2015-06-22Daugelyje vaizdavimo programų, norint gauti aiškius ir didelio kontrasto vaizdus, sunku užfiksuoti nefokusuotą šviesą. Skaitmeninė skenuota šviesos lakštinė mikroskopija (DSLM) siūlo galingą būdą sumažinti nefokusuotos šviesos užfiksuojimą, sinchronizuojant apšvietimą su šiuolaikinių CMOS fotoaparatų „ritinėjimo užraktu“. Tačiau šiam tiksliam sinchronizavimui reikalinga visiška fotoaparato riedėjimo užrakto veikimo kontrolė – šią funkciją siūlo „Tucsen“ fotoaparatai su riedėjimo užrakto valdymo režimu.
Kas yra riedantis užraktas?
Užraktas yra ta fotoaparato dalis, kuri paleidžia ir sustabdo fotoaparato ekspoziciją šviesa. Anksčiau mokslinėse kamerose buvo naudojami mechaniniai užraktai, kurie atsidaro, kad būtų eksponuojamas vaizdas, ir užsidaro, kad baigtų ekspoziciją. Mechaniniai užraktai buvo lėti ir, ilgai naudojant, turėjo patikimumo problemų. Dabar mokslinėse kamerose naudojami elektroniniai užraktai, kurie yra žymiai greitesni, paprastesni ir universalesni.
Riedančio užrakto kameros pradeda signalo apdorojimą nuo jutiklio viršaus ir eilutė po eilutės „rieda“ žemyn iki jutiklio apačios. Šis signalo apdorojimas apima tris procesus: signalo nustatymą iš naujo, apšvietimo ekspoziciją ir nuskaitymą.
Kiekvienos eilutės ekspozicija pradedama iš naujo nustatant kiekvieno pikselio užfiksuotą signalą. Praėjus nustatytam viršutinės eilutės ekspozicijos laikui, rodmuo, žymintis užfiksuoto signalo gavimo pabaigą, tuo pačiu būdu slenka žemyn. Taip lieka aktyvių pikselių sritis, kuri tęsiasi nuo kameros viršaus iki apačios, o jos aukštis priklauso nuo ekspozicijos laiko. Kai kamera veikia visu greičiu, kiekvienos eilutės vėlavimas paprastai yra nuo 5 iki 25 mikrosekundžių, priklausomai nuo kameros greičio.
Norint pasinaudoti optinėmis technikomis, kurioms reikalingas apšvietimo skenavimo ir fotoaparato riedančio užrakto sinchronizavimas, šis delsimas paprastai yra per trumpas, o tai reiškia, kad riedantis užraktas veikia per greitai, kad kita įranga galėtų suspėti. Čia ir praverčia riedančio užrakto valdymo režimas.
1 pav.: Riedančių sklendžių veikimo schema
Kaip veikia riedančio užrakto valdymo režimas
Dėl „Tucsen“ fotoaparatuose integruoto intelekto galima tiksliai suderinti fotoaparato slenkančio užrakto veikimą, kad jis sinchronizuotųsi su išorine įranga. Pridėjus nedidelį papildomą uždelsimą tarp kiekvienos eilutės nustatymo iš naujo ir nuskaitymo, galima valdyti laiką, per kurį aktyvus pikselių plotas perkeliamas jutikliu, kad būtų galima sinchronizuoti.
Be to, galima tiksliai sureguliuoti nuskaitytos aktyvios srities „plyšio aukštį“. Ilgesnis ekspozicijos laikas arba trumpesnis linijos laiko užlaikymas lemia didesnį plyšio aukštį. DSLM atveju tai gali būti naudojama tik apšviestai mėginio sričiai suderinti, pasiekiant pusiausvyrą tarp pikselių ekspozicijos maksimaliam įmanomam laikui efektyviam signalo fiksavimui ir nesufokusuotos šviesos kiekio sumažinimo.
Paveikslas2Kairėje: Riedančio užrakto veikimo schema visu fotoaparato greičiu. Dešinėje: Schema, rodanti riedančio užrakto greitį su riedančio užrakto valdymo režimu, pridedant papildomą uždelsimą tarp kiekvienos eilutės, kad būtų galima sinchronizuoti su kita įranga.
Įdiegus šį pasirenkamą delsos režimą, reikia suprasti tris svarbius kintamuosius, kurie lemia riedančio užrakto veikimą: „aktyvių“ pikselių srities aukštį ir greitį, kuriuo jis juda jutikliu.
Linijos laikas: Tai numatytasis laikas, per kurį jutiklis nuskaito vieną eilutę ir pereina prie kitos. Jis nustato pradinį kameros jutiklio „greitį“ ir gali būti nurodytas kameros programinėje įrangoje arba apytiksliai įvertintas tam tikrai dominančiai sričiai (ROI) ir kameros režimui:
Kur „maksimalus kameros kadrų dažnis“ reiškia kadrų dažnį, kai jo neriboja nei ekspozicijos trukmė, nei išorinio suveikimo dažnis.
Kontakto trukmė:Tai nustato, kiek laiko kiekviena pikselių eilutė yra aktyvi, taip nustatant aktyvios srities aukštį tam tikram linijos laikui ir uždelsimo laikui.
Linijos laiko uždelsimas:Štai kiek papildomo delsos prideda „Rolling Shutter“ valdymo režimas. „Rolling Shutter“ valdymo režimas leidžia pridėti delsą.sveikųjų skaičių kartotiniais eilutės laikuiPavyzdžiui, jei kameros linijos laikas yra 10 mikrosekundžių, papildomas vėlavimas kiekvienai linijai yra 1, 2,…galima pridėti iki 8 928, nurodant 10 mikrosekundžių kartotinių skaičių.
Taip pat svarbus yra naudojamo dominančio regiono (ROI) aukštis, nes jis nulems linijų, kurias aktyvi sritis turi nubraukti prieš nustatant iš naujo, skaičių.
Riedančio užrakto valdymo režimo sinchronizavimo režimai
Riedančio užrakto valdymo režimas gali veikti dviem režimais, priklausomai nuo to, kurį kintamąjį valdyti svarbiau.
In Linijos laiko uždelsimo režimas, galite nustatyti delsos laiką, kaip nurodyta aukščiau. Tada programinė įranga, esant nurodytam ekspozicijos laikui, gali nurodyti, koks bus gautas plyšio aukštis – aktyvių pikselių aukštis riedančioje sklendėje.
In Aktyvus pikselis / plyšio aukštisrežimu galite nustatyti, kiek jutiklio eilučių norite būti aktyvios, kai riedantis sklendė juda. Nurodytas ekspozicijos laikas bus naudojamas norint apskaičiuoti reikiamą linijos laiko uždelsimą, kad šis plyšio aukštis būtų automatiškai pasiektas.
Riedančio užrakto valdymo režimo nustatymas programinėje įrangoje
Veikimo režimo (būsenos) valdikliai
3 pav.: „Tucsen Mosaic“ programinės įrangos ritininio užrakto valdymo režimo sąsajos pavyzdys. Visos parinktys. galima per „Micro-Manager“ ir SDK.
Galimi trys būsenos (veikimo režimai):Off, Linijos laiko uždelsimas, Plyšio aukštis.
• Kai nustatytaIšjungta, jutiklis veikia kaip įprasta, be jokio papildomo delsimo.
• Kai nustatytaLinijos laiko uždelsimasrežimu galite nurodyti linijos laiko uždelsimą linijos laiko vienetais, kaip paaiškinta aukščiau.
4 pav.: Linijos laiko uždelsimo programinės įrangos parinktys. PavyzdysSąsaja iš „Tucsen Mosaic“ programinės įrangos. Visos parinktys prieinamos per „Micro-Manager“ ir SDK.
Prie konfigūruojamo vėlinimo galima pridėti linijos laiko ciklų skaičių, kuris priklauso nuo kameros. Naujas kameros linijos laikas, pridėjus vėlinimą, yra:
Eilutės intervalo laikas = Eilutės laikas(jutiklis)+ (Eilės laikas)(jutiklis)× Linijos laiko uždelsimas）
Parametro reikšmėRiedėjimo greitisyra lygusEilutės intervalo laikas.
Tada bendras vaizdo nuskaitymo laikas yra:
RgalvaIšėjimo laikas(vaizdas)= Eilutės intervalo laikas×Neilutės.
Neilutėsyra bendras vaizdo pikselių eilučių skaičius dominančioje srityje. Kadrų dažnis vaizduojant šiuo režimu priklauso nuo vaizduojamų linijų skaičiaus ir linijos ciklo trukmės:
Kadrų dažnis = 1/(Nuskaitymo laikas(vaizdas)+ Ekspozicijos laikas)
•Kai nustatytaPlyšio aukštis mode, galite nustatytinuskaityto aktyvaus ploto dydis, nurodytas kaip tPikselių eilučių skaičius tarp „atstatymo“ signalo ir „nuskaitymo“ signalo.Plyšio aukščio diapazonas yra nuo 1 iki 2048 pikselių vienetais. Norėdami konvertuoti šį dydį į fizinį, padauginkite šią reikšmę iš pikselių dydžio, nurodyto kameros specifikacijų lape.
5 pav.: Plyšio aukščio režimo valdymo parinktys. PavyzdysSąsaja iš „Tucsen Mosaic“ programinės įrangos. Visos parinktys prieinamos per „Micro-Manager“ ir SDK.
Programinė įranga automatiškai apskaičiuos reikiamą linijos laiko uždelsimą ir linijos intervalo laiką, naudodama tokią formulę:
Linijos laiko uždelsimas = ekspozicijos laikas(Linijos)/ Plyšio aukštis(Linijos)
Didelės spartos režimu (kameros stiprinimo režimu) plyšio aukščio diapazoną galima nustatyti tik lyginiu skaičiumi, nes šiuo režimu linijos skaitomos po dvi. Didelės spartos režimo parametrai apskaičiuojami taip.
Linijos laiko uždelsimas = ekspozicijos laikas(Linijos)/ ½ plyšio aukščio(Linijos)
Plyšio aukštis = (Kontakto trukmė(Linijos)÷ Linijos laiko uždelsimas）×2
Skenavimo krypties valdikliai
Yra trys riedėjimo sklendės krypties variantai:
DnuosavasNumatytoji sCMOS kamerų skenavimo kryptis yra žemyn. Riedantis užraktas prasideda nuo pirmos eilutės jutiklio viršuje ir skenuoja žemyn iki paskutinės eilutės apačioje. Kiekvienas paskesnis kadro nuskaitymas prasideda nuo pirmos eilutės viršuje.
6 pav.: Žemyn nukreipto skenavimo režimo schema
Up：Aukštyn nukreipto skenavimo režimu riedantis užraktas pradeda skenuoti nuo apatinės eilutės ir skenuoja iki pirmos eilutės viršutinės eilutės. Kiekvienas paskesnis kadro nuskaitymas prasideda nuo apatinės eilutės. Nors duomenų fiksavimo tvarka kameroje dabar yra atvirkštinė, gautas vaizdas, pateiktas programinei įrangai, vis tiek rodys pradinę orientaciją, t. y. vaizdas nebus apverstas vertikaliai, palyginti su žemyn nukreipto skenavimo režimu.
7 pav.: Aukštyn nukreipto skenavimo režimo schema
Žemyn-aukštyn ciklasSkenuojant pakaitomis aukštyn ir žemyn, riedantis užraktas pradeda nuo pirmos eilutės viršuje ir leidžiasi žemyn iki paskutinės eilutės apačioje. Kitam kadrui riedantis užraktas pradeda nuo apatinės eilutės ir nuskaito iki viršutinės eilutės ir taip toliau. Šiuo režimu gauto vaizdo orientacija yra tokia pati kaip ir nuskaitymo žemyn orientacija.
8 pav.: Žemyn-aukštyn ciklo skenavimo režimo schema
• Reaabejonių kryptis Atstatyti
Ši funkcija galima tik ciklo „Žemyn-aukštyn“ režimu.
Numatytasis šio parametro nustatymas yra „Taip“, o tai užtikrina, kad kiekvienos naujos duomenų rinkimo sekos pirmasis kadras prasidės nuo viršutinės eilutės ir bus nuskaitomas žemyn.
Kai šis parametras nustatytas į „Ne“, kiekvieno naujo nuskaitymo pirmasis kadras prasidės nuo paskutinio ankstesnės sekos kadro pozicijos. Jei paskutinis kadras baigiasi apatinėje eilutėje, vėlesnių nuskaitymų pirmasis kadras prasidės apatinėje eilutėje ir kils aukštyn.
