25/08/08صنعتی اور سائنسی امیجنگ میں، کم روشنی والے حالات میں تیزی سے حرکت کرنے والی اشیاء کو پکڑنا ایک مستقل چیلنج پیش کرتا ہے۔ یہیں پر ٹائم ڈیلے انٹیگریشن (TDI) کیمرے قدم رکھتے ہیں۔ TDI ٹیکنالوجی موشن سنکرونائزیشن اور متعدد نمائشوں کو یکجا کرتی ہے تاکہ غیر معمولی حساسیت اور تصویر کی وضاحت، خاص طور پر تیز رفتار ماحول میں۔
TDI کیمرہ کیا ہے؟
TDI کیمرہ ایک خصوصی لائن اسکین کیمرہ ہے جو حرکت پذیر اشیاء کی تصاویر کھینچتا ہے۔ معیاری ایریا اسکین کیمروں کے برعکس جو ایک ہی وقت میں پورے فریم کو بے نقاب کرتے ہیں، TDI کیمرے آبجیکٹ کی حرکت کے ساتھ مطابقت پذیری میں پکسلز کی ایک قطار سے دوسری قطار میں چارج کرتے ہیں۔ ہر پکسل کی قطار میں روشنی جمع ہوتی ہے جیسے جیسے موضوع حرکت کرتا ہے، مؤثر طریقے سے نمائش کا وقت بڑھاتا ہے اور موشن بلر متعارف کرائے بغیر سگنل کی طاقت کو بڑھاتا ہے۔
یہ چارج انضمام ڈرامائی طور پر سگنل ٹو شور کے تناسب (SNR) کو بڑھاتا ہے، TDI کیمروں کو تیز رفتار یا کم روشنی والی ایپلی کیشنز کے لیے مثالی بناتا ہے۔
TDI کیمرا کیسے کام کرتا ہے؟
TDI کیمرے کے آپریشن کو شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔
شکل 1: ٹائم ڈیلے انٹیگریشن (TDI) سینسر کا آپریشن
نوٹ: TDI کیمرے ایک متحرک امیجنگ موضوع کے ساتھ مطابقت پذیری میں متعدد 'مرحلوں' میں حاصل شدہ چارجز کو منتقل کرتے ہیں۔ ہر مرحلہ روشنی کے سامنے آنے کا ایک اضافی موقع فراہم کرتا ہے۔ TDI سینسر کے 5-کالم بائی 5-اسٹیج سیگمنٹ کے ساتھ، ایک روشن 'T' کے ذریعے ایک کیمرے میں حرکت کرتا ہے۔ Tucsen Dhyana 9KTDI ہائبرڈ CCD طرز کی چارج موومنٹ لیکن CMOS طرز کے متوازی ریڈ آؤٹ کے ساتھ۔
TDI کیمرے مؤثر طریقے سے لائن اسکین کیمرے ہیں، ایک اہم امتیاز کے ساتھ: ڈیٹا حاصل کرنے والے پکسلز کی ایک قطار کے بجائے جب کیمرے ایک امیجنگ مضمون میں اسکین کیے جاتے ہیں، TDI کیمروں میں متعدد قطاریں ہوتی ہیں، جنہیں 'اسٹیجز' کہا جاتا ہے، عام طور پر 256 تک۔
تاہم، یہ قطاریں ایک ایریا اسکین کیمرے کی طرح 2 جہتی تصویر نہیں بناتی ہیں۔ اس کے بجائے، جیسا کہ ایک اسکین شدہ امیجنگ سبجیکٹ کیمرے کے سینسر میں منتقل ہوتا ہے، ہر پکسل کے اندر پائے جانے والے فوٹو الیکٹران امیجنگ کے موضوع کی حرکت کے ساتھ ہم آہنگی میں اگلی قطار میں شفل ہو جاتے ہیں، بغیر پڑھے ہی۔ ہر اضافی قطار پھر امیجنگ کے موضوع کو روشنی کے سامنے لانے کا ایک اضافی موقع فراہم کرتی ہے۔ صرف ایک بار جب تصویر کا ٹکڑا سینسر کے پکسلز کی آخری قطار تک پہنچ جاتا ہے تو وہ قطار پھر پیمائش کے لیے ریڈ آؤٹ آرکیٹیکچر کو بھیجی جاتی ہے۔
لہذا، کیمرے کے تمام مراحل میں متعدد پیمائشیں ہونے کے باوجود، کیمرہ ریڈ شور کی صرف ایک مثال پیش کی گئی ہے۔ 256-اسٹیج کا TDI کیمرہ نمونے کو 256 گنا لمبا منظر میں رکھتا ہے، اور اس وجہ سے مساوی لائن اسکین کیمرے سے 256 گنا زیادہ ایکسپوژر ٹائم ہوتا ہے۔ ایریا اسکین کیمرہ کے ساتھ ایک مساوی نمائش کا وقت انتہائی موشن بلر پیدا کرے گا، جس سے تصویر بیکار ہوجائے گی۔
TDI کب استعمال کیا جا سکتا ہے؟
TDI کیمرے کسی بھی امیجنگ ایپلی کیشن کے لیے ایک بہترین حل ہیں جہاں امیجنگ کا موضوع کیمرہ کے مقابلے میں حرکت میں ہے، بشرطیکہ یہ حرکت کیمرے کے نظارے میں یکساں ہو۔
اس لیے TDI امیجنگ کی ایپلی کیشنز میں، ایک طرف، لائن اسکیننگ کے وہ تمام لوگ شامل ہیں جہاں 2-جہتی امیجز بنتی ہیں، جبکہ زیادہ رفتار لاتے ہوئے، کم روشنی کی حساسیت میں بہت بہتری، تصویر کا بہتر معیار، یا تینوں ایک ساتھ۔ دوسری طرف، امیجنگ کی بہت سی تکنیکیں ہیں جو ایریا اسکین کیمرے استعمال کرتی ہیں جہاں TDI کیمرے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔
اعلی حساسیت sCMOS TDI کے لیے، بائیولوجیکل فلوروسینس مائیکروسکوپی میں 'ٹائل اور سلائی' امیجنگ ٹائلنگ کی جگہ اسٹیج کے نان اسٹاپ اسکین کا استعمال کرتے ہوئے کی جا سکتی ہے۔ یا تمام TDI معائنہ کی درخواستوں کے لیے موزوں ہو سکتے ہیں۔ TDI کے لیے ایک اور اہم ایپلی کیشن امیجنگ فلو سائٹومیٹری ہے، جہاں خلیوں کی فلوروسینس امیجز حاصل کی جاتی ہیں جب وہ مائکرو فلائیڈک چینل سے گزرتے ہوئے کیمرہ سے گزرتے ہیں۔
sCMOS TDI کے فوائد اور نقصانات
پیشہ
● امیجنگ کے کسی موضوع پر اسکین کرتے وقت صوابدیدی سائز کی 2 جہتی تصاویر کو تیز رفتاری سے کھینچ سکتا ہے۔
● متعدد TDI مراحل، کم شور، اور زیادہ QE لائن اسکین کیمروں کے مقابلے میں بہت زیادہ حساسیت کا باعث بن سکتے ہیں۔
● بہت زیادہ پڑھنے کی رفتار حاصل کی جا سکتی ہے، مثال کے طور پر، 510,000Hz (لائنز فی سیکنڈ) تک، 9,072 پکسل چوڑی تصویر کے لیے۔
●روشنی کو صرف 1 جہتی ہونے کی ضرورت ہے اور اس کے لیے دوسرے (اسکین شدہ) جہت میں کسی فلیٹ فیلڈ یا دیگر تصحیح کی ضرورت نہیں ہو سکتی۔ مزید برآں، لائن اسکین کے مقابلے میں طویل نمائش کا وقت AC روشنی کے ذرائع کی وجہ سے ٹمٹماہٹ کو 'ہموار' کر سکتا ہے۔
● حرکت پذیر تصاویر حرکت دھندلا کے بغیر اور تیز رفتاری اور حساسیت کے ساتھ حاصل کی جا سکتی ہیں۔
●بڑے علاقوں کو اسکین کرنا ایریا اسکین کیمروں کے مقابلے میں کافی تیز ہوسکتا ہے۔
● جدید سافٹ ویئر یا ٹرگرنگ سیٹ اپ کے ساتھ، 'ایریا اسکین جیسا' موڈ فوکس اور الائنمنٹ کے لیے ایریا اسکین کا جائزہ فراہم کر سکتا ہے۔
Cons
● روایتی sCMOS کیمروں کے مقابلے میں اب بھی زیادہ شور، یعنی انتہائی کم روشنی والی ایپلی کیشنز پہنچ سے باہر ہیں۔
● کیمرہ کی سکیننگ کے ساتھ امیجنگ کے موضوع کی حرکت کو ہم آہنگ کرنے کے لیے ایڈوانس ٹرگرنگ کے ساتھ ماہر سیٹ اپ کی ضرورت ہوتی ہے، حرکت کی رفتار پر بہت عمدہ کنٹرول، یا مطابقت پذیری کو فعال کرنے کے لیے رفتار کی درست پیشین گوئی۔
● ایک نئی ٹیکنالوجی کے طور پر، ہارڈ ویئر اور سافٹ ویئر کے نفاذ کے لیے فی الحال چند حل موجود ہیں۔
کم روشنی کے قابل sCMOS TDI
اگرچہ TDI بطور امیجنگ تکنیک ڈیجیٹل امیجنگ کی پیشگی ہے، اور بہت پہلے کارکردگی میں لائن سکین کو پیچھے چھوڑ دیا گیا ہے، صرف پچھلے چند سالوں میں TDI کیمروں نے کم روشنی والے ایپلی کیشنز تک پہنچنے کے لیے درکار حساسیت حاصل کی ہے جس کے لیے عام طور پر سائنسی درجہ کی حساسیت کی ضرورت ہوتی ہے۔sCMOS کیمرے.
'sCMOS TDI' پورے سینسر میں چارجز کی CCD طرز کی حرکت کو sCMOS طرز کے ریڈ آؤٹ کے ساتھ جوڑتا ہے، بیک الیومینیٹڈ سینسر دستیاب ہیں۔ پچھلے سی سی ڈی پر مبنی یا مکمل طور پر سی ایم او ایس پر مبنی* ٹی ڈی آئی کیمروں میں ریڈ آؤٹ بہت سست، چھوٹے پکسل کی گنتی، کم مراحل، اور 30e- اور> 100e- کے درمیان شور تھا۔ اس کے برعکس، sCMOS TDI جیسے Tucsenدھیانا 9KTDI sCMOS کیمرہبیک الیومینیشن کے ذریعے اعلی کوانٹم کارکردگی کے ساتھ مل کر 7.2e- کا ریڈ شور پیش کرتا ہے، جو پہلے سے ممکن حد تک نمایاں طور پر کم لائٹ لیول ایپلی کیشنز میں TDI کے استعمال کو قابل بناتا ہے۔
بہت سی ایپلی کیشنز میں، TDI عمل کے ذریعے فعال ہونے والے طویل نمائش کے اوقات 1e- کے قریب پڑھنے والے شور والے اعلی معیار کے sCMOS ایریا اسکین کیمروں کے مقابلے میں پڑھنے والے شور میں اضافے کی تلافی کر سکتے ہیں۔
TDI کیمروں کی عام ایپلی کیشنز
TDI کیمرے بہت سی صنعتوں میں پائے جاتے ہیں جہاں درستگی اور رفتار یکساں طور پر اہم ہیں:
● سیمی کنڈکٹر ویفر کا معائنہ
● فلیٹ پینل ڈسپلے (FPD) ٹیسٹنگ
● ویب معائنہ (کاغذ، فلم، ورق، ٹیکسٹائل)
● طبی تشخیص یا سامان کی اسکریننگ میں ایکس رے اسکیننگ
● ڈیجیٹل پیتھالوجی میں سلائیڈ اور ملٹی ویل پلیٹ اسکیننگ
● ریموٹ سینسنگ یا زراعت میں ہائپر اسپیکٹرل امیجنگ
● ایس ایم ٹی لائنوں میں پی سی بی اور الیکٹرانکس کا معائنہ
یہ ایپلی کیشنز بہتر کنٹراسٹ، رفتار اور وضاحت سے فائدہ اٹھاتی ہیں جو TDI امیجنگ حقیقی دنیا کی رکاوٹوں کے تحت فراہم کرتی ہے۔
مثال: سلائیڈ اور ملٹی ویل پلیٹ سکیننگ
جیسا کہ ذکر کیا گیا ہے، sCMOS TDI کیمروں کے لیے اہم وعدے کے ساتھ ایک ایپلی کیشن سلائیڈ یا ملٹی ویل پلیٹ سکیننگ سمیت ایپلی کیشنز کو سلائی کر رہی ہے۔ 2-جہتی ایریا کیمروں کے ساتھ بڑے فلورسنٹ یا برائٹ فیلڈ مائیکروسکوپی نمونوں کو اسکین کرنا XY مائکروسکوپ مرحلے کی متعدد حرکتوں سے بننے والی تصاویر کے گرڈ کو سلائی کرنے پر انحصار کرتا ہے۔ ہر تصویر کو رولنگ شٹر کی کسی بھی تاخیر کے ساتھ رکنے، طے کرنے، اور پھر دوبارہ شروع کرنے کے لیے اسٹیج کی ضرورت ہوتی ہے۔ دوسری طرف، ٹی ڈی آئی تصاویر حاصل کر سکتا ہے جب سٹیج حرکت میں ہو۔ اس کے بعد یہ تصویر چھوٹی تعداد میں لمبی 'سٹرپس' سے بنتی ہے، ہر ایک نمونے کی پوری چوڑائی کو ڈھانپتی ہے۔ یہ ممکنہ طور پر امیجنگ کے حالات پر منحصر ہے، تمام سلائی ایپلی کیشنز میں بہت زیادہ حصول کی رفتار اور ڈیٹا تھرو پٹ کا باعث بن سکتا ہے۔
جس رفتار سے سٹیج حرکت کر سکتا ہے وہ TDI کیمرہ کے کل ایکسپوژر ٹائم کے الٹا متناسب ہے، اس لیے مختصر نمائش کے اوقات (1-20ms) ایریا اسکین کیمروں کے مقابلے امیجنگ کی رفتار میں سب سے زیادہ بہتری پیش کرتے ہیں، جو اس کے بعد شدت کے آرڈر یا کل حصول کے وقت میں زیادہ کمی کا باعث بن سکتی ہے۔ طویل نمائش کے اوقات کے لیے (مثلاً> 100ms)، ایریا اسکین عام طور پر وقت کا فائدہ برقرار رکھ سکتا ہے۔
صرف دس سیکنڈ میں بننے والی ایک بہت بڑی (2 گیگا پکسل) فلوروسینس مائیکروسکوپی تصویر کی ایک مثال تصویر 2 میں دکھائی گئی ہے۔ ایریا اسکین کیمرے کے ساتھ بننے والی مساوی تصویر میں کئی منٹ لگ سکتے ہیں۔
شکل 2: 2 گیگا پکسل امیج TDI اسکیننگ اور سلائی کے ذریعے 10 سیکنڈ میں بنتی ہے۔
نوٹ: فلوروسینس مائکروسکوپی کے ساتھ دیکھے جانے والے ہائی لائٹر قلم کے نقطوں کے Tucsen Dhyana 9kTDI کا استعمال کرتے ہوئے 10x میگنیفیکیشن امیج حاصل کی گئی۔ 3.6 ایم ایس ایکسپوزر ٹائم کا استعمال کرتے ہوئے 10 سیکنڈ میں حاصل کیا گیا۔ تصویر کے طول و عرض: 30mm x 17mm، 58,000 x 34,160 پکسلز۔
TDI کو ہم آہنگ کرنا
ٹی ڈی آئی کیمرہ کی امیجنگ سبجیکٹ (چند فیصد کے اندر) کے ساتھ ہم آہنگی ضروری ہے - رفتار کی مماثلت 'موشن بلر' اثر کا باعث بنے گی۔ یہ مطابقت پذیری دو طریقوں سے کی جا سکتی ہے:
پیش گوئی کرنے والا: کیمرے کی رفتار نمونے کی نقل و حرکت کی رفتار، آپٹکس (میگنیفیکیشن)، اور کیمرہ پکسل سائز کے علم کی بنیاد پر حرکت کی رفتار سے مماثل ہے۔ یا آزمائش اور غلطی۔
محرک: امیجنگ کے مضامین کو منتقل کرنے کے لیے بہت سے مائیکروسکوپ مراحل، گینٹری اور دیگر آلات میں انکوڈرز شامل ہو سکتے ہیں جو ایک دی گئی حرکت کے فاصلے کے لیے کیمرہ کو ٹرگر پلس بھیجتے ہیں۔ یہ اسٹیج/گینٹری اور کیمرہ کو حرکت کی رفتار سے قطع نظر مطابقت پذیر رہنے کی اجازت دیتا ہے۔
TDI کیمرے بمقابلہ لائن اسکین اور ایریا اسکین کیمرے
یہاں یہ ہے کہ TDI دیگر مشہور امیجنگ ٹیکنالوجیز سے کیسے موازنہ کرتا ہے:
| فیچر | ٹی ڈی آئی کیمرہ | لائن اسکین کیمرہ | ایریا اسکین کیمرہ |
| حساسیت | بہت اعلیٰ | درمیانہ | کم سے درمیانے درجے تک |
| تصویر کا معیار (حرکت) | بہترین | اچھا | تیز رفتاری سے دھندلا پن |
| روشنی کے تقاضے | کم | درمیانہ | اعلی |
| موشن مطابقت | بہترین (اگر مطابقت پذیر ہو) | اچھا | غریب |
| کے لیے بہترین | تیز رفتار، کم روشنی | تیزی سے چلنے والی اشیاء | جامد یا سست مناظر |
جب منظر تیزی سے آگے بڑھ رہا ہو اور روشنی کی سطح محدود ہو تو TDI واضح انتخاب ہے۔ لائن اسکین حساسیت میں ایک قدم نیچے ہے، جبکہ ایریا اسکین سادہ یا اسٹیشنری سیٹ اپ کے لیے بہتر ہے۔
صحیح TDI کیمرے کا انتخاب
TDI کیمرے کا انتخاب کرتے وقت، درج ذیل پر غور کریں:
● TDI مراحل کی تعداد: مزید مراحل SNR میں اضافہ کرتے ہیں، لیکن لاگت اور پیچیدگی بھی۔
● سینسر کی قسم: sCMOS کو اس کی رفتار اور کم شور کے لیے ترجیح دی جاتی ہے۔ سی سی ڈی اب بھی کچھ میراثی نظاموں کے لیے موزوں ہو سکتا ہے۔
● انٹرفیس: اپنے سسٹم کے ساتھ مطابقت کو یقینی بنائیں—کیمرہ لنک، CoaXPress، اور 10GigE عام اختیارات ہیں، 100G CoF اور 40G CoF نئے رجحانات کے طور پر سامنے آئے ہیں۔
● سپیکٹرل ردعمل: درخواست کی ضروریات کی بنیاد پر مونوکروم، رنگ، یا قریب اورکت (NIR) میں سے انتخاب کریں۔
● مطابقت پذیری کے اختیارات: بہتر موشن الائنمنٹ کے لیے انکوڈر ان پٹس یا بیرونی ٹرگر سپورٹ جیسی خصوصیات تلاش کریں۔
اگر آپ کی درخواست میں نازک حیاتیاتی نمونے، تیز رفتار معائنہ، یا کم روشنی والے ماحول شامل ہیں، تو sCMOS TDI ممکنہ طور پر مناسب ہے۔
نتیجہ
TDI کیمرے امیجنگ ٹیکنالوجی میں ایک طاقتور ارتقاء کی نمائندگی کرتے ہیں، خاص طور پر جب sCMOS سینسر پر بنایا گیا ہو۔ موشن سنکرونائزیشن کو ملٹی لائن انٹیگریشن کے ساتھ جوڑ کر، وہ متحرک، کم روشنی والے مناظر کے لیے بے مثال حساسیت اور وضاحت پیش کرتے ہیں۔
چاہے آپ ویفرز کا معائنہ کر رہے ہوں، سلائیڈز کو سکین کر رہے ہوں، یا تیز رفتار معائنہ کر رہے ہوں، یہ سمجھنا کہ TDI کیسے کام کرتا ہے آپ کو ان میں سے بہترین حل منتخب کرنے میں مدد مل سکتی ہے۔سائنسی کیمرےآپ کے امیجنگ چیلنجز کے لیے۔
اکثر پوچھے گئے سوالات
کیا TDI کیمرے ایریا اسکین موڈ میں کام کر سکتے ہیں؟
TDI کیمرے 'ایریا اسکین نما' موڈ میں (بہت پتلی) 2 جہتی تصاویر بنا سکتے ہیں، جو سینسر ٹائمنگ کی چال سے حاصل کی گئی ہے۔ یہ فوکس اور صف بندی جیسے کاموں کے لیے مددگار ثابت ہو سکتا ہے۔
'ایریا اسکین ایکسپوژر' شروع کرنے کے لیے، سینسر کو پہلے TDI کو آگے بڑھا کر 'کلیئر' کیا جاتا ہے جتنے کیمرہ کے مراحل ہوتے ہیں، جتنی جلدی ممکن ہو، پھر رک جاتے ہیں۔ یہ یا تو سافٹ ویئر کنٹرول، یا ہارڈویئر ٹرگرنگ کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے، اور مثالی طور پر اندھیرے میں انجام دیا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، 256 مرحلے والے کیمرے کو کم از کم 256 لائنیں پڑھنی چاہئیں، پھر رک جائیں۔ ڈیٹا کی یہ 256 لائنیں ضائع کر دی گئی ہیں۔
جب کیمرہ متحرک نہیں ہوتا ہے یا لائنیں پڑھتی نہیں ہوتی ہیں، سینسر بالکل ایسے ہی برتاؤ کرتا ہے جیسے ایریا اسکین سینسر کسی تصویر کو بے نقاب کرتا ہے۔
اس کے بعد مطلوبہ نمائش کا وقت کیمرہ کے بیکار کے ساتھ گزر جانا چاہئے، اس سے پہلے کہ کیمرے کو کم از کم اس کے مراحل کی تعداد سے آگے بڑھاتے ہوئے، ابھی حاصل کی گئی تصویر کی ہر سطر کو پڑھیں۔ ایک بار پھر، مثالی طور پر یہ 'پڑھنے' کا مرحلہ اندھیرے میں ہونا چاہیے۔
TDI آپریشن سے کم سے کم مسخ اور دھندلا پن کے ساتھ 'لائیو پیش نظارہ' یا ایریا اسکین امیجز کی ترتیب فراہم کرنے کے لیے اس تکنیک کو دہرایا جا سکتا ہے۔
Tucsen Photonics Co., Ltd. جملہ حقوق محفوظ ہیں۔ حوالہ دیتے وقت، براہ کرم ماخذ کو تسلیم کریں:www.tucsen.com
