2015年6月22日在許多成像應用中，捕捉散焦光是獲得清晰高對比影像的一大挑戰。數位掃描光片顯微鏡 (DSLM) 透過將照明與現代 CMOS 相機的「滾動快門」同步，提供了一種有效減少散焦光捕捉的方法。然而，這種精確的同步需要完全控制相機的滾動快門操作——而 Tucsen 相機的滾動快門控制模式正是提供此功能的。
什麼是滾動快門？
快門是相機的一部分，用於啟動和停止相機的曝光。以前，科學相機使用機械快門，打開以曝光影像，關閉以結束曝光。機械快門速度慢，長期使用容易有可靠性問題。現在，科學相機使用電子快門，速度更快、更簡單、更豐富。
捲簾快門相機從感測器頂部開始採集數據，然後逐行「捲動」至感測器底部。此採集過程涉及三個過程：訊號重置、曝光和讀出。
每行曝光的開始是透過重置每個像素所擷取的訊號來實現的。當頂行的指定曝光時間結束後，讀數以相同的方式向下滾動，標誌著採集的結束。這樣，就會留下一個從相機頂部到底部掃描的有效像素區域，其高度由曝光時間的長短決定。當相機全速運轉時，每行像素的延遲通常在5到25微秒之間，具體取決於相機的速度。
為了充分利用需要同步照明掃描和相機滾動快門的光學技術，通常情況下，這種延遲太短，這意味著滾動快門的運行速度太快，其他硬體無法跟上。這時，滾動快門控制模式就應運而生了。
圖1：捲簾快門操作示意圖
滾動快門控制模式的工作原理
透過 Tucsen 相機內建的智慧功能，相機的捲簾快門操作可以精確微調，從而與外部硬體同步。透過在每行重置和讀取之間添加一小段額外的延遲，可以控制有效像素區域掃描感測器所需的時間，從而實現同步。
此外，掃描有效區域的「狹縫高度」可以微調。較長的曝光時間或較短的線時間延遲會導致較大的狹縫高度。對於單光子顯微鏡 (DSLM)，這可以用來僅匹配樣品的照明區域，從而在盡可能長時間曝光像素以有效捕捉訊號與最大限度地減少失焦光之間取得平衡。
數位2左圖：相機全速運轉時的捲簾快門操作示意圖。右圖：捲簾快門速度示意圖，捲簾快門控制模式在每行之間添加額外延遲，以便與其他硬體同步。
透過這種可選的延遲，現在需要了解三個重要的變量，它們決定了滾動快門的操作，指示「活動」像素區域的高度，以及它穿過感測器的速度。
線路時間：這是感測器讀取一行並移動到下一行所需的預設時間。它決定了相機感測器的原生“速度”，可以在相機軟體中指定，或根據給定的興趣區域 (ROI) 和相機模式透過以下方式估算：
其中「最大相機幀速率」是指不受曝光時間長度或外部觸發速率限制時的幀速率。
曝露時間:這決定了每個像素行的活動時間，從而確定了給定線時間和延遲時間的活動區域的高度。
線路延遲：這是捲簾快門控制模式所添加的額外延遲量。捲簾快門控制模式允許添加延遲以線路時間的整數倍。例如，如果相機的行時間為 10 微秒，則每行的額外延遲為 1、2、…最多可增加 8,928 個，表示 10 微秒的倍數。
同樣重要的是所用感興趣區域 (ROI) 的高度，因為這將決定重置先前活動區域必須掃描的線數。
捲簾快門控制模式同步模式
滾動快門控制模式有兩種操作模式，取決於哪個變數更重要地控制。
In 線路延遲模式，您可以按照上述設定延遲時間。然後，軟體可以指示您指定的曝光時間對應的狹縫高度，即捲簾快門中有效像素的高度。
In 有效像素/狹縫高度在模式下，您可以設定捲簾快門掃描時需要啟動的感應器行數。您指定的曝光時間將用於計算所需的線時間延遲，以自動提供此狹縫高度。
在軟體中設定捲簾快門控制模式
操作模式（狀態）控制
圖 3：Tucsen Mosaic 軟體控製捲簾快門控制模式的範例介面。所有選項 可透過 Micro-Manager 和 SDK 取得。
有三種狀態（操作模式）：Off, 線路延遲, 狹縫高度.
• 設定為離開，感測器行為正常，沒有增加額外的延遲。
• 設定為線路延遲模式，您可以依照線路時間單位指定線路時間延遲，如上所述。
圖 4：線路延時軟體選項。範例Tucsen Mosaic 軟體的介面。所有選項均可透過 Micro-Manager 和 SDK 使用。
可新增至可配置延遲的線路時間週期數因相機而異。新增延遲後，相機的新線路時間為：
線路間隔時間 = 線路時間(感應器)+（生產線時間(感應器)× 線路延遲）
的參數值軋製速度等於線路間隔時間.
影像的總讀出時間為：
R伊德出局時間（影像）= 線路間隔時間×N列.
N列是感興趣區域中成像像素的總行數。在此模式下成像時的幀速率取決於要成像的線數和線週期時間：
幀速率 = 1/（讀出時間（影像）+ 曝光時間）
•當設定為狹縫高度 m代碼，你可以設定掃描有效區域的大小，由 t 給出「重設」訊號與「讀出」訊號之間的像素行數。狹縫高度的範圍為 1~2048，以像素為單位。若要將其轉換為物理尺寸，請將此值乘以相機規格表中的像素大小。
圖 5：狹縫高度模式控制選項。範例Tucsen Mosaic 軟體的介面。所有選項均可透過 Micro-Manager 和 SDK 使用。
軟體會自動計算所需的線路延遲（Line Time Delay）和線路間隔時間（Line Interval Time），公式如下：
線路時間延遲=曝光時間（台詞）/ 狹縫高度（台詞）
在高速模式（相機的增益模式）下，狹縫高度範圍只能設定為偶數，因為在該模式下，線是兩兩讀取的。高速模式下的參數計算如下。
線路時間延遲=曝光時間（台詞）/ ½狹縫高度（台詞）
狹縫高度 = （曝露時間（台詞）÷線路延遲）×2
掃描方向控制
捲門的方向有三種選擇：
D自己的：向下掃描方向是 sCMOS 相機的預設掃描方向。捲簾快門從感應器頂部的第一行開始，向下掃描至底部的最後一行。後續每次幀採集都從頂部的第一行開始。
圖6：向下掃描模式示意圖
Up：在向上掃描模式下，捲簾快門從最底行開始向上掃描至第一行的最頂行。後續每一幀的採集都從最底行開始。雖然相機上的資料擷取順序現在已反轉，但傳輸到軟體的結果影像仍將顯示原始方向，即影像相對於向下掃描模式不會垂直翻轉。
圖 7：向上掃描模式示意圖
下行-上行循環：捲簾快門上下交替掃描時，從最上方第一行開始，向下掃描至最下方最後一行。下一幀畫面，捲簾快門從最下方一行開始，向上掃描至最上方一行，依此類推。此模式下擷取影像的方向與向下掃描方向一致。
圖 8：向下-向上循環掃描模式示意圖
• Readout 方向重設
此功能僅在“向下-向上”循環模式下可用。
此參數的預設為“是”，確保每個新採集序列的第一幀從最頂行開始並向下掃描。
當此參數設定為「否」時，每次新採集的第一幀將從前一個序列中最後一幀的位置開始。如果最後一幀結束於最底行，則後續採集的第一幀將從最底行開始並向上傳播。
