22/06/15Capturer la lumière hors foyer représente un défi pour obtenir des images nettes et contrastées dans de nombreuses applications d'imagerie. La microscopie numérique à feuille de lumière (DSLM) offre un moyen efficace de réduire la capture de lumière hors foyer en synchronisant l'éclairage avec l'obturateur roulant des caméras CMOS modernes. Cependant, cette synchronisation précise nécessite un contrôle total du fonctionnement de l'obturateur roulant, une fonctionnalité offerte par les caméras Tucsen avec le mode de contrôle de l'obturateur roulant.
Qu'est-ce que le volet roulant ?
L'obturateur est la partie de l'appareil photo qui déclenche et arrête l'exposition à la lumière. Auparavant, les appareils scientifiques utilisaient des obturateurs mécaniques, s'ouvrant pour exposer une image et se fermant pour terminer l'exposition. Les obturateurs mécaniques étaient lents et sujets à des problèmes de fiabilité en cas d'utilisation prolongée. Aujourd'hui, les appareils scientifiques utilisent des obturateurs électroniques, nettement plus rapides, plus simples et plus polyvalents.
Les caméras à obturateur roulant commencent leur acquisition en haut du capteur et la font défiler ligne par ligne jusqu'en bas. Cette acquisition implique trois processus : la réinitialisation du signal, l'exposition à la lumière et la lecture.
L'exposition de chaque ligne commence par la réinitialisation du signal acquis de chaque pixel. Une fois le temps d'exposition défini pour la ligne supérieure écoulé, l'affichage, marquant la fin de l'acquisition, défile de la même manière. Il reste une zone de pixels actifs qui s'étend du haut vers le bas de la caméra, sa hauteur étant déterminée par le temps d'exposition. Lorsque la caméra tourne à pleine vitesse, le retard par ligne est généralement compris entre 5 et 25 microsecondes par ligne de pixels, selon la vitesse de la caméra.
Pour exploiter les techniques optiques nécessitant la synchronisation du balayage de l'éclairage et de l'obturateur roulant de l'appareil photo, ce délai est généralement trop court, ce qui signifie que l'obturateur roulant fonctionne trop rapidement pour que les autres appareils puissent suivre. C'est là qu'intervient le mode de contrôle de l'obturateur roulant.
Figure 1 : Schéma de fonctionnement du volet roulant
Comment fonctionne le mode de contrôle du volet roulant
Grâce à l'intelligence embarquée des caméras Tucsen, le fonctionnement de l'obturateur roulant peut être réglé avec précision pour se synchroniser avec le matériel externe. En ajoutant un léger délai supplémentaire entre la réinitialisation et la lecture de chaque ligne, le temps nécessaire au balayage de la zone de pixels actifs sur le capteur peut être contrôlé pour permettre cette synchronisation.
De plus, la hauteur de fente de la zone active scannée peut être ajustée avec précision. Des temps d'exposition plus longs ou des temps de propagation de ligne plus courts entraînent une hauteur de fente plus importante. Dans le cas du DSLM, cela permet de reproduire uniquement la zone éclairée de l'échantillon, en trouvant un équilibre entre l'exposition maximale des pixels pour une capture efficace du signal et la minimisation de la lumière hors foyer.
Chiffre2À gauche : Schéma du fonctionnement de l'obturateur roulant à pleine vitesse. À droite : Schéma de la vitesse de l'obturateur roulant avec le mode de contrôle de l'obturateur roulant ajoutant un délai supplémentaire entre chaque ligne pour permettre la synchronisation avec d'autres équipements.
Avec ce délai optionnel, il y a désormais trois variables importantes à comprendre qui déterminent le fonctionnement de l'obturateur roulant, indiquant la hauteur de la zone de pixels « actifs » et la vitesse à laquelle il traverse le capteur.
Heure de la ligneIl s'agit du temps par défaut nécessaire au capteur pour lire une ligne et passer à la suivante. Ce temps détermine la vitesse native du capteur de la caméra et peut être spécifié dans le logiciel de la caméra ou estimé pour une région d'intérêt (ROI) et un mode de caméra donnés :
Où « Fréquence d'images maximale de la caméra » fait référence à la fréquence d'images lorsqu'elle n'est pas limitée par la durée d'exposition ou par la fréquence de déclenchement externe.
Délai d'exposition:Cela détermine la durée d'activité de chaque ligne de pixels, déterminant ainsi la hauteur de la zone active pour un temps de ligne et un temps de retard donnés.
Délai de ligne :Voici le délai supplémentaire ajouté par le mode de contrôle de l'obturateur roulant. Ce mode permet d'ajouter du délai.en multiples entiers du temps de ligne. Par exemple, si le temps de ligne pour une caméra est de 10 microsecondes, un délai supplémentaire par ligne de 1, 2,…jusqu'à 8 928 peuvent être ajoutés, indiquant le nombre de multiples de 10 microsecondes.
La hauteur de la région d'intérêt (ROI) utilisée est également importante, car elle déterminera le nombre de lignes que la zone active doit balayer avant de se réinitialiser.
Modes de synchronisation du mode de contrôle de l'obturateur roulant
Il existe deux modes de fonctionnement pour le mode de contrôle du volet roulant, selon la variable la plus importante à contrôler.
In Mode de temporisation de ligneVous pouvez régler le délai comme indiqué ci-dessus. Le logiciel peut ensuite indiquer, pour le temps d'exposition spécifié, la hauteur de fente résultante (hauteur des pixels actifs de l'obturateur roulant).
In Pixel actif / Hauteur de la fenteEn mode « Sensibilité », vous pouvez définir le nombre de lignes du capteur à activer lors du balayage de l'obturateur roulant. Le temps d'exposition spécifié sera ensuite utilisé pour calculer le retard de ligne requis pour obtenir automatiquement cette hauteur de fente.
Configuration du mode de contrôle du volet roulant dans le logiciel
Contrôles du mode de fonctionnement (état)
Figure 3 : Exemple d'interface pour contrôler le mode volet roulant depuis le logiciel Tucsen Mosaic. Toutes les options disponible via Micro-Manager et SDK.
Trois statuts (modes de fonctionnement) sont disponibles :Off, Délai de ligne, Hauteur de la fente.
• Lorsqu'il est réglé surDésactivé, le capteur se comporte normalement sans aucun délai supplémentaire ajouté.
• Lorsqu'il est réglé surDélai de lignemode, vous pouvez spécifier le délai de ligne en unités de temps de ligne, comme expliqué ci-dessus.
Figure 4 : Options logicielles de temporisation de ligne. ExempleInterface du logiciel Tucsen Mosaic. Toutes les options sont disponibles via Micro-Manager et le SDK.
Le nombre de cycles de temps de ligne pouvant être ajoutés au délai configurable varie d'une caméra à l'autre. Le nouveau temps de ligne de la caméra, après ajout du délai, est alors :
Intervalle de temps de ligne = Temps de ligne(capteur)+（Heure de la ligne(capteur)× Délai de ligne）
La valeur du paramètre deVitesse de roulementest égal àIntervalle de temps de ligne.
Le temps total de lecture de l'image est alors :
Rtêtetemps mort(image)= Intervalle de temps de ligne×Nrangées.
NrangéesIl s'agit du nombre total de lignes de pixels d'imagerie dans la région d'intérêt. La fréquence d'images lors de l'imagerie dans ce mode dépend du nombre de lignes à imager et du temps de cycle de la ligne :
Fréquence d'images = 1/(Temps de lecture(image)+ Temps d'exposition)
•Lorsqu'il est réglé surHauteur de la fente mode, vous pouvez définir letaille de la zone active numérisée, donnée par tle nombre de lignes de pixels entre le signal « reset » et le signal « readout ».La hauteur de fente est comprise entre 1 et 2048 pixels. Pour la convertir en taille physique, multipliez cette valeur par la taille en pixels indiquée sur la fiche technique de la caméra.
Figure 5 : Options de contrôle du mode Hauteur de fente. ExempleInterface du logiciel Tucsen Mosaic. Toutes les options sont disponibles via Micro-Manager et le SDK.
Le logiciel calculera automatiquement le délai de ligne requis et le temps d'intervalle de ligne, la formule est la suivante :
Délai de ligne = Temps d'exposition(Lignes)/ Hauteur de la fente(Lignes)
En mode haute vitesse (mode gain de la caméra), la hauteur de fente ne peut être définie que sur un nombre pair, car les lignes sont lues deux par deux dans ce mode. Les paramètres en mode haute vitesse sont calculés comme suit.
Délai de ligne = Temps d'exposition(Lignes)/ ½Hauteur de la fente(Lignes)
Hauteur de la fente = （Délai d'exposition(Lignes)÷ Délai de ligne）×2
Contrôles de direction de numérisation
Il existe trois options pour la direction du volet roulant :
DpropreLe sens de balayage vers le bas est le sens de balayage par défaut pour les caméras sCMOS. L'obturateur roulant commence à la première ligne en haut du capteur et descend jusqu'à la dernière ligne en bas. Chaque acquisition d'image suivante commence à la première ligne en haut.
Figure 6 : Schéma du mode de balayage vers le bas
Up：En mode de balayage ascendant, l'obturateur roulant part de la rangée inférieure et remonte jusqu'à la rangée supérieure de la première rangée. Chaque acquisition d'image suivante commence à partir de la rangée inférieure. Bien que l'ordre de capture des données sur la caméra soit désormais inversé, l'image résultante transmise au logiciel conservera son orientation d'origine ; elle ne sera donc pas inversée verticalement par rapport au mode de balayage descendant.
Figure 7 : Schéma du mode de balayage vers le haut
Cycle descendant-ascendantLors d'un balayage alterné de haut en bas, l'obturateur roulant commence à la première rangée du haut et descend jusqu'à la dernière rangée du bas. Pour l'image suivante, l'obturateur roulant démarre à la rangée du bas et remonte jusqu'à la rangée du haut, et ainsi de suite. L'orientation de l'image acquise dans ce mode est identique à celle du balayage vers le bas.
Figure 8 : Schéma du mode de balayage du cycle descendant-ascendant
• Readout Direction Réinitialiser
Cette fonction est uniquement disponible en mode Cycle Bas-Haut.
Le paramètre par défaut de ce paramètre est « Oui », ce qui garantit que la première image de chaque nouvelle séquence d'acquisition commencera à la ligne la plus haute et descendra vers le bas.
Lorsque ce paramètre est défini sur « Non », la première image de chaque nouvelle acquisition débute à la position de la dernière image de la séquence précédente. Si la dernière image se termine sur la ligne inférieure, la première image des acquisitions suivantes débute sur la ligne inférieure et se propage vers le haut.
