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Qu’est-ce que l’intégration à décalage temporel ?

Lors de l’imagerie d’objets en mouvement, il est difficile de capturer une image avec un niveau de signal suffisant tout en minimisant le flou de mouvement ou la distorsion de l’image. Conçue pour résoudre ce problème, l’intégration à décalage temporel (time-delay integration TDI) est un mode de lecture spécialisé optimisé pour imager des objets en mouvement avec une sensibilité accrue comparativement l’imagerie snapshot traditionnelle.

Alors que les CCD à TDI existent depuis 1970, Nüvü Camēras est le premier fabricant à intégrer cette technologie aux EMCCD, qui présentent un bruit nettement inférieur et des vitesses de lectures plus rapides.

Transfert de charge de l'intégration à décalage temporel

Le mode TDI permet de prendre des images d’objets en mouvement à des vitesses très élevées et/ou à de faibles niveaux de luminosité. Dans un CCD traditionnel, les charges sont accumulées sur le capteur lors de l’exposition et l’ensemble de l’image est transféré et lue en pour rendre l’image disponible en un bloc. Cependant, si l’objet bouge lors de l’exposition, le signal est réparti sur plusieurs pixels, créant un flou. Même dans les caméras adaptées aux applications de balayage, telles que les CCD à balayage linéaire, cela signifie que le temps d’exposition doit être court pour préserver la qualité de l’image. Par ailleurs, un CCD à balayage linéaire nécessite des niveaux de lumière élevés pour pouvoir capturer suffisamment de signal pour obtenir une image de haute qualité assez rapidement afin d’éviter le flou.

Le mode TDI surmonte la limitation des niveaux d’éclairage en décalant l’image sur le capteur au fur et à mesure de son intégration, pour suivre le mouvement de la cible. Sur les CCDs, les charges du signal sur chaque ligne du capteur sont transférées verticalement vers la zone de lecture. Le mode TDI synchronise ce transfert avec le mouvement de l’objet, cela élimine le flou puisque les charges sur le senseur suivent l’objet ciblé. En conséquence, le temps d’exposition effectif de la cible dure aussi longtemps qu’elle est dans le champ de vision de la caméra. Plus le capteur CCD a de lignes verticales, plus l’intégration effective est longue.

implémentation en pratique

Pour que la technique TDI soit mise en œuvre correctement, les charges du signal doivent être transférées dans la même direction et à la même vitesse relative que celle de l’objet à imager. Cette synchronisation est souvent accomplie par l’utilisation d’un déclencheur extérieur à la caméra, synchronisé avec le mouvement de l’objet.

En raison du transfert synchronisé des lignes sur l’ensemble du capteur, en mode TDI, la base de temps de l’imagerie est référencée en fréquence de ligne plutôt qu’en fréquence d’images. Ainsi, le temps d’exposition est défini comme le temps d’exposition par ligne, et le déclencheur extérieur contrôle la lecture de chaque lignes individuelle du ruban. En substance, l’image produite par une caméra TDI a une taille horizontale fixe, mais une taille verticale illimitée. Le temps d’exposition effectif pour l’image est égal au nombre de lignes de pixels verticaux du CCD multiplié par le temps d’exposition par ligne. Il est également pertinent de noter qu’il n’y a pas de temps d’arrêt entre les images en mode TDI.

Intégration à une EMCCD

Les caméras TDI disponibles sur le marché sont généralement des caméras CCD. Les EMCCD partagent une architecture de détecteur très similaire aux CCD, à laquelle est ajouté un registre spécial de multiplication d’électrons. L’EMCCD est conçue pour éliminer l’effet néfaste du bruit de lecture intrinsèque aux dispositifs d’imagerie, les rendant nettement plus sensibles et capables de supporter des taux de lecture plus élevés. Pour plus d’informations sur ce sujet, cliquez ici.

Les caméras EMCCD avec une lecture TDI représentent une association sans précédent qui permet l’utilisation du gain EM (et du comptage de photons) en même temps que le temps d’exposition effectif accru du TDI pour les objets en mouvement. Ainsi, il est possible d’observer plus clairement et à des vitesses plus élevées des objets en mouvement émettant une lumière extrêmement faible.

Nüvü™ intègre ses électroniques brevetées à la fois dans les caméras CCD et EMCCD, permettant aux utilisateurs de tirer parti de son contrôle exceptionnel du bruit grâce au grand format des capteurs CCD TDI spécialisés ou à la sensibilité inégalée des EMCCD.

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