close
تبلیغات در اینترنت
مقایسه تکنولوژی CMOS و CCD در دوربین ها
loading...

آموزش کامپیوتر و معرفی نرم افزار

حسگرهاي نوري از هزاران رديف المان نيمه‌هادي بسيار كوچك و حساس به نور تشکيل شده‌اند كه مي‌توانند ذرات يا فوتون‌هاي نور را به بار الكتريكي تبديل كنند. هرچه شدت نور تابيده‌ شده بر اين عناصر الکترونيکي ريز، بيشتر باشد، ميزان الکتريسته توليد شده توسط آنها نيز بيشتر مي‌شود.…

آخرين ارسال هاي انجمن

مقایسه تکنولوژی CMOS و CCD در دوربین ها

http://hanitech.persiangig.com/image/rozblog/CAMERA/CMOS.jpg


حسگرهاي نوري از هزاران رديف المان نيمه‌هادي بسيار كوچك و حساس به نور تشکيل شده‌اند كه مي‌توانند ذرات يا فوتون‌هاي نور را به بار الكتريكي تبديل كنند. هرچه شدت نور تابيده‌ شده بر اين عناصر الکترونيکي ريز، بيشتر باشد، ميزان الکتريسته توليد شده توسط آنها نيز بيشتر مي‌شود.
در حسگر‌هاي CCD بار الكتريكي توليد شده در هر سلول بايد به صورت تك به تك و رديف به رديف خوانده شود و قبل از آنكه حسگر بتواند آماده‌ عكسبرداري بعدي شود بايد تمام اطلاعات مربوط به عكس قبلي يعني الکتريسيته حاصل از تابش نور تصوير قبلي از روي آن پاک شود. در حسگرهاي CMOS، هر عنصر حساس به نور مي‌تواند جداگانه خوانده شود زيرا داراي يك مختصات X و Y منحصر به فرد است که قابل آدرس‌دهي و خوانده شدن است.
هر پيكسل در حسگرهاي CMOS داراي چند ترانزيستور و المان نيمه‌هادي مرتبط است كه در كنار آن‌ها قرار مي‌گيرد بنابراين برخي از فوتون‌هاي نور به جاي اين‌كه با سطح سلول‌هاي نورسنج برخورد كنند با اين نيمه‌هادي‌ها برخورد كرده و به هدر مي‌روند. بنابراين تجربه نشان داده است که حسگرهاي CCD به دليل سادگي ساختمان و عدم استفاده از المان‌هاي نيمه‌هادي اضافي، سيگنال شفاف‌تري توليد مي‌کنند و به همين دليل تصاوير ثبت‌شده توسط آنها شفاف‌تر است و کيفيت بيشتري دارد. در عوض حسگرهاي CMOS به دليل قابليت آدرس دهي دقيق هر پيکسل داراي کاربردهاي چند منظوره هستند و علاوه بر ثبت تصوير مي‌توان از آنها براي نورسنجي، فوکوس اتوماتيک و کارهاي ديگر مورد نياز در حين عکاسي استفاده کرد. بنابراين حسگرهاي CMOS‌ باهوش‌ترند و مي‌توانند خيلي از عمليات پردازش تصوير را به جاي واگذارکردن به پردازنده دوربين ديجيتال خودشان انجام دهند. ضمن اينکه مصرف برق اين حسگرها ده‌ها برابر کمتر از حسگرهاي CCD است.

نمونه‌اي از يک سنسور:

نتيجه اينکه دوربين‌هاي ساخته شده با حسگرهاي CMOS‌سريع‌تر و مقرون به صرفه‌ترند و به دليل خودکفا بودن حسگر براي برخي از عمليات پردازش تصوير نياز کمتري به استفاده از قطعات الکترونيکي اضافي دارند و هزينه تمام شده دوربين و ميانگين مصرف باتري آن کاهش مي‌يابد.
در مجموع بنا به دلايل ذکر شده، فعلا با فناوري موجود دوربين‌هاي ديجيتال حرفه‌اي از سنسورهاي CCD‌ استفاده مي‌کنند. اما در دوربين‌هاي ديجيتالي ارزان قيمت از سنسورهاي CMOS‌ بهره گرفته مي‌شود. اگر در آينده فناوري به‌کار رفته در سنسورهاي CMOS اصلاح شود، احتمالا با يک افت شديد در قيمت دوربين‌هاي ديجيتال حرفه‌اي و پيشرفت قابل ملاحظه در اين وسايل روبرو خواهيم شد.

 

 

آشنائی با CMOS

در سال 1998 سنسورهای CMOS بعنوان تکنولوژی ثبت تصویر جایگزین برای CCD ابداع گردید. تکنولوژی مورد استفاده در ساخت CMOS همان تکنولوژی است که در سراسر جهان برای ساخت میلیونها ریزپردازنده و حافظه مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجا که روی این تکنولوژی کار زیادی صورت گرفته و تولید آن در حجم انبوه می باشد، ساخت چیپ های CMOS نسبت به CCD ارزانتر در می آید. دیگر مزیت این سنسورها نسبت به CCD اینست که توان مصرفی آنها پایینتر می باشد. بعلاوه، در حالی که CCD تنها برای ثبت شدت نوری که بر روی هر یک از صدها هزار نقاط نمونه برداری می افتد کاربرد دارد، می توان از CMOS برای منظورهای دیگر، نظیر تبدیل آنالوگ به دیجیتال، پردازش سیگنال های لود شده، تنظیم رنگ سفید (white Balance) ، و کنترل های دوربین و ... استفاده نمود. همچنین می توان تراکم نقاط و عمق بیتی تصویر را به راحتی بدون افزایش بیش از اندازه قیمت، بالا برد.
بخاطر این مزیتها و سایر مزایا، بسیاری از تحلیل گران صنایع اعتقاد دارند که نهایتا تمام دوربین های معمولی دیجیتال از CMOS استفاده خواهند نمود و CCD فقط در دوربینهای حرفه ای و گرانقیمت بکار خواهد رفت. در این تکنولوژی مشکلاتی از قبیل تصاویر دارای نویز و عدم توانایی در گرفتن عکس از موضوعات متحرک وجود دارد که امروزه با رفع این مشکلات، CMOS در حال رسیدن به برابری با CCD می باشد. (این تکنولوژی تا جایی پیش رفته که هم اکنون در قویترین دوربین حرفه ای Canon بنام EOS-1Ds با بیش از 11 مگاپیکسل وضوح از این سنسور استفاده شده است- مولف)
تا بحال سنسورهای تصویر CMOS با استفاده از تکنولوژی 0.35 تا 0.5 میکرونی ساخته شده اند و چشم انداز آینده آن استفاده از تکنولوژی 0.25 میکرون می باشد. سنسور Faveon با 16.8 مگاپیکسل (یعنی قدرت ایجاد تصاویری با وضوح 4096*4096 پیکسل) اولین سنسوری است که با استفاده از تکنولوژی 0.18 میکرون ساخته شده است و یک پرش بزرگ را در صنعت ساخت سنسور تصویر CMOS ینام خود ثبت نموده است. استفاده از تکنولوژی 0.18 میکرون امکان استفاده از تعداد بیشتری از پیکسل ها را در فضای فیزیکی معین فراهم کرده و بنابر این سنسوری با وضوح بالاتر به دست می‌آید. ( لازم به ذکر است چون از لحاظ فیزیکی تصویر ایجاد شده توسط لنز تصویری پیوسته بوده و بدون هیچگونه نقطه و ناپیوستگی می باشد، هر چه بتوان پیکسلهای سنسور را کوچک تر نمود و تعداد بیشتری از آنها را در ناحیه تشکیل تصویر قرار داد، می توان عکسی با وضوح بالاتر و نزدیکتر به تصویرحقیقی گرفت – مولف) ترانزیستورهای ساخته شده با استفاده از تکنولوژی 0.18 میکرون کوچکتر بوده و فضای زیادی از ناحیه سنسور را اشغال نمی کنند که می توان از این فضا برای تشخیص نور استفاده نمود. این فضا بطور کارآمدی، امکان طراحی سنسوری را که دارای پیکسل های هوشمندتری بوده، و در حین عکس برداری تواناییهای جدیدی را بدون قربانی کردن حساسیت نوری به دوربین می دهد، فراهم می کند.
با استفاده از این تکنولوژی 70 میلیون ترانزیستور و 4096*4096 سنسور، فقط در فضایی برابر با 22mm*22mm قرار داده می شود و سرعت ISO آن برابر با 100 بوده و محدوده دینامیکی آن 10 استپ است!! انتظار میرود، بعد از 18 ماه از تولید این سنسور استفاده از آن در وسایل حرفه ای نظیر اسکنرها، وسایل تصویری پزشکی ، اسکن پرونده ه و آرشیو موزه ها شروع شود. در آینده ای طولانی تر، انتظار می رود که این تکنولوژی بطور وسیعی در وسایل معمولی موجود در بازار استفاده گردد.

 

http://hanitech.persiangig.com/image/rozblog/CAMERA/CMOS1.jpg

 

 

آشنائی با CCD

CCD قلب دوربین های دیجیتال بوده و جای شاتر و هم فیلم را در دوربین های معمولی می گیرد. ظهور این تکنولوژی به سال 1960، زمانی که تلاش برای تولید حافظه های ارزان و در مقیاس بالا در حال انجام بود بر می‌گردد. در ابتدا استفاده از این تکنولوژی برای گرفتن تصویر به مخیله دانشمندانی که بر روی آن کار می کردند نیز خطور نمی کرد.
در سال 1969، Willard Boyle و George Smith از CCD برای نگهداری اطلاعات استفاده کردند. اولین CCD مربوط به تصویر برداری به فرمت 100 * 100 پیکسل، در سال 1974 توسط شرکت Faichild Electronics تولید گردید. در سال‌ بعد این وسیله در دوربین های تلویزیونی برای رسانه های تجاری و بعدا در تلسکوپ ها و وسایل تصویر برداری پزشکی مورد استفاده قرار گرفت. مدتها پس از این زمان بود که CCD در دوربین های دیجیتالی مورد استفاده عموم به فروشگاههای خیابانی راه پیدا نماید.
این وسیله نظیر چشم انسان ولی بصورت الکترونیکی کار می‌نماید. هر CCD از میلیونها سلول بنام فتوسایت یا فتودیود تشکیل شده است. این نقاط در واقع سنسورهای حساس به نوری هستند که اطلاعات نوری را به یک شارژ الکتریکی تبدیل می‌نمایند. وقتی اجزای نور که فتون نامیده می شود وارد بدنه سیلیکون فتوسایت می شود، انرژی کافی برای آزادسازی الکترونهایی که با بار منفی شارژ شده اند ایجاد می‌ گردد. هر چه نور بیشتری وارد فتوسایت شود، الکترونهای بیشتری آزاد می شود. هر فتوسایت دارای یک اتصال الکتریکی می باشد که وقتی ولتاژی به آن اعمال می شود، سیلیکون زیر آن پذیرای الکترونهای آزاد شده می شود و همانند یک خازن برای آن عمل می کند. بنابر این هر فتوسایت دارای یک شارژ ویژه خود می باشد که هر چه بیشتر باشد، پیکسل روشنتری را ایجاد می کند.
مرحله بعدی در این فرآیند بازخوانی و ثبت اطلاعات موجود در این نقاط است. وقتی که شارژ به این نقاط وارد و خارج می شود، اطلاعات درون آنها حذف می شود و از آنجایی که شارژ هر ردیف با ردیف دیگر کوپل می شود، مثل اینست که اطلاعات هر ردیف پشت ردیف قبلی چیده شود. سپس سیگنال ها در حد امکان بدون نویز وارد تقویت کننده شده و سپس وارد ADC می شوند.
فتوسایت های روی یک CCD فقط به نور حساسیت نشان می دهند، نه به رنگ. رنگ با استفاده از فیلترهای قرمز – سبز و آبی که روی هر پیکسل گذارده شده است شناسایی می شود. برای اینکه CCD از چشم انسان تقلید کند، نسبت فیلترهای سبز دو برابر فیلترهای قرمز و آبی است. این بخاطر اینست که چشم انسان به رنگهای زرد و سبز حساس تر است. چون هر پیکسل تنها یک رنگ را شناسایی می کند، رنگ واقعی (True Color) با استفاده از متوسط گیری شدت نور اطراف پیکسل که به میان یابی رنگ مشهور است، ایجاد می شود.
جدیدا فوجی فیلم در طراحی CCD دست به ابداع جالبی زده است. این شرکت بجای استفاده از آرایش مربعی برای فتوسایت ها، از فتوسایت های کاملا متفاوت هشت ضلعی بزرگتری که در ردیفهایی با زاویه 45 درجه مرتب شده اند استفاده کرده است. با این کار مشکل نویزهای سیگنال که برای فشردگی فتوسایتها بر روی CCD محدودیت ایجاد می کرد حل شده است. با این کار رنگهایی واقعی تر و محدوده دینامیکی وسیعتر و حساسیت به نور بالاتر به دست می آید که نتیجه آن عکسهای دیجیتالی شارپ تر و با رنگهای جذاب تر می باشد.

 

دانلود فایل PDF مرتبط با موضوع به زبان انگلیسی

 

دانلود فایل PDF شماره 2 به زبان انگلیسی

 

 

نیما خسروی آهنگر بازديد : 361 جمعه 03 شهريور 1391 زمان : 14:48 نظرات ()
مطالب مرتبط
ارسال نظر براي اين مطلب

نام
ایمیل (منتشر نمی‌شود) (لازم)
وبسایت
:) :( ;) :D ;)) :X :? :P :* =(( :O @};- :B /:) :S
نظر خصوصی
مشخصات شما ذخیره شود ؟ [حذف مشخصات] [شکلک ها]
کد امنیتی
تبليغات
  • فروشگاه اينترنتی
  • لارجر باکس
  • مکمل بدنسازی
  • نظرسنجي
    به وبلاگ و مطالب آن رای دهید.