22/06/15לכידת אור לא בפוקוס היא אתגר להשגת תמונות ברורות ובעלות ניגודיות גבוהה ביישומי הדמיה רבים. מיקרוסקופיית גלילה סרוקה דיגיטלית (DSLM) מציעה דרך רבת עוצמה להפחית לכידת אור לא בפוקוס באמצעות סנכרון התאורה עם "התריס המתגלגל" של מצלמות CMOS מודרניות. עם זאת, סנכרון מדויק זה דורש שליטה מלאה על פעולת התריס המתגלגל של המצלמה - תכונה המוצעת על ידי מצלמות Tucsen עם מצב בקרת תריס מתגלגל.
מה זה תריס גלילה?
התריס הוא החלק במצלמה שמתחיל ועוצר את החשיפה שלה לאור. בעבר, מצלמות מדעיות השתמשו בתריסים מכניים, שנפתחו כדי לחשוף תמונה ונסגרו כדי לסיים את החשיפה. תריסים מכניים היו איטיים ונוטים לבעיות אמינות עם שימוש ממושך. כיום, מצלמות מדעיות משתמשות בתריסים אלקטרוניים, שהם מהירים, פשוטים ורב-תכליתיים משמעותית.
מצלמות תריס מתגלגל מתחילות את קליטת הצילום שלהן בחלק העליון של החיישן, ו"גוללות" מטה שורה אחר שורה לתחתית החיישן. קליטה זו כוללת שלושה תהליכים: איפוס אות, חשיפה לאור וקריאה.
החשיפה של כל שורה מתחילה על ידי איפוס האות שנרכש של כל פיקסל. לאחר שחלף זמן החשיפה שנקבע עבור השורה העליונה, הקריאה, המסמנת את סוף הרכישה, מתגלגלת כלפי מטה באותו אופן. זה משאיר אזור של פיקסלים פעילים המשתרע מלמעלה לתחתית המצלמה, כאשר גובהו נקבע על ידי אורך זמן החשיפה. כאשר המצלמה פועלת במהירות מלאה, העיכוב לכל שורה הוא בדרך כלל בין 5 ל-25 מיקרו-שניות לכל שורה של פיקסלים, תלוי במהירות המצלמה.
כדי לנצל טכניקות אופטיות הדורשות סנכרון של סריקת התאורה ותריס הגלילה של המצלמה, בדרך כלל השהייה הזו קצרה מדי, כלומר התריס הגלילה פועל מהר מדי מכדי שחומרה אחרת תוכל לעמוד בקצב. כאן נכנס לתמונה מצב בקרת תריס הגלילה.
איור 1: תרשים סכמטי של פעולת תריס גלילה
כיצד פועל מצב בקרת תריס גלילה
באמצעות אינטליגנציה מובנית בתוך מצלמות טוסן, ניתן לכוונן במדויק את פעולת תריס הגלילה של המצלמה כדי לסנכרן עם חומרה חיצונית. על ידי הוספת עיכוב קטן נוסף בין האיפוס לקריאה של כל שורה, ניתן לשלוט בזמן שלוקח לאזור הפיקסל הפעיל לסרוק את החיישן כדי לאפשר סנכרון זה.
יתר על כן, ניתן לכוונן את 'גובה החריץ' של האזור הפעיל הנסרק. זמני חשיפה ארוכים יותר או השהיות קצרות יותר של זמן הקו מובילות לגובה חריץ גדול יותר. במקרה של DSLM, ניתן להשתמש בכך כדי להתאים רק את האזור המואר של הדגימה, תוך איזון בין חשיפת פיקסלים למשך הזמן המרבי האפשרי ללכידת אות יעילה, לבין מזעור אור שאינו בפוקוס.
דְמוּת2שמאל: תרשים סכמטי של פעולת תריס מתגלגל במהירות מלאה של המצלמה. ימין: תרשים סכמטי המציג את מהירות התריס המתגלגל עם מצב בקרת תריס מתגלגל המוסיף עיכוב נוסף בין כל שורה כדי לאפשר סנכרון עם חומרה אחרת.
עם השהייה אופציונלית זו, ישנם כעת שלושה משתנים חשובים שיש להבין אשר קובעים את פעולת התריס המתגלגל, המציינים את גובה אזור הפיקסלים ה"פעילים", ואת המהירות שבה הוא חוצה את החיישן.
זמן קוזהו משך הזמן המוגדר כברירת מחדל שלוקח לחיישן לקרוא שורה אחת ולעבור לשורה הבאה. הוא קובע את ה"מהירות" הטבעית של חיישן המצלמה, וניתן לציין זאת בתוכנת המצלמה, או לקירוב עבור אזור עניין (ROI) נתון ומצב מצלמה על ידי:
כאשר 'קצב פריימים מקסימלי של המצלמה' מתייחס לקצב הפריימים כאשר אינו מוגבל על ידי אורך זמן החשיפה או קצב הפעלה חיצוני.
זמן חשיפה:זה קובע כמה זמן כל שורת פיקסל פעילה, ובכך קובע את גובה האזור הפעיל עבור זמן שורה נתון וזמן השהייה.
השהיית זמן קו:זהו כמות ההשהיה הנוספת שנוספה על ידי מצב בקרת תריס גלילה. מצב בקרת תריס גלילה מאפשר הוספת השהיהבכפולות שלמות של זמן השורהלדוגמה, אם זמן השורה עבור מצלמה הוא 10 מיקרו-שניות, עיכוב נוסף לכל שורה של 1, 2,...ניתן להוסיף עד 8,928, המציינים את מספר הכפולות של 10 מיקרו-שניות.
חשוב גם לגובה אזור העניין (ROI) בו נעשה שימוש, שכן זה יקבע את מספר הקווים שהאזור הפעיל חייב לטאטא לפני האיפוס.
מצבי סנכרון של בקרת תריס גלילה
ישנם שני מצבי פעולה עבור מצב בקרת תריס גלילה, תלוי איזה משתנה חשוב יותר לשליטה.
In מצב השהיית זמן קו, ניתן להגדיר את זמן ההשהיה כפי שצוין לעיל. לאחר מכן, התוכנה יכולה לציין, עבור זמן החשיפה שצוין, מה יהיה גובה הסריט המתקבל - גובה הפיקסלים הפעילים בתריס הגלילה.
In פיקסל פעיל / גובה חריץבמצב זה, ניתן להגדיר את מספר השורות של החיישן שתרצו שיהיו פעילות כאשר התריס המתגלגל סוקר. זמן החשיפה שציינתם ישמש לאחר מכן לחישוב השהיית זמן הקו הנדרשת כדי לספק את גובה החריץ הזה באופן אוטומטי.
הגדרת מצב בקרת תריס גלילה בתוכנה
בקרות מצב פעולה (סטטוס)
איור 3: ממשק לדוגמה לשליטה במצב בקרת תריס גלילה מתוכנת Tucsen Mosaic. כל האפשרויות זמין דרך Micro-Manager ו-SDK.
שלושה מצבים (מצבי פעולה) זמינים:Off, עיכוב זמן קו, גובה חריץ.
• כאשר מוגדר לכבוי, החיישן מתנהג כרגיל ללא עיכוב נוסף.
• כאשר מוגדר לעיכוב זמן קובמצב זה, ניתן לציין את השהיית זמן הקו ביחידות של זמן הקו, כפי שהוסבר לעיל.
איור 4: אפשרויות תוכנה להשהיית זמן קו. דוגמהממשק מתוכנת Tucsen Mosaic. כל האפשרויות זמינות דרך Micro-Manager ו-SDK.
מספר מחזורי זמן הקו שניתן להוסיף לעיכוב הניתן להגדרה משתנה ממצלמה למצלמה. זמן הקו החדש של המצלמה, לאחר הוספת העיכוב, הוא:
זמן מרווח שורה = זמן שורה(חיישן)+(זמן קו(חיישן)× השהיית זמן קו）
ערך הפרמטר שלמהירות גלגולשווה לזמן מרווח שורה.
זמן הקריאה הכולל של התמונה הוא אם כן:
Rראשזמן יציאה(תְמוּנָה)= זמן מרווח שורה×Nשורות.
Nשורותהוא המספר הכולל של שורות של פיקסלים של הדמיה באזור העניין. קצב הפריימים בעת הדמיה במצב זה תלוי במספר הקווים שיש לצלם ובזמן מחזור הקווים:
קצב פריימים = 1/(זמן קריאה(תְמוּנָה)+ זמן חשיפה)
•כאשר מוגדר לגובה חריץ mאודה, אתה יכול להגדיר אתגודל האזור הפעיל שנסרק, נתון על ידי tמספר שורות הפיקסלים בין אות ה"איפוס" לאות ה"קריאה".טווח גובה הסריט הוא 1~2048, ביחידות פיקסלים. כדי להמיר זאת לגודל פיזי, הכפל ערך זה בגודל הפיקסל מדף המפרט של המצלמה.
איור 5: אפשרויות בקרת מצב גובה חריץ. דוגמהממשק מתוכנת Tucsen Mosaic. כל האפשרויות זמינות דרך Micro-Manager ו-SDK.
התוכנה תחשב באופן אוטומטי את זמן השהיית הקו ואת זמן מרווח הקו הנדרשים, הנוסחה היא כדלקמן:
השהיית זמן קו = זמן חשיפה(קווים)גובה חריץ(קווים)
במצב מהירות גבוהה (מצב הגברה של המצלמה), ניתן להגדיר את טווח גובה הסריט למספר זוגי בלבד, מכיוון שבמצב זה הקווים נקראים שתיים על שתיים. הפרמטרים במצב מהירות גבוהה מחושבים באופן הבא.
השהיית זמן קו = זמן חשיפה(קווים)/ ½ גובה חריץ(קווים)
גובה החריץ = (זמן חשיפה(קווים)÷ השהיית זמן קו）×2
בקרות כיוון סריקה
ישנן שלוש אפשרויות לכיוון התריס המתגלגל:
Dשֶׁלוֹכיוון הסריקה כלפי מטה הוא כיוון הסריקה המוגדר כברירת מחדל עבור מצלמות sCMOS. תריס הגלילה מתחיל מהשורה הראשונה בחלק העליון של החיישן וסורק כלפי מטה עד לשורה האחרונה בתחתית. כל רכישת פריים עוקבת מתחילה מהשורה הראשונה בחלק העליון.
איור 6: סכמטיקה של מצב סריקה כלפי מטה
Up：במצב סריקה כלפי מעלה, התריס המתגלגל מתחיל מהשורה התחתונה וסורק כלפי מעלה עד לשורה העליונה של השורה הראשונה. כל רכישת פריים עוקבת מתחילה מהשורה התחתונה. למרות שסדר לכידת הנתונים במצלמה הפוך כעת, התמונה המתקבלת שתועבר לתוכנה עדיין תציג את הכיוון המקורי, כלומר התמונה לא תהפוך אנכית יחסית למצב סריקה כלפי מטה.
איור 7: סכמטיקה של מצב סריקה כלפי מעלה
מחזור למטה-מעלה：בעת סריקה לסירוגין למעלה ולמטה, התריס המתגלגל מתחיל מהשורה הראשונה למעלה ויורד לשורה האחרונה למטה. עבור הפריים הבא, התריס המתגלגל מתחיל מהשורה התחתונה וסורק למעלה לשורה העליונה, וכן הלאה. כיוון התמונה המתקבלת במצב זה זהה לכיוון הסריקה כלפי מטה.
איור 8: סכמטיקה של מצב סריקה של מחזור למטה-מעלה
• רeaאיפוס כיוון ספק
פונקציה זו זמינה רק במצב מחזור ירידה-עלייה.
הגדרת ברירת המחדל עבור פרמטר זה היא "כן", מה שמבטיח שהפריים הראשון של כל רצף רכישה חדש יתחיל בשורה העליונה ויסרוק כלפי מטה.
כאשר פרמטר זה מוגדר ל-"לא", הפריים הראשון של כל רכישה חדשה יתחיל במיקום של הפריים האחרון ברצף הקודם. אם הפריים האחרון מסתיים בשורה התחתונה, הפריים הראשון של רכישות עוקבות יתחיל בשורה התחתונה ותתקדם כלפי מעלה.
