25/08/08Sanoat va ilmiy tasvirlashda tez harakatlanuvchi ob'ektlarni kam yorug'lik sharoitida suratga olish doimiy qiyinchilik tug'diradi. Vaqtni kechiktirish integratsiyasi (TDI) kameralari aynan shu yerda ishga tushadi. TDI texnologiyasi, ayniqsa, yuqori tezlikdagi muhitlarda ajoyib sezgirlik va tasvir ravshanligini taʼminlash uchun harakat sinxronizatsiyasi va koʻp ekspozitsiyani birlashtiradi.
TDI kamerasi nima?
TDI kamerasi - bu harakatlanuvchi ob'ektlarning tasvirini oladigan maxsus chiziqli skanerlash kamerasi. Bir vaqtning o'zida butun ramkani ko'rsatadigan standart hududiy skanerlash kameralaridan farqli o'laroq, TDI kameralari ob'ekt harakati bilan sinxronlangan holda zaryadni bir piksel qatoridan ikkinchisiga o'tkazadi. Har bir piksel qatori ob'ekt harakatlanayotganda yorug'likni to'playdi, bu esa ta'sir qilish vaqtini samarali oshiradi va harakatning xiralashishini kiritmasdan signal kuchini oshiradi.
Ushbu zaryad integratsiyasi signal-shovqin nisbatini (SNR) keskin oshiradi, bu TDI kameralarini yuqori tezlikda yoki kam yorug'likdagi ilovalar uchun ideal qiladi.
TDI kamerasi qanday ishlaydi?
TDI kamerasining ishlashi 1-rasmda ko'rsatilgan.
1-rasm: Vaqtni kechiktirish integratsiyasi (TDI) sensorlarining ishlashi
ESLATMA: TDI kameralari olingan to'lovlarni harakatlanuvchi tasvir ob'ekti bilan sinxronlashda bir nechta "bosqichlar" bo'ylab harakatlantiradi. Har bir bosqich yorug'likka ta'sir qilish uchun qo'shimcha imkoniyat beradi. TDI sensorining 5 ustunli 5 bosqichli segmenti bilan kamera bo'ylab harakatlanadigan yorqin "T" orqali tasvirlangan. Tucsen Dhyana 9KTDI gibrid CCD uslubidagi zaryad harakati, lekin CMOS uslubidagi parallel o'qish.
TDI kameralari samarali chiziqli skanerlash kameralari bo‘lib, bir muhim farqi bor: kameralar tasvirlash ob’ekti bo‘ylab skanerlashda ma’lumotlarni yig‘uvchi piksellar qatori o‘rniga TDI kameralari odatda 256 tagacha bo‘lgan “bosqichlar” deb nomlanuvchi bir nechta qatorga ega.
Biroq, bu qatorlar hududni skanerlash kamerasi kabi 2 o'lchovli tasvirni hosil qilmaydi. Buning o'rniga, skanerlangan tasvir ob'ekti kamera sensori bo'ylab harakatlanayotganda, har bir piksel ichidagi aniqlangan fotoelektronlar hali o'qilmagan holda tasvirlash ob'ektining harakati bilan sinxron ravishda keyingi qatorga siljiydi. Keyin har bir qo'shimcha qator tasvirlash ob'ektini yorug'likka chiqarish uchun qo'shimcha imkoniyat beradi. Tasvir bo'lagi sensorning oxirgi piksellar qatoriga yetgandan keyingina, bu qator o'lchash uchun o'qish arxitekturasiga o'tadi.
Shunday qilib, kamera bosqichlarida bir nechta o'lchovlar o'tkazilayotganiga qaramay, kamera o'qish shovqinining faqat bitta nusxasi kiritiladi. 256 bosqichli TDI kamerasi namunani 256 baravar ko'proq ushlab turadi va shuning uchun ekvivalent chiziqli skanerlash kamerasiga qaraganda 256 marta ko'proq ta'sir qilish vaqtiga ega. Hududni skanerlash kamerasi bilan ekvivalent ta'sir qilish vaqti ekstremal harakat xiralashishiga olib keladi va tasvirni foydasiz qiladi.
TDI dan qachon foydalanish mumkin?
TDI kameralari tasvirlash ob'ekti kameraga nisbatan harakatda bo'lgan har qanday tasvirlash ilovasi uchun ajoyib yechim bo'lib, harakat kameraning ko'rinishi bo'ylab bir xil bo'lishini ta'minlaydi.
Shunday qilib, TDI tasvirining ilovalari, bir tomondan, 2 o'lchovli tasvirlar hosil bo'ladigan chiziqli skanerlashning barchasini o'z ichiga oladi, shu bilan birga yuqori tezlik, kam yorug'lik sezgirligi, yaxshi tasvir sifati yoki uchtasini bir vaqtning o'zida olib keladi. Boshqa tomondan, TDI kameralaridan foydalanish mumkin bo'lgan hududni skanerlash kameralaridan foydalanadigan ko'plab tasvirlash usullari mavjud.
Yuqori sezuvchanlikdagi sCMOS TDI uchun biologik floresan mikroskopda "plitka va tikuv" tasviri plitka o'rniga sahnani to'xtovsiz skanerlash yordamida amalga oshirilishi mumkin. Yoki barcha TDI tekshiruv dasturlari uchun juda mos bo'lishi mumkin. TDI uchun yana bir muhim dastur bu tasvir oqimi sitometriyasi bo'lib, hujayralarning floresan tasvirlari mikrosuyuqlik kanali orqali oqayotganda kameradan o'tayotganda olinadi.
sCMOS TDI ning ijobiy va salbiy tomonlari
Pros
● Tasvirlash obyektini skanerlashda yuqori tezlikda ixtiyoriy o‘lchamdagi 2 o‘lchovli tasvirlarni olishi mumkin.
● Bir nechta TDI bosqichlari, past shovqin va yuqori QE chiziqli skanerlash kameralariga qaraganda keskin yuqori sezuvchanlikka olib kelishi mumkin.
● Juda yuqori o‘qish tezligiga erishish mumkin, masalan, 9072 piksel kenglikdagi tasvir uchun 510 000 Gts (sekundiga satr) gacha.
●Yoritish faqat 1 o'lchovli bo'lishi kerak va ikkinchi (skanerlangan) o'lchamda tekis maydon yoki boshqa tuzatishlarni talab qilishi mumkin emas. Bundan tashqari, chiziqli skanerlash bilan solishtirganda uzoqroq ta'sir qilish vaqtlari AC yorug'lik manbalari tufayli miltillashni "tekislashi" mumkin.
● Harakatlanuvchi tasvirlarni xiralashtirishsiz, yuqori tezlik va sezgirlikda olish mumkin.
●Katta maydonlarni skanerlash hududni skanerlash kameralariga qaraganda ancha tezroq bo'lishi mumkin.
● Kengaytirilgan dasturiy ta'minot yoki ishga tushirish sozlamalari bilan "hududni skanerlash" rejimi diqqatni jamlash va tekislash uchun hududni skanerlashning umumiy ko'rinishini taqdim etishi mumkin.
Kamchiliklari
● An'anaviy sCMOS kameralariga qaraganda hali ham yuqori shovqin, ya'ni ultra past yorug'likdagi ilovalar qo'l ostida emas.
● Tasvirlash obyekti harakatini kamerani skanerlash bilan sinxronlashtirish uchun kengaytirilgan ishga tushirish bilan maxsus sozlashlarni, harakat tezligi ustidan juda nozik nazoratni yoki sinxronizatsiyani yoqish uchun tezlikni aniq bashorat qilishni talab qiladi.
● Yangi texnologiya sifatida hozirda apparat va dasturiy ta'minotni amalga oshirish uchun bir nechta yechimlar mavjud.
Kam yorug'lik qobiliyatiga ega sCMOS TDI
Tasvirlash texnikasi sifatida TDI raqamli tasvirlashdan oldin paydo bo'lgan va unumdorligi bo'yicha chiziqli skanerlashdan ancha oldin o'zib ketgan bo'lsa-da, faqat so'nggi bir necha yil ichida TDI kameralari odatda ilmiy darajadagi sezgirlikni talab qiladigan kam yorug'likli ilovalarga erishish uchun zarur bo'lgan sezgirlikka erishdi.sCMOS kameralar.
'sCMOS TDI' sensor bo'ylab zaryadlarning CCD uslubidagi harakatini sCMOS uslubidagi o'qish bilan, orqadan yoritilgan sensorlar bilan birlashtiradi. Oldingi CCD-ga asoslangan yoki sof CMOS-ga asoslangan* TDI kameralar oʻqishni ancha sekinroq, piksellar sonini, bosqichlarni kamroq va 30e- va >100e- oraligʻida oʻqish shovqiniga ega edi. Bundan farqli o'laroq, Tucsen kabi sCMOS TDIDhyana 9KTDI sCMOS kamera7.2e- o'qish shovqinini taklif qiladi, bu orqa yoritish orqali yuqori kvant samaradorligi bilan birlashtiriladi, bu TDI dan oldingiga qaraganda ancha past yorug'lik darajasidagi ilovalarda foydalanish imkonini beradi.
Ko'pgina ilovalarda TDI jarayoni tomonidan faollashtirilgan uzoqroq ta'sir qilish vaqtlari o'qish shovqinining o'sishini 1e-ga yaqin o'qish shovqini bo'lgan yuqori sifatli sCMOS hududini skanerlash kameralariga nisbatan ko'proq qoplashi mumkin.
TDI kameralarining umumiy ilovalari
TDI kameralari aniqlik va tezlik bir xil darajada muhim bo'lgan ko'plab sohalarda mavjud:
● Yarimo'tkazgichli gofretni tekshirish
● Yassi panelli displey (FPD) sinovi
● Internetni tekshirish (qog'oz, plyonka, folga, to'qimachilik)
● Tibbiy diagnostika yoki bagaj skriningida rentgen tekshiruvi
● Raqamli patologiyada slaydni va ko'p quduqli plastinkani skanerlash
● Masofadan zondlash yoki qishloq xo‘jaligida giperspektral tasvirlash
● SMT liniyalarida tenglikni va elektronikani tekshirish
Ushbu ilovalar TDI tasvirini real dunyo cheklovlari ostida taqdim etadigan yaxshilangan kontrast, tezlik va ravshanlikdan foydalanadi.
Misol: Slayd va ko'p quduqli plastinkalarni skanerlash
Yuqorida aytib o'tilganidek, sCMOS TDI kameralari uchun muhim va'daga ega bo'lgan ilovalardan biri slaydni yoki ko'p quduqli plastinkalarni skanerlashni o'z ichiga olgan tikuv ilovalaridir. Katta lyuminestsent yoki yorqin maydon mikroskop namunalarini 2 o'lchovli maydon kameralari bilan skanerlash XY mikroskop bosqichining ko'p harakatlaridan hosil bo'lgan tasvirlar panjarasini tikishga tayanadi. Har bir tasvir sahnaning to'xtashini, joylashishini va keyin qayta ishga tushirilishini, shuningdek, panjurning har qanday kechikishini talab qiladi. TDI esa sahna harakatlanayotganda tasvirlarni olishi mumkin. Keyin tasvir har biri namunaning butun kengligini qoplaydigan oz sonli uzun "chiziqlar" dan hosil bo'ladi. Bu tasvirlash shartlariga qarab, barcha tikuv ilovalarida keskin yuqori olish tezligi va ma'lumotlar o'tkazuvchanligiga olib kelishi mumkin.
Bosqich harakatlanishi mumkin bo'lgan tezlik TDI kamerasining umumiy ta'sir qilish vaqtiga teskari proportsionaldir, shuning uchun qisqa ta'sir qilish vaqtlari (1-20 ms) hududni skanerlash kameralari bilan solishtirganda tasvirlash tezligida eng katta yaxshilanishni ta'minlaydi, bu keyinchalik kattalik tartibiga yoki umumiy suratga olish vaqtining kattaroq qisqarishiga olib kelishi mumkin. Uzoqroq taʼsir qilish vaqtlari uchun (masalan, > 100ms) hududni skanerlash odatda vaqt ustunligini saqlab qolishi mumkin.
Atigi o'n soniyada hosil bo'lgan juda katta (2 Gigapikselli) floresan mikroskop tasvirining misoli 2-rasmda ko'rsatilgan. Hududni skanerlash kamerasi yordamida hosil qilingan ekvivalent tasvir bir necha daqiqagacha vaqt olishi mumkin.
2-rasm: TDI skanerlash va tikish orqali 10 soniyada yaratilgan 2 gigapikselli tasvir
ESLATMA: Tucsen Dhyana 9kTDI yordamida olingan 10x kattalashtirish tasviri floresan mikroskop bilan ko'rilgan ta'kidlovchi qalam nuqtalari. 3,6 ms ta'sir qilish vaqtidan foydalangan holda 10 soniyada olingan. Rasm o'lchamlari: 30 mm x 17 mm, 58 000 x 34 160 piksel.
TDI sinxronlash
TDI kamerasini tasvirlash ob'ekti bilan sinxronlashtirish (bir necha foizgacha) juda muhim - tezlikning mos kelmasligi "harakatni xiralashtirish" effektiga olib keladi. Ushbu sinxronizatsiya ikki yo'l bilan amalga oshirilishi mumkin:
Bashoratli: Kamera tezligi namuna harakat tezligi, optika (kattalashtirish) va kamera pikseli o‘lchami haqidagi bilimlarga asoslangan holda harakat tezligiga mos keladigan qilib o‘rnatiladi. Yoki sinov va xato.
Ishga tushirilgan: Ko'p mikroskop bosqichlari, portlar va tasvirlash ob'ektlarini harakatlantirish uchun boshqa uskunalar ma'lum bir harakat masofasi uchun kameraga tetik puls yuboradigan kodlovchilarni o'z ichiga olishi mumkin. Bu harakat tezligidan qat'i nazar, sahna/gantri va kameraning sinxronlashishiga imkon beradi.
TDI kameralari va chiziqli skanerlash va hududni skanerlash kameralari
TDI ning boshqa mashhur tasvirlash texnologiyalari bilan taqqoslanishi quyidagicha:
| Xususiyat | TDI kamerasi | Chiziqli skanerlash kamerasi | Hududni skanerlash kamerasi |
| Sezuvchanlik | Juda yuqori | O'rta | Pastdan o'rtagacha |
| Tasvir sifati (harakat) | Ajoyib | Yaxshi | Yuqori tezlikda xiralashgan |
| Yoritish talablari | Past | O'rta | Yuqori |
| Harakatning mosligi | Zo'r (agar sinxronlangan bo'lsa) | Yaxshi | Bechora |
| Eng yaxshisi uchun | Yuqori tezlik, kam yorug'lik | Tez harakatlanuvchi ob'ektlar | Statik yoki sekin sahnalar |
TDI - sahna tez harakatlanayotganda va yorug'lik darajasi cheklanganda aniq tanlovdir. Chiziqni skanerlash sezuvchanlikning bir pog‘onaga tushishidir, oddiy yoki statsionar sozlashlar uchun hududni skanerlash yaxshiroqdir.
To'g'ri TDI kamerasini tanlash
TDI kamerasini tanlashda quyidagilarga e'tibor bering:
● TDI bosqichlari soni: Ko'proq bosqichlar SNRni oshiradi, lekin ayni paytda xarajat va murakkablikni oshiradi.
● Sensor turi: sCMOS tezligi va past shovqini uchun afzal; CCD hali ham ba'zi eski tizimlar uchun mos bo'lishi mumkin.
● Interfeys: tizimingiz bilan mosligini taʼminlang — Camera Link, CoaXPress va 10GigE keng tarqalgan variantlardir, 100G CoF va 40G CoF yangi tendentsiya sifatida paydo boʻldi.
● Spektral javob: Ilova ehtiyojlariga qarab monoxrom, rangli yoki yaqin infraqizil (NIR) o‘rtasidan tanlang.
● Sinxronizatsiya opsiyalari: Harakatni yaxshiroq moslashtirish uchun kodlovchi kirishlari yoki tashqi trigger yordami kabi xususiyatlarni qidiring.
Agar arizangiz nozik biologik namunalar, yuqori tezlikda tekshirish yoki kam yorug'lik muhitini o'z ichiga olsa, sCMOS TDI to'g'ri mos keladi.
Xulosa
TDI kameralari tasvirlash texnologiyasidagi kuchli evolyutsiyani ifodalaydi, ayniqsa sCMOS datchiklarida qurilgan. Harakat sinxronizatsiyasini ko'p chiziqli integratsiya bilan birlashtirib, ular dinamik, kam yorug'likli sahnalar uchun tengsiz sezgirlik va ravshanlikni taklif qiladi.
Gofretlarni tekshirasizmi, slaydlarni skanerlaysizmi yoki yuqori tezlikdagi tekshiruvlarni amalga oshirasizmi, TDI qanday ishlashini tushunish sizga eng yaxshi yechimni tanlashga yordam beradi.ilmiy kameralartasvirlash muammolaringiz uchun.
TSS
TDI kameralari hududni skanerlash rejimida ishlay oladimi?
TDI kameralari "hududni skanerlash" rejimida (juda yupqa) 2 o'lchovli tasvirlarni yaratishi mumkin, bu esa sensor vaqtini aniqlashning hiylasi orqali erishiladi. Bu diqqatni jamlash va moslashtirish kabi vazifalar uchun foydali bo'lishi mumkin.
"Hududni skanerlash ekspozitsiyasini" boshlash uchun sensor birinchi navbatda TDI ni kamerada qancha bosqichlar bo'lsa, shuncha qadam oldinga siljitish, imkon qadar tezroq, keyin esa to'xtash orqali "tozalanadi". Bunga dasturiy ta'minotni boshqarish yoki apparatni ishga tushirish orqali erishiladi va ideal tarzda zulmatda amalga oshiriladi. Misol uchun, 256 bosqichli kamera kamida 256 qatorni o'qishi kerak, keyin to'xtaydi. Ushbu 256 qator ma'lumotlar o'chiriladi.
Kamera ishga tushirilmaganda yoki chiziqlar o'qilmaganda, sensor xuddi tasvirni ochadigan hududni skanerlash sensori kabi ishlaydi.
Kerakli ekspozitsiya vaqti kameraning ishlamay qolishi bilan o'tishi kerak, bundan keyin kamerani kamida bosqichlar soni bo'yicha oldinga siljitish va yangi olingan tasvirning har bir satrini o'qish kerak. Yana bir bor, ideal holda, bu "o'qish" bosqichi zulmatda sodir bo'lishi kerak.
TDI operatsiyasidan minimal buzilish va loyqalik bilan "jonli ko'rib chiqish" yoki hududni skanerlash tasvirlari ketma-ketligini ta'minlash uchun ushbu texnikani takrorlash mumkin.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Barcha huquqlar himoyalangan. Iqtibos keltirayotganda manbani ko'rsating:www.tucsen.com
