22/06/15D'Erfaassung vun onscharfem Liicht ass eng Erausfuerderung fir kloer Biller mat héijem Kontrast a ville Bildgebungsapplikatiounen z'erreechen. Digital Scanned Light Sheet Microscopy (DSLM) bitt eng mächteg Method fir d'Erfaassung vun onscharfem Liicht ze reduzéieren andeems d'Beliichtung mam 'Rolling Shutter' vu modernen CMOS-Kameraen synchroniséiert gëtt. Dës präzis Synchroniséierung erfuerdert awer eng komplett Kontroll iwwer de Betrib vum Rolling Shutter vun der Kamera - eng Funktioun, déi vun Tucsen-Kameraen mam Rolling Shutter Control Mode ugebuede gëtt.
Wat ass e Rolllueden?
Den Ausléiser ass den Deel vun der Kamera, deen d'Beliichtung vun der Kamera mam Liicht ufänkt an stoppt. Fréier hunn wëssenschaftlech Kamerae mechanesch Ausléiser benotzt, déi sech opgemaach hunn fir e Bild ze beliichten an zougemaach hunn fir d'Beliichtung ze beenden. Mechanesch Ausléiser ware lues a mat Zouverlässegkeetsproblemer bei längerer Benotzung ënnerworf. Hautdesdaags benotze wëssenschaftlech Kamerae elektronesch Ausléiser, déi däitlech méi séier, méi einfach a méi villfälteg sinn.
Rolling Shutter-Kamerae fänken hir Erfassung uewen um Sensor un a 'rullen' Linn fir Linn erof bis ënnen um Sensor. Dës Erfassung ëmfaasst dräi Prozesser: Signalreset, Liichtbeliichtung an Ausliesen.
D'Beliichtung vun all Zeil fänkt un andeems dat erfaasst Signal vun all Pixel zréckgesat gëtt. Nodeems déi designéiert Beliichtungszäit fir déi iewescht Zeil ofgelaf ass, rullt den Ausliesen, deen d'Enn vun der Erfaassung markéiert, op déiselwecht Manéier no ënnen. Dëst léisst e Beräich vun aktiven Pixelen, deen sech vun uewen no ënnen an der Kamera erstreckt, woubäi seng Héicht duerch d'Längt vun der Beliichtungszäit bestëmmt gëtt. Wann d'Kamera op voller Geschwindegkeet leeft, läit d'Verzögerung pro Zeil typescherweis tëscht 5 a 25 Mikrosekonnen pro Zeil Pixelen, ofhängeg vun der Geschwindegkeet vun der Kamera.
Fir vun opteschen Techniken ze profitéieren, déi d'Synchroniséierung vum Scannen vun der Beliichtung an dem Rolling Shutter vun der Kamera erfuerderen, ass dës Verzögerung typescherweis ze kuerz, dat heescht datt de Rolling Shutter ze séier funktionéiert fir datt aner Hardware mathale kann. Hei kënnt de Rolling Shutter Control Mode an d'Spill.
Figur 1: Schematesch Duerstellung vum Rollluedenbetrib
Wéi de Rolling Shutter Control Modus funktionéiert
Duerch integréiert Intelligenz an den Tucsen-Kameraen kann d'Operatioun vum Rolling Shutter vun der Kamera präzis fein ofgestëmmt ginn, fir mat externer Hardware ze synchroniséieren. Duerch d'Addéiere vun enger klenger zousätzlecher Verzögerung tëscht dem Reset an dem Ausliesen vun all Linn kann d'Zäit kontrolléiert ginn, déi et brauch, bis déi aktiv Pixelfläch de Sensor erofgeet, fir dës Synchroniséierung z'erméiglechen.
Ausserdeem kann d'„Schlitzhéicht“ vum gescannten aktiven Beräich feinjustéiert ginn. Méi laang Beliichtungszäiten oder méi kuerz Linnzäitverzögerungen féieren zu enger méi grousser Schlitzhéicht. Am Fall vun DSLM kann dëst benotzt ginn, fir nëmmen déi beliichte Fläch vun der Prouf unzepassen, andeems e Gläichgewiicht tëscht der Beliichtung vu Pixelen fir déi maximal méiglech Zäit fir eng effektiv Signalerfassung an der Minimiséierung vun onscharfem Liicht fonnt gëtt.
Figur2Lénks: Schema vun der Rolling Shutter-Geschwindegkeet mat voller Kamerageschwindegkeet. Riets: Schema vun der Rolling Shutter-Geschwindegkeet mam Rolling Shutter Control Mode, deen eng zousätzlech Verzögerung tëscht all Zeil weist, fir d'Synchroniséierung mat anerem Hardware z'erméiglechen.
Mat dëser optionaler Verzögerung ginn et elo dräi wichteg Variablen ze verstoen, déi d'Funktioun vum Rolling Shutter bestëmmen, andeems se d'Héicht vum Beräich vun den 'aktiven' Pixelen uginn, a wéi séier en de Sensor duerchleeft.
LinnzäitDëst ass déi Standardzäit, déi de Sensor brauch, fir eng Zeil auszeliesen an op déi nächst ze wiesselen. Et bestëmmt déi nativ 'Geschwindegkeet' vum Kamerasensor a kann an der Kamerasoftware spezifizéiert oder fir eng bestëmmt Regioun vun Interesse (ROI) a Kameramodus approximéiert ginn duerch:
Woubei 'Maximal Kamerabildfrequenz' sech op d'Bildfrequenz bezitt, déi net duerch d'Beliichtungszäit oder d'extern Ausléiserquote limitéiert ass.
Aussetzungsdauer:Dëst bestëmmt, wéi laang all Pixelrei aktiv ass, doduerch gëtt d'Héicht vum aktiven Beräich fir eng bestëmmt Zeilenzäit an Verzögerungszäit bestëmmt.
Linn Zäitverzögerung:Dëst ass wéi vill zousätzlech Verzögerung duerch de Rolling Shutter Control Mode bäigefüügt gëtt. De Rolling Shutter Control Mode erlaabt d'bäifügen vun enger Verzögerung.a ganzzuelege Multiple vun der ZeilzäitZum Beispill, wann d'Linnzäit fir eng Kamera 10 Mikrosekonnen ass, gëtt eng zousätzlech Verzögerung pro Linn vun 1, 2,…bis zu 8.928, kënnen derbäigesat ginn, wat d'Zuel vu Multiple vun 10 Mikrosekonnen ugeet.
Och wichteg ass d'Héicht vun der benotzter Regioun vun Interesse (ROI), well dës d'Zuel vun de Linnen bestëmmt, déi déi aktiv Fläch muss ofwëschen, ier se zréckgesat gëtt.
Rollluedenkontrollmodus Synchroniséierungsmodi
Et ginn zwou Operatiounsmodi fir de Rolling Shutter Control Mode, jee nodeem wéi eng Variabel méi wichteg ze kontrolléieren ass.
In Linn Zäitverzögerungsmodus, kënnt Dir d'Verzögerungszäit wéi uewe spezifizéiert astellen. D'Software kann dann, fir Är spezifizéiert Beliichtungszäit, uginn, wat déi resultéierend Schlitzhéicht ass - d'Héicht vun den aktiven Pixelen am Rolling Shutter.
In Aktiv Pixel / SchlitzhéichtAm Modus kënnt Dir d'Zuel vun de Reie vum Sensor astellen, déi aktiv soll sinn, wann de Rolling Shutter beweegt. D'Beliichtungszäit, déi Dir uginn hutt, gëtt dann benotzt fir déi erfuerderlech Linnzäitverzögerung ze berechnen, fir dës Schlitzhéicht automatesch ze liwweren.
De Kontrollmodus fir Rolllueden an der Software opsetzen
Kontrollen am Betribsmodus (Status)
Figur 3: Beispill-Interface fir d'Steierung vum Rolllueden-Kontrollmodus vun der Tucsen Mosaic Software. All Optiounen iwwer Micro-Manager an SDK verfügbar.
Dräi Status (Betribsmodi) sinn verfügbar:Off, Zäitverzögerung vun der Linn, Schlitzhéicht.
• Wann agestallt opAus, verhält sech de Sensor normal ouni zousätzlech Verzögerung.
• Wann agestallt opZäitverzögerung vun der LinnModus kënnt Dir d'Linnzäitverzögerung an Eenheeten vun der Linnzäit spezifizéieren, wéi uewe beschriwwen.
Figur 4: Softwareoptiounen fir d'Zäitverzögerung vun der Linn. BeispillInterface vun der Tucsen Mosaic Software. All Optiounen sinn iwwer Micro-Manager an SDK verfügbar.
D'Zuel vun de Linnzäitzyklen, déi zu der konfiguréierbarer Verzögerung bäigefüügt kënne ginn, variéiert vu Kamera zu Kamera. Déi nei Linnzäit vun der Kamera, nodeems d'Verzögerung bäigefüügt gouf, ass dann:
Zeilenintervallzäit = Zeilenzäit(Sensor)+(Linnzäit(Sensor)× Linn Zäitverzögerung）
De Parameterwäert vunRollgeschwindegkeetass gläich wéiZeilintervallzäit.
Déi total Auslieszäit vum Bild ass dann:
RKappZäit eraus(Bild)= Zeilenintervallzäit×NReien.
NReienass déi total Zuel vun de Reie vun Bildpixelen am Beräich vun Interesse. D'Bildfrequenz beim Bildgeben an dësem Modus hänkt vun der Zuel vun de Linnen of, déi ofgebild solle ginn, an der Linnzykluszäit of:
Bildfrequenz = 1/(Auslieszäit(Bild)+ Beliichtungszäit)
•Wann agestallt opSchlitzhéicht mOde, Dir kënnt denGréisst vum gescannten aktiven Beräich, uginn duerch td'Zuel vun de Pixelreihen tëscht dem "Reset"-Signal an dem "Readout"-Signal.De Beräich vun der Schlitzhéicht ass 1~2048, a Pixeleenheeten. Fir dëst an eng kierperlech Gréisst ëmzewandelen, multiplizéiert dëse Wäert mat der Pixelgréisst aus der Spezifikatiounsblat vun der Kamera.
Figur 5: Kontrolloptioune vum Schlitzhéichtmodus. BeispillInterface vun der Tucsen Mosaic Software. All Optiounen sinn iwwer Micro-Manager an SDK verfügbar.
D'Software berechent automatesch déi erfuerderlech Zäitverzögerung an d'Intervallzäit vun der Linn, d'Formel ass wéi follegt:
Linn Zäitverzögerung = Beliichtungszäit(Linnen)/ Schlitzhéicht(Linnen)
Am High Speed Modus (Gain-Modus vun der Kamera) kann de Beräich vun der Schlitzhéicht nëmmen op eng gerued Zuel gesat ginn, well an deem Modus d'Linnen zweemol zwee ausgelies ginn. D'Parameteren am High Speed Modus ginn wéi follegt berechent.
Linn Zäitverzögerung = Beliichtungszäit(Linnen)/ ½Schlitzhéicht(Linnen)
Schlitzhéicht = (Aussetzungsdauer(Linnen)÷ Linnzäitverzögerung）×2
Kontrollen fir d'Scanrichtung
Et ginn dräi Méiglechkeeten fir d'Richtung vum Rolllueden:
DeegenD'Scanrichtung no ënnen ass déi Standard-Scanrichtung fir sCMOS-Kameraen. De Rolling Shutter fänkt vun der éischter Zeil uewen um Sensor un a scannt bis zur leschter Zeil ënnen. All spéider Bildopnam fänkt mat der éischter Zeil uewen un.
Figur 6: Schema vum Ofwäertsscannmodus
Up：Am Opwärtsscannmodus fänkt de Rolling Shutter vun der ënneschter Zeil un a scannt bis an déi iewescht Zeil vun der éischter Zeil. All spéider Bildopnam fänkt vun der ënneschter Zeil un. Och wann d'Reiefolleg vun der Datenopnam op der Kamera elo ëmgedréint ass, weist dat resultéierend Bild, dat un d'Software geliwwert gëtt, ëmmer nach déi ursprénglech Orientéierung, d.h. d'Bild gëtt net vertikal am Verhältnes zum Ofwärtsscannmodus gedréit.
Figur 7: Schema vum Opwäertsscannmodus
Erof-Up ZyklusBeim ofwiesselnd no uewen an no ënnen scannen, fänkt de Rolling Shutter vun der éischter Zeil uewen un a geet bis an déi lescht Zeil ënnen erof. Fir den nächste Bild fänkt de Rolling Shutter vun der ënneschter Zeil un a scannt no uewen bis an déi iewescht Zeil, asw. D'Orientéierung vum Bild, dat an dësem Modus opgeholl gëtt, ass déiselwecht wéi d'Orientéierung vum Scan no ënnen.
Figur 8: Schema vum Scanmodus fir den Down-Up-Zyklus
• ReaZweifel Richtung Reset
Dës Funktioun ass nëmmen am Down-Up Cycle Modus verfügbar.
Déi standardméisseg Astellung fir dëse Parameter ass "Jo", wat garantéiert, datt den éischte Frame vun all neier Acquisitiounssequenz an der ieweschter Zeil ufänkt a no ënnen scannt.
Wann dëse Parameter op "Nee" gesat ass, fänkt den éischte Frame vun all neier Acquisitioun op der Positioun vum leschte Frame an der viregter Sequenz un. Wann de leschte Frame an der ënneschter Rei ophält, fänkt den éischte Frame vun de spéideren Acquisitiounen an der ënneschter Rei un a geet no uewe weider.
