2015.06.22.A fókuszon kívüli fény rögzítése számos képalkotási alkalmazásban kihívást jelent a tiszta, nagy kontrasztú képek elérése érdekében. A digitális pásztázott fénymikroszkópia (DSLM) hatékony módszert kínál a fókuszon kívüli fény befogásának csökkentésére a megvilágítás modern CMOS kamerák „gördülő zárjával” való szinkronizálásával. Ez a pontos szinkronizálás azonban teljes kontrollt igényel a kamera gördülő zárjának működése felett – ezt a funkciót a gördülő zár vezérlési módjával rendelkező Tucsen kamerák kínálják.
Mi az a redőny?
A zár a kamera azon része, amely elindítja és leállítja a kamera fénynek való expozícióját. Korábban a tudományos kamerák mechanikus zárakat használtak, amelyek kinyitásával exponáltak egy képet, majd bezárásával befejezték az expozíciót. A mechanikus zárak lassúak voltak, és hosszabb használat esetén megbízhatósági problémákkal küzdöttek. Manapság a tudományos kamerák elektronikus zárakat használnak, amelyek jelentősen gyorsabbak, egyszerűbbek és sokoldalúbbak.
A gördülő záras kamerák a szenzor tetején kezdik a jelfeldolgozást, és sorról sorra „gördülnek” lefelé a szenzor aljáig. Ez a jelfeldolgozás három folyamatból áll: a jel visszaállítása, a fényexpozíció és a kiolvasás.
Az egyes sorok expozíciója az egyes pixelek begyűjtött jelének visszaállításával kezdődik. Miután a felső sorra megadott expozíciós idő letelt, a kijelzés, amely a begyűjtés végét jelzi, ugyanígy legördül. Ez egy aktív pixelekből álló területet hagy maga után, amely a kamera tetejétől az aljáig húzódik, magasságát az expozíciós idő hossza határozza meg. Teljes sebességgel működő kamera esetén a soronkénti késleltetés jellemzően 5 és 25 mikroszekundum között van pixelsoronként, a kamera sebességétől függően.
A megvilágítás szkennelésének és a kamera gördülő zárjának szinkronizálását igénylő optikai technikák kihasználásához ez a késleltetés jellemzően túl rövid, ami azt jelenti, hogy a gördülő zár túl gyorsan működik ahhoz, hogy más hardverek lépést tartsanak vele. Itt jön képbe a gördülő zár vezérlési módja.
1. ábra: A redőny működésének vázlatos rajza
Hogyan működik a gördülő redőny vezérlési módja
A Tucsen kamerákba épített intelligenciának köszönhetően a kamera gördülő zárjának működése precízen finomhangolható a külső hardverrel való szinkronizáláshoz. Az egyes sorok visszaállítása és kiolvasása között egy kis további késleltetés hozzáadásával szabályozható az aktív pixelterület érzékelőn való végigsöpörésének ideje, lehetővé téve ezt a szinkronizálást.
Továbbá a beolvasott aktív terület „résmagassága” finomhangolható. Hosszabb expozíciós idők vagy rövidebb soridő-késleltetések nagyobb résmagasságot eredményeznek. DSLM esetében ez arra használható, hogy csak a minta megvilágított területét egyeztesse, egyensúlyt teremtve a pixelek hatékony jelrögzítéshez szükséges maximális ideig történő expozíciója és a fókuszon kívüli fény minimalizálása között.
Ábra2Balra: A gördülő zár működésének sematikus rajza teljes kamerasebesség mellett. Jobbra: A gördülő zár sebességét bemutató sematikus rajz gördülő zár vezérlő móddal, amely további késleltetést ad az egyes sorok közé a többi hardverrel való szinkronizálás lehetővé tétele érdekében.
Ezzel az opcionális késleltetéssel most három fontos változót kell megérteni, amelyek meghatározzák a gördülő zár működését, jelezve az „aktív” pixelek területének magasságát és a szenzoron való áthaladás sebességét.
Soridő: Ez az alapértelmezett idő, amely alatt a szenzor kiolvas egy sort, majd továbblép a következőre. Ez határozza meg a kameraszenzor natív „sebességét”, és megadható a kamera szoftverében, vagy egy adott érdeklődési területre (ROI) és kameramódra vonatkozóan a következőképpen közelíthető:
Ahol a „maximális kamera képkockasebesség” a képkockasebességre utal, amikor azt sem az expozíciós idő, sem a külső triggerelési sebesség nem korlátozza.
Kitettségi idő:Ez határozza meg, hogy az egyes pixelsorok mennyi ideig aktívak, ezáltal meghatározva az aktív terület magasságát egy adott soridő és késleltetési idő mellett.
Vonalidő késleltetés:Ennyi további késleltetést ad hozzá a Rolling Shutter Control Mode. A Rolling Shutter Control Mode lehetővé teszi a késleltetés hozzáadását.a soridő egész számú többszörösébenPéldául, ha egy kamera sorideje 10 mikroszekundum, akkor soronként további 1, 2,…akár 8928-ig is hozzáadható, ami a 10 mikroszekundum többszöröseinek számát jelzi.
Fontos a használt érdeklődési terület (ROI) magassága is, mivel ez határozza meg, hogy az aktív területnek hány vonalat kell végigsöpörnie a visszaállítás előtt.
Redőnyvezérlési mód szinkronizálási módok
A Rolling Shutter Control Mode két üzemmódban érhető el, attól függően, hogy melyik változó szabályozása fontosabb.
In Vonalidő-késleltetési mód, beállíthatja a késleltetési időt a fent megadottak szerint. A szoftver ezután jelezheti a megadott expozíciós idő mellett, hogy mi lesz a rés magassága – az aktív pixelek magassága a gördülő zárban.
In Aktív pixel / résmagasságmódban beállíthatja, hogy a gördülő zár pásztázása közben az érzékelő sorainak száma aktív legyen. A megadott expozíciós idő alapján kiszámításra kerül a szükséges soridő-késleltetés, amely automatikusan biztosítja ezt a résmagasságot.
Redőnyvezérlő mód beállítása szoftveresen
Működési mód (állapot) kezelőszervek
3. ábra: Példa a Tucsen Mosaic szoftverből a Redőnyvezérlő mód vezérlésére szolgáló felületre. Minden opció elérhető a Micro-Manageren és az SDK-n keresztül.
Három állapot (működési mód) érhető el:Off, Vonalidő-késleltetés, Résmagasság.
• Ha a következőre van beállítva:Le, az érzékelő a szokásos módon viselkedik, további késleltetés nélkül.
• Ha a következőre van beállítva:Vonalidő-késleltetésmódban a vonali késleltetést a vonali idő egységeiben adhatja meg, a fent leírtak szerint.
4. ábra: Vonalidő-késleltetés szoftveropciók. PéldaTucsen Mosaic szoftver interfész. Minden opció elérhető a Micro-Manageren és az SDK-n keresztül.
A konfigurálható késleltetéshez hozzáadható vonalidő-ciklusok száma kameránként változik. A kamera új vonalideje a késleltetés hozzáadása után a következő:
Sorközidő = Soridő(érzékelő)+ (Vonalidő)(érzékelő)× Vonalidő-késleltetés）
A paraméter értékeGördülési sebességegyenlőSorköz időköze.
A kép teljes kiolvasási ideje ekkor:
RfejKilépési idő(kép)= Sorközidő×Nsorok.
Nsoroka képalkotási pixelek sorainak teljes száma az adott területen. A képkockasebesség ebben a módban a képalkotás során a leképezendő vonalak számától és a sorciklusidőtől függ:
Képkockasebesség = 1/(Kiolvasási idő(kép)+ Expozíciós idő)
•Amikor erre van beállítvaRésmagasság módát, beállíthatja aaz aktív beolvasott terület mérete, amelyet t ad mega „reset” jel és a „reset” jel közötti pixelsorok száma.A résmagasság tartománya 1~2048 pixelegységben. Ennek fizikai méretre való átváltásához szorozza meg ezt az értéket a kamera specifikációs lapján található pixelmérettel.
5. ábra: Résmagasság mód vezérlési lehetőségei. PéldaTucsen Mosaic szoftver interfész. Minden opció elérhető a Micro-Manageren és az SDK-n keresztül.
A szoftver automatikusan kiszámítja a szükséges vonali késleltetést és vonali intervallumot, a képlet a következő:
Vonalidő késleltetés = Expozíciós idő(Vonalak)/ Résmagasság(Vonalak)
Nagy sebességű módban (a kamera erősítési módja) a résmagasság tartománya csak páros számra állítható be, mivel ebben a módban a sorok kettesével kerülnek kiolvasásra. A nagy sebességű mód paramétereinek kiszámítása a következőképpen történik.
Vonalidő késleltetés = Expozíciós idő(Vonalak)/ ½Résmagasság(Vonalak)
Résmagasság = （Kitettségi idő(Vonalak)÷ Vonalidő késleltetés）×2
Szkennelési irányvezérlők
A redőny irányára vonatkozóan három lehetőség van:
DsajátA lefelé irányuló pásztázási irány az sCMOS kamerák alapértelmezett pásztázási iránya. A gördülő zár az érzékelő tetején lévő első sortól indul, és az alján lévő utolsó sorig pásztázik. Minden további képkocka-felvétel a tetején lévő első sorral kezdődik.
6. ábra: Lefelé irányuló pásztázási mód vázlata
Up：Felfelé pásztázási módban a gördülő zár az alsó sortól indul, és az első sor felső soráig pásztázik. Minden további képkocka beolvasása az alsó sorból indul. Bár a kamerán az adatrögzítés sorrendje most megfordul, a szoftvernek küldött kép továbbra is az eredeti tájolást fogja mutatni, azaz a kép nem lesz függőlegesen tükrözve a lefelé pásztázási módhoz képest.
7. ábra: Felfelé irányuló szkennelési mód vázlata
Le-fel ciklus：Amikor felváltva felfelé és lefelé szkennel, a gördülő zár az első sortól felül indul, és az utolsó sorig folyik lefelé. A következő képkockánál a gördülő zár az alsó sortól indul, és a felső sorig szkennel, és így tovább. Az ebben a módban rögzített kép tájolása megegyezik a lefelé szkennelési tájolással.
8. ábra: Le-fel ciklusú szkennelési mód vázlata
• Reakétség Irány Visszaállítás
Ez a funkció csak Le-Fel ciklus módban érhető el.
A paraméter alapértelmezett beállítása „Igen”, ami biztosítja, hogy minden új adatgyűjtési sorozat első képkockája a legfelső sortól induljon, és lefelé haladjon.
Ha ez a paraméter „Nem” értékre van állítva, minden új adatgyűjtés első képkockája az előző sorozat utolsó képkockájának pozíciójánál kezdődik. Ha az utolsó képkocka az alsó sorban ér véget, akkor a további adatgyűjtések első képkockája az alsó sorban kezdődik, és felfelé halad.
