TDI Kamera Teknolojisi Endüstriyel Görüntülemede Neden Yer Kazanıyor? |

Biyolüminesans yüksek verimli görüntüleme ve endüstriyel yüksek hızlı düşük ışık algılama alanlarında, görüntüleme hızı ve hassasiyet arasında optimum dengeyi yakalamak, uzun süredir teknolojik ilerlemeyi sınırlayan temel bir darboğaz olmuştur. Geleneksel doğrusal veya alan dizi görüntüleme çözümleri genellikle zorlu dengelerle karşı karşıyadır ve bu da hem algılama verimliliğini hem de sistem performansını korumayı zorlaştırır. Sonuç olarak, endüstriyel yükseltmeler önemli ölçüde kısıtlanmıştır.

Arkadan aydınlatmalı TDI-sCMOS teknolojisinin piyasaya sürülmesiyle bu sınırlamalar ortadan kalkmaya başlıyor. Bu yenilikçi teknoloji, düşük ışık koşullarında yüksek hızlı görüntülemenin fiziksel sınırlamalarını gidermekle kalmıyor, aynı zamanda uygulamalarını yaşam bilimlerinin ötesine, yarı iletken denetimi ve hassas üretim gibi gelişmiş endüstriyel sektörlere de genişletiyor. Bu gelişmelerle birlikte, TDI-sCMOS modern endüstriyel görüntüleme uygulamalarında giderek daha fazla önem kazanıyor.

Bu makalede TDI görüntülemenin temel prensipleri özetleniyor, evrimi izleniyor ve endüstriyel sistemlerdeki artan rolü tartışılıyor.

TDI Prensiplerinin Anlaşılması: Dinamik Görüntülemede Bir Atılım

Zaman Gecikmeli Entegrasyon (TDI), satır tarama prensibine dayanan ve iki önemli teknik özellik sunan bir görüntü edinme teknolojisidir:

Eşzamanlı Dinamik Edinim

"Durma-çekim-hareket" döngüsünde çalışan geleneksel alan kameralarının aksine, TDI sensörleri hareket halindeyken görüntüleri sürekli olarak pozlar. Numune görüş alanında hareket ettikçe, TDI sensörü piksel sütunlarının hareketini nesnenin hızıyla senkronize eder. Bu senkronizasyon, aynı nesnenin zaman içinde sürekli pozlamasını ve dinamik yük birikimini sağlayarak yüksek hızlarda bile verimli görüntüleme sağlar.

TDI Görüntüleme Gösterimi: Koordineli Numune Hareketi ve Yük Entegrasyonu

Şarj Alanı Birikimi

Her piksel sütunu, gelen ışığı elektrik yüküne dönüştürür ve bu yük daha sonra birden fazla örnekleme okuma aşamasından geçirilir. Bu sürekli birikim süreci, zayıf sinyali N faktörüyle etkili bir şekilde güçlendirir; burada N, entegrasyon seviyelerinin sayısını temsil eder ve sınırlı ışık koşullarında sinyal-gürültü oranını (SNR) iyileştirir.

Farklı TDI Aşamalarında Görüntü Kalitesinin İllüstrasyonu

TDI Teknolojisinin Evrimi: CCD'den Arka Aydınlatmalı sCMOS'a

TDI sensörleri başlangıçta CCD veya ön aydınlatmalı CMOS platformları üzerine inşa edildi, ancak her iki mimarinin de hızlı ve düşük ışık görüntülemeye uygulandığında sınırlamaları vardı.

TDI-CCD

Arkadan aydınlatmalı TDI-CCD sensörler, %90'a yakın kuantum verimliliği (QE) sağlayabilir. Ancak, seri okuma mimarileri görüntüleme hızını kısıtlar; hat hızları genellikle 100 kHz'nin altında kalırken, 2K çözünürlüklü sensörler yaklaşık 50 kHz'de çalışır.

Ön Aydınlatmalı TDI-CMOS

Önden aydınlatmalı TDI-CMOS sensörler, 8K çözünürlüklü hat hızlarıyla 400 kHz'e kadar daha hızlı okuma hızları sunar. Ancak yapısal faktörler, özellikle daha kısa dalga boyu aralığında QE'lerini sınırlayarak genellikle %60'ın altında tutar.

2020 yılında Tucsen'in piyasaya sürülmesiyle önemli bir gelişme yaşandıDhyana 9KTDI sCMOS kameraArkadan aydınlatmalı bir TDI-sCMOS kamera olan , yüksek hassasiyeti yüksek hızlı TDI performansıyla birleştirmede önemli bir sıçramayı temsil ediyor:

Kuantum Verimliliği: %82 tepe QE - geleneksel ön aydınlatmalı TDI-CMOS sensörlerinden yaklaşık %40 daha yüksek, bu da onu düşük ışık görüntüleme için ideal hale getiriyor.

Hat Hızı: 9K çözünürlükte 510 kHz, saniyede 4,59 gigapiksel veri çıkışına denk geliyor.

Bu teknoloji ilk olarak yüksek verimli floresan taramasında uygulandı; kamera, optimize edilmiş sistem koşulları altında 10,1 saniyede 30 mm × 17 mm floresan numunesinin 2 gigapiksel görüntüsünü yakaladı ve geleneksel alan tarama sistemlerine kıyasla görüntüleme hızı ve ayrıntı doğruluğunda önemli kazanımlar elde etti.

Görüntü: Zaber MVR motorlu sahneli Dhyana 9KTDI

Amaç: 10X Edinme süresi: 10,1 sn Pozlama süresi: 3,6 ms

Görüntü boyutu: 30mm x 17mm 58.000 x 34.160 piksel

TDI Teknolojisinin Temel Avantajları

Yüksek Hassasiyet

TDI sensörleri, sinyalleri birden fazla pozlama boyunca biriktirerek düşük ışık performansını artırır. Arkadan aydınlatmalı TDI-sCMOS sensörler ile %80'in üzerinde kuantum verimliliği elde edilebilir ve bu da floresan görüntüleme ve karanlık alan denetimi gibi zorlu görevleri destekler.

Yüksek Hızlı Performans

TDI sensörleri, hızlı hareket eden nesneleri mükemmel netlikte yakalayarak yüksek verimli görüntüleme için tasarlanmıştır. Piksel okumasını nesne hareketiyle senkronize eden TDI, hareket bulanıklığını neredeyse tamamen ortadan kaldırır ve konveyör tabanlı inceleme, gerçek zamanlı tarama ve diğer yüksek verimli senaryoları destekler.

Geliştirilmiş Sinyal-Gürültü Oranı (SNR)

TDI sensörleri, birden fazla aşamadaki sinyalleri entegre ederek daha az aydınlatma ile daha yüksek kaliteli görüntüler üretebilir, biyolojik örneklerdeki fotoağartma risklerini azaltabilir ve hassas malzemelerdeki termal stresi en aza indirebilir.

Ortam Girişimine Karşı Azaltılmış Duyarlılık

Alan tarama sistemlerinin aksine, TDI sensörleri senkronize satır satır pozlamaları sayesinde ortam ışığından veya yansımalardan daha az etkilenir ve bu sayede karmaşık endüstriyel ortamlarda daha dayanıklıdır.

Uygulama Örneği: Wafer Muayenesi

Yarı iletken sektöründe, alan taramalı sCMOS kameralar, hızları ve hassasiyetleri nedeniyle düşük ışık koşullarında algılama için yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak bu sistemlerin dezavantajları da olabilir:

Sınırlı Görüş Alanı: Birden fazla karenin bir araya getirilmesi gerekir, bu da zaman alıcı işlemlere neden olur.

Daha Yavaş Tarama: Her tarama, bir sonraki görüntüyü yakalamadan önce sahnenin yerleşmesini beklemeyi gerektirir.

Dikiş Eserleri: Görüntüdeki boşluklar ve tutarsızlıklar tarama kalitesini etkiler.

Çip alanı tarama dikişinin şematik diyagramı

TDI görüntüleme bu zorlukların üstesinden gelinmesine yardımcı olur:

Sürekli Tarama: TDI, kare birleştirmeye gerek kalmadan büyük, kesintisiz taramaları destekler.

Daha Hızlı Edinim: Yüksek hat hızları (1 MHz'e kadar), yakalamalar arasındaki gecikmeleri ortadan kaldırır.

Gelişmiş Görüntü Tekdüzeliği: TDI'nin çizgi tarama yöntemi perspektif bozulmasını en aza indirir ve tüm tarama boyunca geometrik doğruluğu garanti eder.

TDI VS Alan Taraması

İllüstrasyon: TDI daha sürekli ve sorunsuz bir edinim süreci sağlar

Tucsen'in Gemini 8KTDI sCMOS kamerası, derin ultraviyole yonga plakası incelemesinde etkili olmuştur. Tucsen'in şirket içi testlerine göre, kamera 266 nm'de %63,9 QE elde ediyor ve uzun süreli kullanımda çip sıcaklığını 0°C'de sabit tutuyor; bu da UV ışınlarına duyarlı uygulamalar için önemli bir özelliktir.

Kullanımın Genişletilmesi: Özel Görüntüleme'den Sistem Entegrasyonuna

TDI artık niş uygulamalar veya kıyaslama testleriyle sınırlı değil. Odak noktası, endüstriyel sistemlere pratik entegrasyona kaymış durumda.

Tucsen'in Gemini TDI serisi iki tür çözüm sunuyor:

1. Amiral Gemisi Modelleri: Ön uç gofret denetimi ve UV kusur tespiti gibi gelişmiş kullanım durumları için tasarlanmıştır. Bu modeller yüksek hassasiyet, kararlılık ve verimlilik önceliğine sahiptir.
2. Kompakt Varyantlar: Daha küçük, hava soğutmalı ve daha düşük güç tüketimine sahip olan bu modeller, gömülü sistemler için daha uygundur. Bu modeller, sorunsuz entegrasyon için CXP (CoaXPress) yüksek hızlı arayüzler içerir.

Yaşam bilimlerinde yüksek verimli görüntüleme işlemlerinden hassas yarı iletken denetimine kadar, arkadan aydınlatmalı TDI-sCMOS görüntüleme iş akışlarını geliştirmede giderek daha önemli bir rol oynuyor.

SSS

S1: TDI nasıl çalışır?

TDI, piksel satırları arasındaki yük transferini nesnenin hareketiyle senkronize eder. Nesne hareket ettikçe, her satır bir pozlama daha biriktirerek, özellikle düşük ışık ve yüksek hızlı uygulamalarda hassasiyeti artırır.

S2: TDI teknolojisi nerelerde kullanılabilir?

TDI, yarı iletken denetimi, floresan tarama, PCB denetimi ve hareket bulanıklığı ve düşük aydınlatmanın sorun olduğu diğer yüksek çözünürlüklü, yüksek hızlı görüntüleme uygulamaları için idealdir.

S3: Endüstriyel uygulamalar için TDI kamera seçerken nelere dikkat etmeliyim?

Bir TDI kamera seçerken, hat hızı, kuantum verimliliği, çözünürlük, spektral tepki (özellikle UV veya NIR uygulamaları için) ve termal kararlılık önemli faktörlerdir.

Hat ücretinin nasıl hesaplanacağına dair detaylı açıklama için şu makalemize bakabilirsiniz:

TDI Serisi – Kameranın Hat Frekansı Nasıl Hesaplanır