22.06.15Фіксацыя расфокусаванага святла з'яўляецца праблемай для атрымання выразных выяў з высокай кантраснасцю ў многіх праграмах візуалізацыі. Лічбавая сканіраваная светлавая ліставая мікраскапія (DSLM) прапануе магутны спосаб памяншэння захопу расфокусаванага святла шляхам сінхранізацыі асвятлення з «рухомай засаўкай» сучасных CMOS-камер. Аднак такая дакладная сінхранізацыя патрабуе поўнага кантролю над працай рулонай засаўкі камеры — функцыя, якую прапануюць камеры Tucsen з рэжымам кіравання рулонай засаўкай.
Што такое рулонны затвор?
Затвор — гэта частка камеры, якая запускае і спыняе экспазіцыю святла. Раней у навуковых камерах выкарыстоўваліся механічныя затворы, якія адкрываліся для экспазіцыі выявы і закрываліся для завяршэння экспазіцыі. Механічныя затворы былі павольнымі і схільныя да праблем з надзейнасцю пры працяглым выкарыстанні. Цяпер у навуковых камерах выкарыстоўваюцца электронныя затворы, якія значна хутчэйшыя, прасцейшыя і больш універсальныя.
Камеры з рухомым затворам пачынаюць збор дадзеных у верхняй частцы датчыка і «скочваюцца» радок за радком да ніжняй часткі датчыка. Гэты збор дадзеных уключае тры працэсы: скід сігналу, экспазіцыю святла і зчытванне дадзеных.
Экспанаванне кожнага радка пачынаецца са скіду атрыманага сігналу кожнага пікселя. Пасля заканчэння зададзенага часу экспазіцыі для верхняга радка адлік, які пазначае канец здымкі, згортваецца такім жа чынам. У выніку застаецца вобласць актыўных пікселяў, якая праходзіць зверху ўніз па камеры, вышыня якой вызначаецца працягласцю часу экспазіцыі. Пры працы камеры на поўнай хуткасці затрымка на радок звычайна складае ад 5 да 25 мікрасекунд на радок пікселяў у залежнасці ад хуткасці камеры.
Каб скарыстацца перавагамі аптычных метадаў, якія патрабуюць сінхранізацыі сканавання асвятлення і рухомага затвора камеры, звычайна гэтая затрымка занадта кароткая, што азначае, што рухомы затвор спрацоўвае занадта хутка, каб іншае абсталяванне паспявала за ім. Вось тут і прыходзіць на дапамогу рэжым кіравання рухомым затворам.
Малюнак 1: Схематычная дыяграма працы рулоннай засаўкі
Як працуе рэжым кіравання рухомым затворам
Дзякуючы ўбудаванаму інтэлекту ў камерах Tucsen, працу рулоннага затвора камеры можна дакладна наладзіць для сінхранізацыі з знешнім абсталяваннем. Дадаючы невялікую дадатковую затрымку паміж скідам і зчытваннем кожнага радка, можна кантраляваць час, неабходны для таго, каб актыўная вобласць пікселя зрушылася ўніз па датчыку, каб забяспечыць гэтую сінхранізацыю.
Акрамя таго, можна дакладна рэгуляваць «вышыню шчыліны» сканаванай актыўнай вобласці. Больш працяглы час экспазіцыі або меншыя затрымкі лініі прыводзяць да большай вышыні шчыліны. У выпадку DSLM гэта можна выкарыстоўваць для супастаўлення толькі асветленай вобласці ўзору, дасягаючы балансу паміж экспазіцыяй пікселяў на працягу максімальна магчымага часу для эфектыўнага захопу сігналу і мінімізацыяй святла, якое знаходзіцца па-за фокусам.
Фігура2Злева: Схема працы рухомага затвора на поўнай хуткасці камеры. Справа: Схема, якая паказвае хуткасць рухомага затвора ў рэжыме кіравання рухомым затворам з даданнем дадатковай затрымкі паміж кожнай лініяй для сінхранізацыі з іншым абсталяваннем.
З гэтай дадатковай затрымкай цяпер ёсць тры важныя зменныя, якія вызначаюць працу рухомага затвора, паказваючы вышыню вобласці «актыўных» пікселяў і хуткасць яе перамяшчэння па датчыку.
Час у чарзеГэта час па змаўчанні, які патрабуецца датчыку для зчытвання аднаго радка і пераходу да наступнага. Ён вызначае ўласную «хуткасць» датчыка камеры і можа быць зададзены ў праграмным забеспячэнні камеры або прыблізны для зададзенай вобласці цікавасці (ROI) і рэжыму камеры наступным чынам:
Дзе «Максімальная частата кадраў камеры» адносіцца да частаты кадраў, калі яна не абмежавана ні працягласцю экспазіцыі, ні частатой знешняга спрацоўвання.
Час уздзеяння:Гэта вызначае, як доўга кожны радок пікселяў актыўны, тым самым вызначаючы вышыню актыўнай вобласці для зададзенага часу радка і часу затрымкі.
Затрымка лініі:Гэта колькасць дадатковай затрымкі, якую дадае рэжым кіравання рухомым затворам. Рэжым кіравання рухомым затворам дазваляе дадаваць затрымку.у цэлых ліках, кратных часу працы лінііНапрыклад, калі час лініі для камеры складае 10 мікрасекунд, дадатковая затрымка на лінію складае 1, 2,…можна дадаць да 8 928, што паказвае колькасць кратных 10 мікрасекундам.
Таксама важная вышыня вобласці цікавасці (ROI), бо яна вызначае колькасць ліній, якія актыўная вобласць павінна правесці ўніз перад скідам налад.
Рэжымы сінхранізацыі кіравання рухомым затворам
Існуе два рэжымы працы рэжыму кіравання рулоннымі засаўкамі ў залежнасці ад таго, якая зменная важнейшая для кантролю.
In Рэжым затрымкі лініі, вы можаце ўсталяваць час затрымкі, як паказана вышэй. Затым праграмнае забеспячэнне можа паказаць для зададзенага часу экспазіцыі, якой будзе атрыманая вышыня шчыліны — вышыня актыўных пікселяў у рухомым затворе.
In Вышыня актыўнага пікселя / шчыліныУ рэжыме вы можаце ўсталяваць колькасць радкоў датчыка, якія павінны быць актыўнымі падчас руху засаўкі. Зададзены вамі час экспазіцыі будзе выкарыстаны для разліку неабходнай затрымкі лініі, каб аўтаматычна забяспечыць гэтую вышыню шчыліны.
Налада рэжыму кіравання рулоннымі засаўкамі ў праграмным забеспячэнні
Элементы кіравання рэжымам працы (станам)
Малюнак 3: Прыклад інтэрфейсу для кіравання рэжымам кіравання рулоннымі стваламі з праграмнага забеспячэння Tucsen Mosaic. Усе параметры даступны праз Micro-Manager і SDK.
Даступныя тры рэжымы працы (статусы):Off, Затрымка лініі, Вышыня шчыліны.
• Калі ўсталявана наВыключана, датчык паводзіць сябе як звычайна, без дадатковай затрымкі.
• Калі ўсталявана наЗатрымка лінііУ рэжыме вы можаце задаць затрымку лініі ў адзінках часу лініі, як апісана вышэй.
Малюнак 4: Праграмныя параметры затрымкі часу лініі. Прыкладінтэрфейс з праграмнага забеспячэння Tucsen Mosaic. Усе опцыі даступныя праз Micro-Manager і SDK.
Колькасць цыклаў часу лініі, якія можна дадаць да наладжвальнай затрымкі, адрозніваецца ў розных камер. Новы час лініі камеры пасля дадання затрымкі будзе такім:
Інтэрвал лініі = час лініі(датчык)+（Час у чарзе(датчык)× Затрымка лініі）
Значэнне параметраХуткасць качэнняроўнаІнтэрвал лініі.
Тады агульны час зчытвання выявы складае:
RгалаваЧас выхаду(малюнак)= Інтэрвал лініі×Nрадкі.
Nрадкі— агульная колькасць радкоў пікселяў выявы ў вобласці цікавасці. Частата кадраў пры візуалізацыі ў гэтым рэжыме залежыць ад колькасці радкоў, якія трэба адлюстраваць, і часу цыклу радка:
Частата кадраў = 1/(час зчытвання(малюнак)+ Час экспазіцыі)
•Калі ўсталявана наВышыня шчыліны mода, вы можаце ўсталявацьпамер актыўнай вобласці сканавання, які задаецца як tколькасць радкоў пікселяў паміж сігналам «скіду» і сігналам «зчытвання».Дыяпазон вышыні шчыліны складае 1~2048 пікселяў. Каб пераўтварыць гэта ў фізічны памер, памножце гэтае значэнне на памер пікселя з тэхнічных характарыстык камеры.
Малюнак 5: Параметры кіравання рэжымам вышыні шчыліны. Прыкладінтэрфейс з праграмнага забеспячэння Tucsen Mosaic. Усе опцыі даступныя праз Micro-Manager і SDK.
Праграмнае забеспячэнне аўтаматычна разлічыць неабходную затрымку лініі і інтэрвал лініі па наступнай формуле:
Затрымка лініі = час экспазіцыі(Радкі)/ Вышыня шчыліны(Радкі)
У рэжыме высокай хуткасці (рэжым узмацнення камеры) дыяпазон вышыні шчыліны можна ўсталяваць толькі на цотны лік, бо ў гэтым рэжыме радкі счытваюцца па дзве. Параметры ў рэжыме высокай хуткасці разлічваюцца наступным чынам.
Затрымка лініі = час экспазіцыі(Радкі)/ ½Вышыня шчыліны(Радкі)
Вышыня шчыліны = (Час уздзеяння(Радкі)÷ Затрымка лініі）×2
Кіраванне напрамкам сканавання
Існуе тры варыянты кірунку рухомай засаўкі:
Dуласны：Кірунак сканавання ўніз з'яўляецца кірункам сканавання па змаўчанні для sCMOS-камер. Рухомы затвор пачынаецца з першага радка ўверсе датчыка і скануе ўніз да апошняга радка ўнізе. Кожны наступны захоп кадра пачынаецца з першага радка ўверсе.
Малюнак 6: Схема рэжыму сканавання ўніз
Up：У рэжыме сканавання ўверх рухомы затвор пачынаецца з ніжняга радка і скануе ўверх да верхняга радка першага радка. Кожны наступны захоп кадра пачынаецца з ніжняга радка. Нягледзячы на тое, што парадак захопу дадзеных на камеры цяпер адваротны, атрыманае выява, якая перадаецца ў праграмнае забеспячэнне, усё роўна будзе мець зыходную арыентацыю, г.зн. выява не будзе перавернута вертыкальна адносна рэжыму сканавання ўніз.
Малюнак 7: Схема рэжыму сканавання ўверх
Цыкл «Уніз-Уверх»Пры папераменным сканаванні ўверх і ўніз рухомы затвор пачынаецца з першага радка зверху і апускаецца да апошняга радка ўнізе. Для наступнага кадра рухомы затвор пачынаецца з ніжняга радка і скануе ўверх да верхняга радка і гэтак далей. Арыентацыя выявы, атрыманай у гэтым рэжыме, такая ж, як і арыентацыя сканавання ўніз.
Малюнак 8: Схема рэжыму цыклічнага сканавання «ўніз-уверх»
• Рeaскід кірунку падрыву
Гэтая функцыя даступная толькі ў рэжыме цыклу «Уніз-Уверх».
Значэнне па змаўчанні для гэтага параметра — «Так», што гарантуе, што першы кадр кожнай новай паслядоўнасці здымкаў будзе пачынацца з самага верхняга радка і сканавацца ўніз.
Калі для гэтага параметра ўстаноўлена значэнне «Не», першы кадр кожнага новага збору дадзеных будзе пачынацца з пазіцыі апошняга кадра ў папярэдняй паслядоўнасці. Калі апошні кадр заканчваецца ў ніжнім радку, першы кадр наступных збораў дадзеных будзе пачынацца ў ніжнім радку і распаўсюджвацца ўверх.
