, TDI kameralar ancak son birkaç yılda, normalde bilimsel düzeyde hassasiyet gerektiren düşük ışıklı uygulamalara ulaşmak için gereken hassasiyete kavuşmuştur.sCMOS kameralar.
'sCMOS TDI', sensör üzerindeki yüklerin CCD tarzı hareketini sCMOS tarzı okuma ile birleştirir ve arka aydınlatmalı sensörler de mevcuttur. Önceki CCD tabanlı veya tamamen CMOS tabanlı* TDI kameralar, çok daha yavaş okuma hızına, daha küçük piksel sayısına, daha az aşamaya ve 30e ile >100e arasında okuma gürültüsüne sahipti. Buna karşılık, Tucsen gibi sCMOS TDI,Dhyana 9KTDI sCMOS kamera7,2e- okuma gürültüsü sunan bu teknoloji, arka aydınlatma sayesinde daha yüksek kuantum verimliliğiyle birleşerek, TDI'nin daha önce mümkün olandan çok daha düşük ışık seviyeli uygulamalarda kullanılmasını sağlar.
Birçok uygulamada, TDI işlemiyle sağlanan daha uzun pozlama süreleri, okuma gürültüsü 1e-'ye yakın olan yüksek kaliteli sCMOS alan tarama kameralarına kıyasla okuma gürültüsündeki artışı fazlasıyla telafi edebilir.
TDI Kameraların Yaygın Kullanım Alanları
TDI kameralar, hassasiyet ve hızın eşit derecede kritik olduğu birçok sektörde kullanılmaktadır:
●Yarıiletken gofret incelemesi
●Düz panel ekran(FPD)test
● Web incelemesi(kağıt, film, folyo, tekstil)
● Tıbbi teşhis veya bagaj taramasında röntgen taraması
● Dijital patolojide slayt ve çoklu kuyu plakası taraması
● Uzaktan algılama veya tarımda hiperspektral görüntüleme
● SMT hatlarında PCB ve elektronik denetimi
Bu uygulamalar, gerçek dünya koşullarında TDI görüntülemenin sağladığı gelişmiş kontrast, hız ve netlikten faydalanmaktadır.
Örnek: Slayt ve Çok Kuyulu Plaka Tarama
Bahsedildiği gibi, sCMOS TDI kameralar için önemli bir potansiyel sunan uygulamalardan biri, slayt veya çoklu kuyu plakası taraması da dahil olmak üzere birleştirme uygulamalarıdır. 2 boyutlu alan kameralarıyla büyük floresan veya parlak alan mikroskopi örneklerinin taranması, bir XY mikroskop tablasının birden fazla hareketinden oluşan bir görüntü ızgarasının birleştirilmesine dayanır. Her görüntü, tablanın durmasını, sabitlenmesini ve ardından yeniden başlatılmasını, ayrıca hareketli deklanşörün gecikmesini gerektirir. Öte yandan TDI, tabla hareket halindeyken görüntü alabilir. Görüntü daha sonra, her biri örneğin tüm genişliğini kapsayan az sayıda uzun 'şerit'ten oluşturulur. Bu, görüntüleme koşullarına bağlı olarak, tüm birleştirme uygulamalarında önemli ölçüde daha yüksek alım hızlarına ve veri aktarım hızına yol açabilir.
Tablanın hareket hızı, TDI kameranın toplam pozlama süresiyle ters orantılıdır; bu nedenle kısa pozlama süreleri (1-20 ms), alan tarama kameralarına kıyasla görüntüleme hızında en büyük iyileşmeyi sağlar ve bu da toplam çekim süresinde bir veya daha fazla kat azalmaya yol açabilir. Daha uzun pozlama süreleri için (örneğin > 100 ms), alan tarama genellikle zaman avantajını koruyabilir.
Şekilde, sadece on saniyede oluşturulmuş çok büyük (2 Gigapiksel) bir floresan mikroskopi görüntüsünün bir örneği gösterilmektedir. Alan tarama kamerasıyla oluşturulan eşdeğer bir görüntünün birkaç dakika sürmesi beklenebilir.
NOT:Tucsen Dhyana 9kTDI ile elde edilen, fosforlu kalem noktalarının floresan mikroskopi ile incelendiği 10x büyütmeli görüntü. 3,6 ms pozlama süresi kullanılarak 10 saniyede elde edilmiştir. Görüntü boyutları: 30 mm x 17 mm, 58.000 x 34.160 piksel.
TDI'yı Senkronize Etme
TDI kameranın görüntüleme nesnesiyle (birkaç yüzdelik dilim içinde) senkronizasyonu çok önemlidir; hız uyumsuzluğu 'hareket bulanıklığı' etkisine yol açacaktır. Bu senkronizasyon iki şekilde yapılabilir:
Tahmin edici:Kamera hızı, örnek hareket hızı, optik (büyütme) ve kamera piksel boyutu bilgisine dayanarak hareket hızına uyacak şekilde ayarlanır. Veya deneme yanılma yöntemiyle.
Tetiklendi:Görüntüleme nesnelerini hareket ettirmek için kullanılan birçok mikroskop tablası, taşıyıcı ve diğer ekipmanlar, belirli bir hareket mesafesi için kameraya tetikleme darbesi gönderen kodlayıcılar içerebilir. Bu, hareket hızından bağımsız olarak tabla/taşıyıcı ve kameranın senkronize kalmasını sağlar.
TDI Kameralar ile Çizgi Tarama ve Alan Tarama Kameraları Arasındaki Farklar
İşte TDI'nin diğer popüler görüntüleme teknolojileriyle karşılaştırması:
| Özellik | TDI Kamera | Çizgi Tarama Kamerası | Alan Tarama Kamerası |
| Hassasiyet | Çok Yüksek | Orta | Düşük ila Orta |
| Görüntü Kalitesi (hareketli) | Harika | İyi | Yüksek hızlarda bulanık |
| Aydınlatma Gereksinimleri | Düşük | Orta | Yüksek |
| Hareket Uyumluluğu | Mükemmel (senkronize edilirse) | İyi | Fakir |
| En İyisi İçin | Yüksek hız, düşük ışık | Hızlı hareket eden nesneler | Durağan veya yavaş sahneler |
Sahne hızlı hareket ettiğinde ve ışık seviyeleri sınırlı olduğunda TDI açık ara en iyi seçenektir. Çizgi tarama hassasiyet açısından bir adım geridedir, alan tarama ise basit veya sabit kurulumlar için daha iyidir.
Doğru TDI Kamerayı Seçmek
TDI kamera seçerken aşağıdaki hususları göz önünde bulundurun:
●TDI aşamalarının sayısı:Daha fazla aşama, sinyal-gürültü oranını artırır, ancak maliyeti ve karmaşıklığı da artırır.
●Sensör tipi:sCMOS, hızı ve düşük gürültü seviyesi nedeniyle tercih edilir; CCD ise bazı eski sistemler için hala uygun olabilir.
●Arayüz:Sisteminizle uyumluluğu sağlayın—Camera Link, CoaXPress ve 10GigE yaygın seçeneklerdir, 100G CoF ve 40G CoF ise yeni trendler olarak ortaya çıkmıştır.
●Spektral yanıt:Uygulama ihtiyaçlarına göre tek renkli, renkli veya yakın kızılötesi (NIR) seçeneklerinden birini tercih edin.
●Senkronizasyon seçenekleri:Daha iyi hareket hizalaması için kodlayıcı girişleri veya harici tetikleyici desteği gibi özelliklere bakın.
Eğer uygulamanız hassas biyolojik örnekler, yüksek hızlı inceleme veya düşük ışıklı ortamlar içeriyorsa, sCMOS TDI muhtemelen doğru seçimdir.
Çözüm
TDI kameralar, özellikle sCMOS sensörler üzerine inşa edildiklerinde, görüntüleme teknolojisinde güçlü bir evrimi temsil eder. Hareket senkronizasyonunu çok satırlı entegrasyonla birleştirerek, dinamik ve düşük ışıklı sahneler için eşsiz hassasiyet ve netlik sunarlar.
İster yonga levhalarını inceliyor, ister slaytları tarıyor veya yüksek hızlı incelemeler gerçekleştiriyor olun, TDI'nin nasıl çalıştığını anlamak, aralarından en iyi çözümü seçmenize yardımcı olabilir.bilimsel kameralarGörüntüleme sorunlarınız için.
SSS
TDI kameralar alan tarama modunda çalışabilir mi?
TDI kameralar, sensör zamanlamasının bir hilesi sayesinde 'alan tarama benzeri' bir modda (çok ince) 2 boyutlu görüntüler oluşturabilir. Bu, odaklama ve hizalama gibi görevler için faydalı olabilir.
'Alan taramalı pozlama'ya başlamak için, sensör önce TDI'yı kameranın aşama sayısı kadar adım ilerleterek, mümkün olan en hızlı şekilde 'temizlenir' ve ardından durdurulur. Bu işlem yazılım kontrolü veya donanım tetiklemesi yoluyla gerçekleştirilir ve ideal olarak karanlıkta yapılır. Örneğin, 256 aşamalı bir kamera en az 256 satır okumalı ve ardından durmalıdır. Bu 256 satırlık veri atılır.
Kamera tetiklenmediği veya çizgiler okunmadığı sürece, sensör tıpkı bir alan tarama sensörü gibi davranarak görüntü oluşturur.
İstenilen pozlama süresi boyunca kamera bekleme modunda olmalı, ardından kamera en az kademe sayısı kadar ilerletilerek, yeni elde edilen görüntünün her satırı okunmalıdır. İdeal olarak, bu 'okuma' aşaması karanlıkta gerçekleşmelidir.
Bu teknik, TDI işleminden kaynaklanan bozulma ve bulanıklığı en aza indirerek 'canlı önizleme' veya alan tarama görüntülerinin bir dizisini sağlamak için tekrarlanabilir.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Tüm hakları saklıdır. Alıntı yaparken lütfen kaynağı belirtin:www.tucsen.com
