22/07/13Vaqtni kechiktirish integratsiyasi (TDI) raqamli tasvirlashdan oldin paydo bo'lgan tasvirlash usuli bo'lib, ammo bu bugungi kunda tasvirlashning eng yuqori cho'qqilarida juda katta afzalliklarni beradi. TDI kameralari ikki holatda porlashi mumkin - ikkalasi ham tasvir ob'ekti harakatda bo'lganda:
1 – Tasvirlash predmeti doimiy tezlikda harakat qiladi, masalan, veb-tekshiruvda (masalan, harakatlanuvchi qog'oz, plastmassa yoki mato varaqlarini nuqsonlar va shikastlanishlar uchun skanerlash), yig'ish liniyalari yoki mikro suyuqliklar va suyuqlik oqimlari.
2 – Ob'ektni yoki kamerani harakatlantirish orqali hududdan boshqa joyga ko'chiriladigan kamera tomonidan tasvirlanishi mumkin bo'lgan statik tasvirlash ob'ektlari. Misollar mikroskop slaydni skanerlash, materiallarni tekshirish, tekis panelni tekshirish va boshqalarni o'z ichiga oladi.
Agar ushbu holatlarning birortasi tasviringizga taalluqli bo‘lsa, ushbu veb-sahifa an’anaviy 2 o‘lchovli “hududni skanerlash” kameralaridan Line Scan TDI kameralariga o‘tish tasviringizni kuchaytirishi mumkinligini ko‘rib chiqishga yordam beradi.
Hududni skanerlash va harakatlanuvchi maqsadlar bilan bog'liq muammo
● Motion Blur
Ba'zi tasvirlash ob'ektlari, masalan, suyuqlik oqimi yoki veb-tekshiruvda zarurat bilan harakatda bo'ladi. Slaydni skanerlash va materiallarni tekshirish kabi boshqa ilovalarda ob'ektni harakatda ushlab turish har bir olingan tasvir uchun harakatni to'xtatishga qaraganda ancha tez va samaraliroq bo'lishi mumkin. Biroq, hududni skanerlash kameralari uchun, agar tasvirlash ob'ekti kameraga nisbatan harakatda bo'lsa, bu qiyinchilik tug'dirishi mumkin.
Harakatlanuvchi transport vositasi tasvirini buzadigan harakatning xiralashishi
Cheklangan yorug'lik yoki yuqori tasvir sifati talab qilinadigan vaziyatlarda kameraning uzoq ta'sir qilish vaqti talab qilinishi mumkin. Biroq, ekspozitsiya paytida ob'ektning harakati o'z nurini bir nechta kamera piksellariga yoyadi va bu "harakat xiralashishi" ga olib keladi. Buni ekspozitsiyani juda qisqa saqlash orqali kamaytirish mumkin - bu mavzu bo'yicha nuqta kamera pikselini bosib o'tish uchun kerak bo'lgan vaqt ichida. Buunodatda qorong'u, shovqinli, ko'pincha yaroqsiz tasvirlar hisobiga.
●Tikish
Bundan tashqari, odatda katta yoki uzluksiz tasvirlash ob'ektlarini hududiy skanerlash kameralari bilan tasvirlash bir nechta tasvirlarni olishni talab qiladi, keyin ular birlashtiriladi. Ushbu tikuv qo'shni tasvirlar orasidagi piksellarning bir-biriga mos kelishini talab qiladi, samaradorlikni pasaytiradi va ma'lumotlarni saqlash va qayta ishlash talablarini oshiradi.
●Noto'g'ri yoritish
Bundan tashqari, yorug'lik tikilgan tasvirlar orasidagi chegaralarda muammolar va artefaktlarning oldini olish uchun kamdan-kam hollarda etarli bo'ladi. Bundan tashqari, etarli intensivlikdagi hududni skanerlash kamerasi uchun etarlicha katta maydonda yoritishni ta'minlash uchun ko'pincha yuqori quvvatli, yuqori narxdagi doimiy yorug'lik manbalaridan foydalanish talab etiladi.
Sichqoncha miyasining ko'p tasvirli qo'lga kiritilishini tikishda notekis yoritish. Watson va boshqalardan olingan rasm. 2017: http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0180486
TDI kamerasi nima va u qanday yordam beradi?
An'anaviy 2 o'lchovli hududni skanerlash kameralarida tasvirni olishning uch bosqichi mavjud: pikselni tiklash, ekspozitsiya va o'qish. Ekspozitsiya vaqtida voqea joyidan fotonlar aniqlanadi, natijada fotoelektronlar kamera piksellarida ekspozitsiya oxirigacha saqlanadi. Keyin har bir pikseldagi qiymatlar o'qiladi va 2D tasvir hosil bo'ladi. Keyin piksellar qayta o'rnatiladi va keyingi ekspozitsiyani boshlash uchun barcha to'lovlar tozalanadi.
Biroq, yuqorida aytib o'tilganidek, agar tasvirlash obyekti kameraga nisbatan harakatlanayotgan bo'lsa, ushbu ekspozitsiya davomida ob'ektdan keladigan yorug'lik bir nechta piksellarga tarqalishi mumkin va bu harakatning xiralashishiga olib keladi. TDI kameralari bu cheklovni innovatsion texnika yordamida yengib chiqadi. Bu [1-animatsiya] da ko'rsatilgan.
●TDI kameralari qanday ishlaydi
TDI kameralari hududni skanerlash kameralaridan tubdan farq qiladi. Tasvirlash ob'ekti ekspozitsiya paytida kamera bo'ylab harakatlanayotganda, olingan tasvirni tashkil etuvchi elektron zaryadlar ham sinxronlashtirilib, harakatlanadi. EHM paytida TDI kameralari olingan barcha zaryadlarni bir piksel qatoridan ikkinchisiga, kamera bo'ylab tasvirlash ob'ektining harakati bilan sinxronlashtirishga qodir. Ob'ekt kamera bo'ylab harakatlanayotganda, har bir qator ("TDI bosqichi" deb nomlanadi) kamerani ob'ektga ta'sir qilish va signal to'plash uchun yangi imkoniyat beradi.
Qabul qilingan zaryadlar qatori kameraning oxiriga yetgandan keyingina qiymatlar o'qiladi va tasvirning 1 o'lchovli qismi sifatida saqlanadi. Ikki o'lchamli tasvir kamera o'qiyotganda tasvirning har bir bo'lagini bir-biriga yopishtirish orqali hosil bo'ladi. Olingan tasvirdagi piksellarning har bir qatori tasvir predmetining bir xil “boʻlagi”ni kuzatib boradi va tasvirlaydi, yaʼni harakatga qaramay, xiralik yoʻq.
●256x uzoqroq ekspozitsiya
TDI kameralarida tasvirning samarali ta'sir qilish vaqti ob'ektdagi nuqtaning har bir piksel qatorini bosib o'tishi uchun zarur bo'lgan butun vaqt bilan belgilanadi, ba'zi TDI kameralarida 256 bosqichgacha mavjud. Bu shuni anglatadiki, mavjud bo'lgan ta'sir qilish vaqti hududni skanerlash kamerasi erisha oladiganidan 256 baravar kattaroqdir.
Bu ikkita yaxshilanishdan birini yoki ikkalasining muvozanatini ta'minlashi mumkin. Birinchidan, tasvir tezligini sezilarli darajada oshirishga erishish mumkin. Hududni skanerlash kamerasi bilan solishtirganda, tasvirlash ob'ekti 256x gacha tezroq harakatlanishi mumkin va shu bilan birga bir xil miqdordagi signalni ushlab turishi mumkin, bu kameraning chiziq tezligini ushlab turish uchun etarlicha tez bo'lishi mumkin.
Boshqa tomondan, agar yuqori sezuvchanlik talab etilsa, uzoqroq ta'sir qilish vaqti ancha yuqori sifatli tasvirlarni, pastroq yorug'lik intensivligini yoki ikkalasini ham ta'minlaydi.
●Tikmasdan katta ma'lumot uzatish
TDI kamerasi ketma-ket 1 o'lchovli bo'laklardan 2 o'lchovli tasvirni ishlab chiqarganligi sababli, natijada olingan tasvir talab qilinadigan darajada katta bo'lishi mumkin. "Gorizontal" yo'nalishdagi piksellar soni kameraning kengligi bilan, masalan, 9072 piksel bilan berilgan bo'lsa-da, tasvirning "vertikal" o'lchami cheksizdir va shunchaki kamera qancha vaqt ishlashi bilan belgilanadi. 510 kHz gacha bo'lgan liniya tezligi bilan bu katta hajmdagi ma'lumotlarni uzatish imkonini beradi.
Bu bilan birlashganda, TDI kameralari juda keng ko'rish maydonlarini taklif qilishi mumkin. Misol uchun, 5 mikron pikselli 9072 pikselli kamera yuqori aniqlikdagi 45 mm gorizontal ko'rish maydonini ta'minlaydi. 5 mikron pikselli skanerlash kamerasi bilan bir xil tasvir kengligiga erishish uchun yonma-yon uchta 4K kamera kerak bo'ladi.
●Chiziqli skanerlash kameralari bo'yicha yaxshilanishlar
TDI kameralari nafaqat hududni skanerlash kameralariga nisbatan yaxshilanishlarni taklif qiladi. Bitta pikselli chiziqni suratga oladigan chiziqli skanerlash kameralari, shuningdek, hududni skanerlash kameralari kabi yorug'lik intensivligi va qisqa ekspozitsiyalar bilan bir xil muammolardan aziyat chekadi.
TDI kameralari singari, chiziqli skanerlash kameralari oddiyroq sozlash bilan yanada tekisroq yoritishni taklif qiladi va tasvirni tikish zaruratidan qochadi, ular ko'pincha yuqori sifatli tasvir uchun etarli signalni olish uchun juda zich yoritishni va/yoki sekin ob'ekt harakatini talab qilishi mumkin. TDI kameralari faollashtiradigan uzoqroq ekspozitsiyalar va yuqoriroq mavzu tezligi tasvirlash samaradorligini oshirish bilan birga kamroq intensivlik va arzonroq yorug'likdan foydalanish mumkinligini anglatadi. Masalan, ishlab chiqarish liniyasi doimiy quvvatni talab qiladigan yuqori xarajatli, yuqori quvvat sarflaydigan halogen chiroqlardan LED yoritgichga o'tishi mumkin.
TDI kameralari qanday ishlaydi?
Kamera sensorida TDI tasvirini olishning uchta umumiy standarti mavjud.
● CCD TDI- CCD kameralar raqamli kameralarning eng qadimgi uslubidir. Elektron dizayni tufayli CCD-da TDI xatti-harakatiga erishish nisbatan juda oddiy, ko'plab kamera sensorlari tabiatan shu tarzda ishlashga qodir. Shuning uchun TDI CCD-lar o'nlab yillar davomida qo'llanilmoqda.
Biroq, CCD texnologiyasi o'z cheklovlariga ega. CCD TDI kameralari uchun odatda mavjud bo'lgan eng kichik piksel o'lchami taxminan 12 mikron x 12 mikronni tashkil qiladi - bu kichik piksellar soni bilan birga kameralarning nozik tafsilotlarni hal qilish imkoniyatlarini cheklaydi. Bundan tashqari, suratga olish tezligi boshqa texnologiyalarga qaraganda pastroq, shu bilan birga o'qish shovqini - kam yorug'likdagi tasvirni cheklovchi asosiy omil - yuqori. Quvvat iste'moli ham yuqori, bu ba'zi ilovalarda asosiy omil hisoblanadi. Bu CMOS arxitekturasi asosida TDI kameralarini yaratish istagini keltirib chiqardi.
●Erta CMOS TDI: kuchlanish-domen va raqamli yig'ish
CMOS kameralar CCD kameralarining ko'p shovqin va tezlik cheklovlarini yengib chiqadi, shu bilan birga kamroq quvvat sarflaydi va kichikroq piksel o'lchamlarini taklif qiladi. Biroq, piksel dizayni tufayli TDI xatti-harakatlariga CMOS kameralarida erishish ancha qiyin edi. CCD sensorni boshqarish uchun fotoelektronlarni jismonan pikseldan pikselga o'tkazsa-da, CMOS kameralari o'qishdan oldin fotoelektronlardagi signallarni har bir pikseldagi kuchlanishga aylantiradi.
CMOS sensoridagi TDI xatti-harakati 2001 yildan beri o'rganilib kelinmoqda, ammo ta'sir qilish bir qatordan ikkinchisiga o'tayotganda signalning "to'planishi" ni qanday hal qilish qiyin edi. Tijoriy kameralarda hali ham qo'llaniladigan CMOS TDI uchun ikkita dastlabki usul - bu kuchlanish domenini to'plash va TDI CMOS raqamli yig'ish. Kuchlanish domenini to'plash kameralarida, tasvirlash ob'ekti o'tayotganda signalning har bir qatori olinganligi sababli, olingan kuchlanish tasvirning ushbu qismi uchun umumiy yig'ilishga elektron tarzda qo'shiladi. Shu tarzda kuchlanishlarni to'plash qo'shilgan har bir qo'shimcha TDI bosqichi uchun qo'shimcha shovqinni keltirib chiqaradi va qo'shimcha bosqichlarning afzalliklarini cheklaydi. Chiziqlilik bilan bog'liq muammolar ushbu kameralardan aniq ilovalar uchun foydalanishni ham qiyinlashtiradi.
Ikkinchi usul - raqamli yig'ish TDI. Ushbu usulda CMOS kamerasi hududni skanerlash rejimida samarali ishlaydi va tasvirlash ob'ektining bir qator piksellar bo'ylab harakatlanishi uchun zarur bo'lgan vaqtga mos keladigan juda qisqa ta'sir qiladi. Biroq, har bir ketma-ket freymning qatorlari raqamli ravishda bir-biriga qo'shiladi, shunda TDI effekti beriladi. Olingan tasvirdagi piksellarning har bir qatori uchun butun kamera o'qilishi kerakligi sababli, bu raqamli qo'shimcha har bir qator uchun o'qish shovqinini ham qo'shadi va olish tezligini cheklaydi.
●Zamonaviy standart: zaryadlovchi domenli TDI CMOS yoki CCD-on-CMOS TDI
Yuqoridagi CMOS TDI cheklovlari yaqinda CCD-on-CMOS TDI sifatida ham tanilgan zaryad-domen to'planishi TDI CMOS-ni joriy qilish orqali bartaraf etildi. Ushbu sensorlarning ishlashi [1-animatsiya] da ko'rsatilgan. Nomidan ko'rinib turibdiki, bu sensorlar zaryadlarning bir pikseldan ikkinchisiga CCD o'xshash harakatini taklif qiladi, har bir TDI bosqichida alohida zaryadlar darajasida fotoelektronlarni qo'shish orqali signal to'playdi. Bu samarali shovqinsiz. Biroq, CCD TDI cheklovlari CMOS o'qish arxitekturasidan foydalanish orqali bartaraf etiladi, bu CMOS kameralari uchun odatiy bo'lgan yuqori tezlik, past shovqin va kam quvvat sarfini ta'minlaydi.
TDI texnik xususiyatlari: nima muhim?
●Texnologiya:Eng muhim omil - yuqorida muhokama qilinganidek, qanday sensor texnologiyasidan foydalaniladi. Zaryadlovchi domenli CMOS TDI eng yaxshi ishlashni ta'minlaydi.
●TDI bosqichlari:Bu signal to'planishi mumkin bo'lgan sensorning qatorlar soni. Kamera qanchalik ko'p TDI bosqichlariga ega bo'lsa, uning samarali ta'sir qilish vaqti shunchalik uzoq bo'lishi mumkin. Yoki, agar kamera etarli chiziq tezligiga ega bo'lsa, tasvirlash ob'ekti tezroq harakatlanishi mumkin.
●Chiziq tezligi:Kamera soniyada qancha qatorni o'qiy oladi. Bu kamera ushlab turishi mumkin bo'lgan maksimal harakat tezligini aniqlaydi.
●Kvant samaradorligi: Bu hodisa fotonni aniqlash va fotoelektron hosil qilish ehtimoli bilan berilgan turli to'lqin uzunliklarida kameraning yorug'likka sezgirligini ko'rsatadi. Yuqori kvant samaradorligi pastroq yorug'lik kuchini yoki bir xil signal darajasini saqlab turganda tezroq ishlashni taklif qilishi mumkin.
Bundan tashqari, kameralar yaxshi sezgirlikka erishish mumkin bo'lgan to'lqin uzunligi diapazonida farqlanadi, ba'zi kameralar spektrning ultrabinafsha (UV) oxirigacha, taxminan 200 nm to'lqin uzunligida sezgirlikni taklif qiladi.
●Shovqinni o'qish:O'qish shovqini kameraning sezgirligining yana bir muhim omili bo'lib, kamera shovqin qavati ustida aniqlanishi mumkin bo'lgan minimal signalni aniqlaydi. O'qish shovqini yuqori bo'lsa, qorong'u xususiyatlarni aniqlab bo'lmaydi va dinamik diapazon sezilarli darajada kamayadi, ya'ni yorqinroq yoritish yoki uzoqroq ta'sir qilish vaqtlari va sekinroq harakat tezligidan foydalanish kerak.
TDI texnik xususiyatlari: nima muhim?
Hozirgi vaqtda TDI kameralari veb-inspektsiya, elektronika va ishlab chiqarishni tekshirish va boshqa mashinani ko'rish ilovalari uchun ishlatiladi. Bundan tashqari, floresan tasvirlash va slaydni skanerlash kabi kam yorug'likdagi ilovalar qiyin.
Biroq, yuqori tezlikda, past shovqinli, yuqori sezgirlikdagi TDI CMOS kameralarining joriy etilishi bilan ilgari faqat hududni skanerlash kameralaridan foydalanilgan yangi ilovalarda tezlik va samaradorlikni oshirish uchun katta imkoniyatlar mavjud. Maqolaning boshida aytib o'tganimizdek, TDI kameralari doimiy harakatda bo'lgan yoki kamerani statik tasvirlash ob'ektlari bo'ylab skanerlash mumkin bo'lgan ob'ektlar uchun yuqori tezlik va yuqori tasvir sifatiga erishish uchun eng yaxshi tanlov bo'lishi mumkin.
Masalan, mikroskop ilovasida biz 9K pikselli, 256 bosqichli 5 mikron pikselli TDI kameraning nazariy olish tezligini 5 mikron pikselli 12 megapikselli kamera maydonini skanerlash kamerasi bilan solishtirishimiz mumkin. Keling, sahnani siljitish orqali 20x kattalashtirish bilan 10 x 10 mm maydonni olishni ko'rib chiqaylik.
1. Hududni skanerlash kamerasi bilan 20x ob'ektivdan foydalanish 1,02 x 0,77 mm ko'rish maydonini beradi.
2. TDI kamerasi yordamida mikroskopning koʻrish maydonidagi har qanday cheklovni yengib oʻtish, 2,3 mm gorizontal koʻrish maydonini taqdim qilish uchun 2x qoʻshimcha kattalashtirishga ega 10x obʼyektivdan foydalanish mumkin edi.
3. Tikish maqsadida tasvirlar orasidagi 2% piksel oʻxshashligini, sahnani belgilangan joyga koʻchirish uchun 0,5 soniya va 10ms taʼsir qilish vaqtini nazarda tutsak, biz kamerani hududni skanerlash vaqtini hisoblashimiz mumkin. Xuddi shunday, biz sahnani Y yo'nalishida skanerlash uchun doimiy harakatda ushlab turilganda, har bir chiziq uchun bir xil ta'sir qilish vaqti bilan TDI kamerasi olish vaqtini hisoblashimiz mumkin.
4. Bunday holda, hududni skanerlash kamerasi 140 ta tasvirni olish uchun sahnani siljitish uchun 63 soniya sarflaydi. TDI kamerasi atigi 5 ta uzun tasvirni oladi, sahnani keyingi ustunga o'tkazish uchun atigi 2 soniya vaqt sarflanadi.
5. 10 x 10 mm maydonni olish uchun sarflangan umumiy vaqt bo'ladiHududni skanerlash kamerasi uchun 64,4 soniya,va shunchakiTDI kamerasi uchun 9,9 soniya.
Agar siz TDI kamerasi sizning ilovangizga mos kelishi va ehtiyojlaringizga javob berishi mumkinligini bilmoqchi bo'lsangiz, bugun biz bilan bog'laning.
