Dekodierung der Trigger funktion von sCMOS-wissenschaft lichen Kameras

1. Einführung

Wissenschaft liche sCMOS-Kameras spielen eine wichtige Rolle in den Bereichen Zellbiologie, medizinische Bildgebung, Astrophysik, industrielle Erkennung usw. Die Kernfunktion wissenschaft licher sCMOS-Kameras, nämlich die Trigger funktion, ist wie ein Präzisions schalter, der die Augen steuert. Es wird verwendet, um das Timing und den Rhythmus der Bildaufnahme genau zu steuern und dynamische wissenschaft liche Momente mit hoher Geschwindigkeit zu erfassen.

Abbildung 1

Der Kern der Trigger funktion ist die Koordination. Über die Trigger eingangs-und Trigger ausgangs schnitts tellen koordiniert es den synchronen Betrieb externer Geräte wie optischer Mikroskop plattformen, Bewegungs plattformen, Laser usw., um präzise Aufnahmen zu erzielen.

2. Vorläufiges Wissen auslösen

2.1 Shutter-Modus. Der sCMOS-Chip der wissenschaft lichen Kamera unterstützt haupt sächlich zwei Modi: Rolling Shutter und Global Reset. Rollladen, das heißt, Scannen von oben nach unten wie ein rollender Vorhang, Freilegen von Zeile zu Zeile, und die Belichtung szeit jeder Linie ist gleich. Es wird haupt sächlich in dynamischen Hoch geschwindigkeit szenen verwendet. Global Reset, das heißt, alle Pixel reihen beginnen gleichzeitig freigelegt zu werden, und die Auslese zeit des gesamten Bildes ist die Auslese zeit einer Zeile × die Anzahl der gesammelten Zeilen. Es wird haupt sächlich zur Präzisions messung verwendet, um Bewegungs artefakte zu vermeiden, und kann im rausch armen Modus verwendet werden.

Abbildung 2

Abbildung 3

2.2 Freilauf modus bedeutet, dass die wissenschaft liche Kamera Bilder mit der schnellsten Bildrate gemäß der aktuell eingestellten Belichtung szeit erwirbt. Die Voraussetzungen für den Betrieb der wissenschaft lichen Kamera mit der schnellsten Bildrate sind, dass sich die Belichtung szeit derselben Linie in zwei benachbarten Bildern nicht überlappen kann und die Auslese zeit von zwei beliebigen Zeilen nicht überlappen kann.

Wenn die Belichtung szeit ≥ die gesamte Frame-Auslese zeit und die Belichtung szeit ist und die Belichtung szeit

Abbildung 4

3. Vier gemeinsame Modi der Trigger eingabe

Abbildung 5 Screenshot der Revealer RPC-Software Trigger-Eingabe

3.1 Externe Kanten auslösung, das Prinzip besteht darin, das Schießen durch die ansteigende Kante oder die fallende Kante des externen Signals auszulösen (Abbildung 6), der Benutzer kann das Signal attribut (steigende Kante oder fallende Kante) flexibel einstellen. und Signal verzögerung. Die Belichtung szeit wird von der Software in diesem Modus eingestellt, und die Trigger signal intervall zeit muss größer sein als die "Belichtung szeit Full-Frame-Auslese zeit". Dieser Trigger modus eignet sich für hochpräzise Synchron isations szenarien, wie z. B. durch Laserpuls ausgelöste Bildgebung.

Abbildung 6 Schematische Darstellung der externen Kanten auslösung

3.2 Auslösung externer Pegel: Das Prinzip besteht darin, dass die Belichtung szeit direkt durch die Dauer des hohen/niedrigen Pegels des externen Signals bestimmt wird (Abbildung 7). Am Beispiel des hohen Pegels beginnt sich die Kamera zu sammeln, wenn der Trigger signalpegel vom niedrigen auf den hohen Pegel springt. Es eignet sich für Szenarien, die eine flexible Steuerung der Belichtung szeit erfordern, wie z. B. die Bildgebung der Fluoreszenz lebensdauer.

Abbildung 7 Schematisches Diagramm des Triggers auf externer Ebene

3.3 Externer Start auslöser: Nach dem Empfang des Trigger signals läuft die wissenschaft liche Kamera mit der maximalen Bildrate gemäß der aktuell eingestellten Belichtung szeit bis zum Stillstand frei (Abbildung 8). Es eignet sich für Szenen, in denen zu einem bestimmten Zeitpunkt eine kontinuierliche Beobachtung gestartet werden muss, z. B. die Aufzeichnung des dynamischen Prozesses der Zellteilung.

Abbildung 8 Schematisches Diagramm des externen Start auslösers

3.4 Synchrone Auslese auslösung: Das Prinzip ist, dass die wissenschaft liche Kamera nach Empfang des Trigger signals mit der maximalen Bildrate gemäß der derzeit eingestellten Belichtung szeit bis zum Stillstand frei läuft (Abbildung 9). Die synchrone Auslese auslösung erfordert, dass das Intervall zwischen zwei aufeinander folgenden Auslösern größer ist als die gesamte Auslese zeit, was für die synchrone Steuerung von wissenschaft lichen Kameras und externen Roboterarmen bei der industriellen Inspektion geeignet ist.

Abbildung 9 Synchron auslese trigger diagramm

4. Trigger-Ausgangs signal

SCMOS-wissenschaft liche Kameras sind in der Regel mit mehreren Schnitts tellen ausgestattet, die es der Kamera ermöglichen, nicht nur Befehle zu empfangen, sondern auch aktiv Signale zu senden, um die Arbeit anderer Geräte zu koordinieren. Benutzer können personal isierte Parameter für jede Schnitts telle TriggerOut1, TriggerOut2, TriggerOut3 in der Software festlegen. Die Trigger-Ausgangs signale, die für jede Schnitts telle ausgewählt werden können, sind reichhaltig und vielfältig, haupt sächlich einschl ießlich:

4.1 Zeitsignal

1) Expositions starts ignal, das den genauen Moment markiert, zu dem die Belichtung der ersten Zeile des Bildes beginnt.

2) Das Endzeit signal der ersten Zeile zeigt die Zeit an, zu der der erste Zeilen auslese vorgang des Bildes endet.

3) Endzeit signal ablesen, das die Zeit angibt, zu der die letzte Zeile des Bildes ausgelesen wird.

4.2 Zei tinte rvall signal

1) Lösen Sie das Wartezeit intervall signal aus und markieren Sie das gültige Zei tinte rvall, das externe Trigger signale aufnehmen kann.

2) Globales Belichtung szeit intervall signal, das das gesamte Zei tinte rvall abdeckt, wenn das Bild von der ersten Zeile bis zur letzten Zeile belichtet wird.

3) High Level/Low Level, benutzer definiert, nicht direkt mit dem Timing der Bilder fassung verbunden.

4.3 Auslöser Ausgangs zeit eigenschaften unter verschiedenen Verschluss modi

1) Rollladen modus

• Wenn die Belichtung szeit ≥ die gesamte Frame-Auslese zeit ist, ändert das Trigger-Wartes ignal den Zustand, nachdem die erste Zeile ausgelesen wurde (Abbildung 10).

Abb.10

• Wenn die Belichtung szeit kleiner ist als die gesamte Frame-Auslese zeit, das Trigger-Wartes ignal ändert den Zustand basierend auf dem externen Trigger signal oder dem internen Synchron isations signal, nachdem die gesamte Frame-Auslese zeit abgelaufen ist (Abbildung 11).

Abb. 11

2) Globaler Reset-Modus

Im Falle eines globalen Zurücksetzens bleibt die Start belichtung szeit jeder Zeile konsistent, aber die End belichtung szeit ist unterschied lich (Abbildung 12). Das Timing des Trigger ausgangs signals zeigt ein einzigartiges Muster.

Abb.12

5. Tipps für die Wahl des Trigger-Modus

5.1 Freilauf modus: Dieser Modus eignet sich zum Schießen von stillen oder quasi-stillen Objekten.

5. 2 Externer Kanten auslöser und externer Level-Trigger: Dieser Modus ist ideal, wenn sich die Lichtquelle oder die Probe bewegt und die Kamera keine Daten sammeln muss. Häufige Anwendungs szenarien sind Filterrad-Mehrkanal-Bildgebung, Fluoreszenz-Co-Lokal isierung, Weitfeld-Scanning-Bildgebung und Licht blatt mikroskopie.

5.3 Synchroner Auslese trigger: Dieser Modus eignet sich für kontinuierliche kon fokale Bildgebung szenarien. Insbesondere kann die Kamera belichtung szeit synchron mit der Drehscheiben geschwindigkeit des kon fokalen Drehscheiben mikroskops eingestellt werden, wodurch das Problem der ungleich mäßigen Beleuchtung, das durch den Unterschied in der Drehscheiben geschwindigkeit verursacht wird, wirksam vermieden wird.
5.4 Externer Start auslöser modus: Dieser Modus eignet sich für experimentelle Szenarien, in denen Änderungen der Licht intensität und anderer Phänomene ab einem bestimmten Moment kontinuierlich beobachtet werden müssen.

5.5 Global Shutter Reset: Bei gepulsten Lichtquellen oder experimentellen Laser szenarien, der globale Shutter-Effekt kann erreicht werden, indem der Verschluss global zurück gesetzt oder der Ausgang global ausgelöst wird, um das Lichtquellen-Beleuchtungs moment zu steuern.

Fazit

Ein tiefes Verständnis und eine flexible Nutzung der Trigger funktion von sCMOS-wissenschaft lichen Kameras können wissenschaft lichen Forschern helfen, Hochgeschwindigkeits-, dynamische oder synchrone Szenen genauer und effizienter zu erfassen. und besser spielen die wichtige Rolle von sCMOS wissenschaft lichen Kameras in der Zellbiologie, medizinische Bildgebung, Astrophysik, industrielle Detektion und anderen Bereichen.