2015年6月22日在许多成像应用中，捕捉散焦光是获得清晰高对比度图像的一大挑战。数字扫描光片显微镜 (DSLM) 通过将照明与现代 CMOS 相机的“滚动快门”同步，提供了一种有效减少散焦光捕捉的方法。然而，这种精确的同步需要完全控制相机的滚动快门操作——而 Tucsen 相机的滚动快门控制模式正是提供此功能的。
什么是滚动快门？
快门是相机的一部分，用于启动和停止相机的曝光。以前，科学相机使用机械快门，打开以曝光图像，关闭以结束曝光。机械快门速度慢，并且长期使用容易出现可靠性问题。现在，科学相机使用电子快门，速度更快、更简单、功能更丰富。
卷帘快门相机从传感器顶部开始采集数据，然后逐行“滚动”至传感器底部。此采集过程涉及三个过程：信号重置、曝光和读出。
每行曝光的开始是通过重置每个像素采集的信号来实现的。当顶行的指定曝光时间结束后，读数以相同的方式向下滚动，标志着采集的结束。这样，就会留下一个从相机顶部到底部扫描的有效像素区域，其高度由曝光时间的长短决定。当相机全速运行时，每行像素的延迟通常在5到25微秒之间，具体取决于相机的速度。
为了充分利用需要同步照明扫描和相机滚动快门的光学技术，通常情况下，这种延迟太短，这意味着滚动快门的运行速度太快，其他硬件无法跟上。这时，滚动快门控制模式就应运而生了。
图1：卷帘快门操作示意图
滚动快门控制模式的工作原理
通过 Tucsen 相机内置的智能功能，相机的卷帘快门操作可以进行精确微调，从而与外部硬件同步。通过在每行重置和读取之间添加一小段额外的延迟，可以控制有效像素区域扫描传感器所需的时间，从而实现同步。
此外，扫描有效区域的“狭缝高度”可以进行微调。较长的曝光时间或较短的线时间延迟会导致较大的狭缝高度。对于单光子显微镜 (DSLM)，这可以用来仅匹配样品的照明区域，从而在尽可能长时间曝光像素以有效捕获信号与最大限度地减少失焦光之间取得平衡。
数字2左图：相机全速运转时的卷帘快门操作示意图。右图：卷帘快门速度示意图，卷帘快门控制模式在每行之间添加额外延迟，以便与其他硬件同步。
通过这种可选的延迟，现在需要了解三个重要的变量，它们决定了滚动快门的操作，指示“活动”像素区域的高度，以及它穿过传感器的速度。
线路时间：这是传感器读取一行并移动到下一行所需的默认时间。它决定了相机传感器的原生“速度”，可以在相机软件中指定，或者根据给定的感兴趣区域 (ROI) 和相机模式通过以下方式估算：
其中“最大相机帧速率”是指不受曝光时间长度或外部触发速率限制时的帧速率。
接触时间：这决定了每个像素行的活动时间，从而确定了给定线时间和延迟时间的活动区域的高度。
线路延时：这是卷帘快门控制模式添加的额外延迟量。卷帘快门控制模式允许添加延迟以线路时间的整数倍。例如，如果相机的行时间为 10 微秒，则每行的额外延迟为 1、2、…最多可以添加 8,928 个，表示 10 微秒的倍数。
同样重要的是所用感兴趣区域 (ROI) 的高度，因为这将决定重置之前活动区域必须扫描的线数。
卷帘快门控制模式同步模式
滚动快门控制模式有两种操作模式，取决于哪个变量更重要地控制。
In 线路延时模式，您可以按照上述设置延迟时间。然后，软件可以指示您指定的曝光时间对应的狭缝高度，即卷帘快门中有效像素的高度。
In 有效像素/狭缝高度在模式下，您可以设置卷帘快门扫描时需要激活的传感器行数。您指定的曝光时间将用于计算所需的线时间延迟，以自动提供此狭缝高度。
在软件中设置卷帘快门控制模式
操作模式（状态）控制
图 3：Tucsen Mosaic 软件控制卷帘快门控制模式的示例界面。所有选项 可通过 Micro-Manager 和 SDK 获得。
有三种状态（操作模式）：Off, 线路延时, 狭缝高度.
• 当设置为离开，传感器行为正常，没有增加额外的延迟。
• 当设置为线路延时模式，您可以按照线路时间单位指定线路时间延迟，如上所述。
图 4：线路延时软件选项。示例Tucsen Mosaic 软件的界面。所有选项均可通过 Micro-Manager 和 SDK 使用。
可添加到可配置延迟的线时间周期数因相机而异。添加延迟后，相机的新线时间为：
线路间隔时间 = 线路时间（传感器）+（生产线时间（传感器）× 线路延时）
的参数值轧制速度等于线路间隔时间.
图像的总读出时间为：
R伊德出局时间（图像）= 线路间隔时间×N行.
N行是感兴趣区域中成像像素的总行数。在此模式下成像时的帧速率取决于要成像的线数和线周期时间：
帧速率 = 1/（读出时间（图像）+ 曝光时间）
•当设置为狭缝高度 m代码，你可以设置扫描有效区域的大小，由 t 给出“复位”信号和“读出”信号之间的像素行数。狭缝高度的范围为 1~2048，以像素为单位。要将其转换为物理尺寸，请将此值乘以相机规格表中的像素大小。
图 5：狭缝高度模式控制选项。示例Tucsen Mosaic 软件的界面。所有选项均可通过 Micro-Manager 和 SDK 使用。
软件会自动计算所需的线路延时（Line Time Delay）和线路间隔时间（Line Interval Time），公式如下：
线时间延迟=曝光时间（台词）/ 狭缝高度（台词）
在高速模式（相机的增益模式）下，狭缝高度范围只能设置为偶数，因为在该模式下，线是两两读取的。高速模式下的参数计算如下。
线时间延迟=曝光时间（台词）/ ½狭缝高度（台词）
狭缝高度 = （接触时间（台词）÷线路延时）×2
扫描方向控制
卷帘门的方向有三种选择：
D自己的：向下扫描方向是 sCMOS 相机的默认扫描方向。卷帘快门从传感器顶部的第一行开始，向下扫描至底部的最后一行。后续每次帧采集都从顶部的第一行开始。
图6：向下扫描模式示意图
Up：在向上扫描模式下，卷帘快门从最底行开始向上扫描至第一行的最顶行。后续每一帧的采集都从最底行开始。虽然相机上的数据采集顺序现在已反转，但传输到软件的结果图像仍将显示原始方向，即图像相对于向下扫描模式不会垂直翻转。
图 7：向上扫描模式示意图
下行-上行循环：卷帘快门上下交替扫描时，从最上方第一行开始，向下扫描至最下方最后一行。下一帧画面，卷帘快门从最下方一行开始，向上扫描至最上方一行，依此类推。此模式下采集图像的方向与向下扫描方向一致。
图 8：向下-向上循环扫描模式示意图
• Readout 方向复位
此功能仅在“向下-向上”循环模式下可用。
该参数的默认设置为“是”，确保每个新采集序列的第一帧从最顶行开始并向下扫描。
当此参数设置为“否”时，每次新采集的第一帧将从前一个序列中最后一帧的位置开始。如果最后一帧结束于最底行，则后续采集的第一帧将从最底行开始并向上传播。
