22.06.2015Epätarkan valon tallentaminen on haaste selkeiden ja suurikontrastisten kuvien saavuttamiseksi monissa kuvantamissovelluksissa. Digitaalinen skannattu valolevymikroskopia (DSLM) tarjoaa tehokkaan tavan vähentää epätarkan valon tallentamista synkronoimalla valaistus nykyaikaisten CMOS-kameroiden "rullaavan sulkimen" kanssa. Tämä tarkka synkronointi vaatii kuitenkin kameran rullaavan sulkimen toiminnan täydellistä hallintaa – ominaisuuden, joka on saatavilla Tucsen-kameroissa, joissa on rullaavan sulkimen ohjaustila.
Mikä on rullaava suljin?
Suljin on kameran osa, joka käynnistää ja pysäyttää kameran valotuksen. Aikaisemmin tieteellisissä kameroissa käytettiin mekaanisia sulkimia, jotka avautuivat kuvan valottamiseksi ja sulkeutuivat valotuksen lopettamiseksi. Mekaaniset sulkimet olivat hitaita ja alttiita luotettavuusongelmille pitkäaikaisessa käytössä. Nykyään tieteellisissä kameroissa käytetään elektronisia sulkimia, jotka ovat huomattavasti nopeampia, yksinkertaisempia ja monipuolisempia.
Rullasuljinkamerat aloittavat tiedonkeruun kennon yläosasta ja "vierivät" rivi riviltä kennon alaosaan. Tämä tiedonkeruu sisältää kolme prosessia: signaalin nollaamisen, valotuksen ja lukeman.
Kunkin rivin valotus aloitetaan nollaamalla kunkin pikselin hankittu signaali. Kun ylimmän rivin määritetty valotusaika on kulunut, lukema, joka merkitsee hankinnan loppua, vierii alas samalla tavalla. Tämä jättää jälkeensä aktiivisten pikselien alueen, joka ulottuu kameran ylhäältä alas, ja sen korkeus määräytyy valotusajan pituuden mukaan. Kameran käydessä täydellä nopeudella viive riviä kohden on tyypillisesti 5–25 mikrosekuntia pikseliriviä kohden kameran nopeudesta riippuen.
Jotta valaistuksen skannauksen ja kameran rullaavan sulkimen synkronointia vaativia optisia tekniikoita voitaisiin hyödyntää, tämä viive on tyypillisesti liian lyhyt, mikä tarkoittaa, että rullaava suljin toimii liian nopeasti, jotta muut laitteet ehtivät pysyä perässä. Tässä kohtaa rullaavan sulkimen ohjaustila tulee mukaan kuvaan.
Kuva 1: Rullasulkimen toiminnan kaaviokuva
Kuinka rullaavan sulkimen ohjaustila toimii
Tucsen-kameroiden sisäänrakennetun älykkyyden ansiosta kameran rullaavan sulkimen toimintaa voidaan hienosäätää tarkasti synkronoimaan ulkoisen laitteiston kanssa. Lisäämällä pienen viiveen kunkin viivan nollauksen ja lukemisen välille aktiivisen pikselialueen anturin läpi pyyhkäisemiseen kuluvaa aikaa voidaan säätää synkronoinnin mahdollistamiseksi.
Lisäksi skannatun aktiivisen alueen "raon korkeutta" voidaan hienosäätää. Pidemmät valotusajat tai lyhyemmät viiveviiveet johtavat suurempaan raon korkeuteen. DSLM:n tapauksessa tätä voidaan käyttää vain näytteen valaistun alueen sovittamiseen, jolloin saavutetaan tasapaino pikseleiden valottamisen mahdollisimman pitkän ajan tehokkaan signaalin sieppauksen varmistamiseksi ja epätarkan valon minimoimisen välillä.
Kuvio2Vasen: Kaaviokuva rullaavan sulkimen toiminnasta täydellä kameran nopeudella. Oikea: Kaaviokuva rullaavan sulkimen nopeudesta rullaavan sulkimen ohjaustilassa, joka lisää viivettä viivojen väliin synkronoinnin mahdollistamiseksi muun laitteiston kanssa.
Tämän valinnaisen viiveen myötä on nyt ymmärrettävä kolme tärkeää muuttujaa, jotka määrittävät rullaavan sulkimen toiminnan: aktiivisten pikseleiden alueen korkeuden ja sen, kuinka nopeasti se kulkee kennolla.
Linjan aika: Tämä on oletusarvoinen aika, joka anturilta kuluu yhden rivin lukemiseen ja seuraavaan siirtymiseen. Se määrittää kameran anturin natiivin "nopeuden", ja se voidaan määrittää kameraohjelmistossa tai arvioida tietylle kiinnostusalueelle (ROI) ja kameratilalle seuraavasti:
Jossa 'kameran suurin kuvataajuus' viittaa kuvataajuuteen, jota ei ole rajoitettu valotusajan pituudella tai ulkoisella liipaisunopeudella.
Altistumisaika:Tämä määrittää, kuinka kauan kukin pikselirivi on aktiivinen, ja siten aktiivisen alueen korkeuden tietyllä riviajalla ja viiveajalla.
Linjan viive:Tämä on Rolling Shutter -ohjaustilan lisäämä lisäviive. Rolling Shutter -ohjaustila mahdollistaa viiveen lisäämisen.rivin ajan kokonaislukukerrannaisinaEsimerkiksi, jos kameran juovan kesto on 10 mikrosekuntia, lisäviive juovaa kohden on 1, 2,…jopa 8 928, voidaan lisätä, mikä osoittaa 10 mikrosekunnin monikertojen lukumäärän.
Myös käytetyn kiinnostusalueen (ROI) korkeus on tärkeä, koska se määrittää, kuinka monta viivaa aktiivisen alueen on pyyhkäistävä alas ennen nollaamista.
Rullaavan sulkimen ohjaustilan synkronointitilat
Rullaavan sulkimen ohjaustilassa on kaksi toimintatilaa riippuen siitä, kumpaa muuttujaa on tärkeämpää ohjata.
In Linjan viivetila, voit asettaa viiveajan yllä määritetyllä tavalla. Ohjelmisto voi sitten ilmoittaa määritetyllä valotusajalla tuloksena olevan raon korkeuden – aktiivisten pikseleiden korkeuden rullaavassa sulkimessa.
In Aktiivinen pikseli / raon korkeus-tilassa voit asettaa aktiivisten anturirivien määrän, kun rullaava suljin pyyhkäisee. Määrittämääsi valotusaikaa käytetään sitten tarvittavan linjaviiveen laskemiseen, jotta tämä raon korkeus saadaan automaattisesti aikaan.
Rullaavan sulkimen ohjaustilan määrittäminen ohjelmistossa
Toimintatilan (tilan) säätimet
Kuva 3: Esimerkki käyttöliittymästä rullaverhon ohjaustilan ohjaamiseksi Tucsen Mosaic -ohjelmistolla. Kaikki vaihtoehdot saatavilla Micro-Managerin ja SDK:n kautta.
Käytettävissä on kolme tilaa (toimintatilaa):Off, Linjan viive, Raon korkeus.
• Kun asetettu arvoonPoisanturi toimii normaalisti ilman lisäviivettä.
• Kun asetettu arvoonLinjan viivetilassa voit määrittää linjaviiveen linja-ajan yksiköissä, kuten yllä on selitetty.
Kuva 4: Linjan aikaviiveen ohjelmistoasetukset. Esimerkkikäyttöliittymä Tucsen Mosaic -ohjelmistosta. Kaikki vaihtoehdot saatavilla Micro-Managerin ja SDK:n kautta.
Konfiguroitavaan viiveeseen lisättävien linja-aikajaksojen määrä vaihtelee kamerasta toiseen. Kameran uusi linja-aika viiveen lisäämisen jälkeen on siis:
Rivin väliaika = Rivin kesto(anturi)+ (Linjan kesto(anturi)× Linjan viive）
Parametrin arvoVierintänopeuson yhtä suuri kuinRivivälin aika.
Kuvan kokonaislukuaika on siis:
Rpääulosmenoaika(kuva)= Rivin väliaika×Nrivit.
Nriviton kiinnostuksen kohteena olevan alueen kuvapikselirivien kokonaismäärä. Tässä tilassa kuvattaessa kuvataajuus riippuu kuvattavien viivojen lukumäärästä ja viivan sykliajasta:
Kuvataajuus = 1/(Lukuaika(kuva)+ Valotusaika)
•Kun asetettu arvoonRaon korkeus moodia, voit asettaaskannatun aktiivisen alueen koko, joka saadaan kaavasta tpikselirivien lukumäärä "nollaus"-signaalin ja "luku"-signaalin välillä.Raon korkeuden alue on 1–2048 pikseliä. Muuntaaksesi tämän fyysiseksi kooksi, kerro tämä arvo kameran teknisten tietojen pikselikoolla.
Kuva 5: Raon korkeuden tilan ohjausvaihtoehdot. Esimerkkikäyttöliittymä Tucsen Mosaic -ohjelmistosta. Kaikki vaihtoehdot saatavilla Micro-Managerin ja SDK:n kautta.
Ohjelmisto laskee automaattisesti tarvittavan linjaviiveen ja linjavälin seuraavan kaavan mukaisesti:
Linjan viive = Valotusaika(Rivit)/ Raon korkeus(Rivit)
Suurnopeustilassa (kameran vahvistustilassa) raon korkeuden alueeksi voidaan asettaa vain parillinen luku, koska tässä tilassa viivat luetaan kaksi kerrallaan. Suurnopeustilan parametrit lasketaan seuraavasti.
Linjan viive = Valotusaika(Rivit)/ ½Raon korkeus(Rivit)
Raon korkeus = (Altistumisaika(Rivit)÷ Linjan viive）×2
Skannaussuunnan säätimet
Rullaverhon suunnalle on kolme vaihtoehtoa:
DomaAlaspäin suuntautuva skannaussuunta on sCMOS-kameroiden oletusskannaussuunta. Vierivä suljin alkaa anturin yläreunan ensimmäiseltä riviltä ja skannaa alas viimeiselle riville alimmalle. Jokainen seuraava kuvanotto alkaa ensimmäiseltä riviltä ylhäällä.
Kuva 6: Alaspäin suuntautuvan skannaustilan kaavio
Up：Ylöspäin skannaustilassa liikkuva suljin alkaa alimmalta riviltä ja skannaa ylöspäin ensimmäisen rivin ylimmälle riville. Jokainen seuraava kuvanotto alkaa alimmalta riviltä. Vaikka tiedonkeruujärjestys kamerassa on nyt päinvastainen, ohjelmistolle toimitettu kuva näyttää edelleen alkuperäisen suunnan eli kuvaa ei käännetä pystysuunnassa alaspäin skannaustilaan nähden.
Kuva 7: Ylöspäin suuntautuvan skannaustilan kaaviokuva
Alas-ylös-sykliKun skannataan vuorotellen ylös ja alas, vierintäsuljin aloittaa ensimmäisestä rivistä ylhäältä ja siirtyy alas viimeiseen riviin alimmalle. Seuraavalla kuvalla vierintäsuljin aloittaa alimmalta riviltä ja skannaa ylös ylimmälle riville ja niin edelleen. Tässä tilassa hankitun kuvan suunta on sama kuin alaspäin skannauksen suunta.
Kuva 8: Alas-ylös-syklin skannaustilan kaavio
• Reaepäilyksen suunta Palauta
Tämä toiminto on käytettävissä vain alas-ylös-syklitilassa.
Tämän parametrin oletusasetus on "Kyllä", mikä varmistaa, että jokaisen uuden hankintasekvenssin ensimmäinen kehys alkaa ylimmästä rivistä ja skannaa alaspäin.
Kun tämän parametrin arvoksi on asetettu "Ei", jokaisen uuden hankinnan ensimmäinen ruutu alkaa edellisen sekvenssin viimeisen ruudun kohdasta. Jos viimeinen ruutu päättyy alimmalle riville, seuraavien hankintojen ensimmäinen ruutu alkaa alimmalta riviltä ja etenee ylöspäin.
