تفاوت سنسور ccd و cmos

این روزهای اگر قصد خرید دوربین مداربسته را داشته باشید، با قابلیت ها و تجهیزات سیستم های امنیتی و نظارتی بیشتر آشنا می‌شوید، مثلا فروشندگان در معرفی دوربین ها از سنسورهای این سیستم ها برایتان اطلاعاتی اراه می‌دهند، در این مقاله با بررسی تفاوت سنسور ccd و cmos دوربین مداربسته آشنا می‌شوید، پس همراه ما باشید..

در گام اول باید گفت اصطلاح CCD با نامCharge Coupled Device و اصطلاح CMOS سرنام عبارت Complementary Metal Oxide Semiconductor است. با اینکه این دو فناوری از نظر ماهیت تفاوت چندانی ندارند، اما در نحوه استفاده از نور دریافت شده و انتقال آن به صورت سیگنال‌های الکتریکی متفاوت هستند. چرا که حسگرهای نوری از هزاران ردیف اِلمان نیمه‌هادی بسیار کوچک و حساس به نور تشکیل شده‌اند که می‌توانند ذرات یا فوتون‌های نور را به بار الکتریکی تبدیل کنند. هرچه شدت نور تابیده‌ شده بر این عناصر الکترونیکی ریز، بیشتر باشد، میزان الکتریسته تولید شده توسط آنها نیز بیشتر می‌شود.  با ما همراه باشید تا به صورت جداگانه از تفاوت سنسور ccd و cmos دوربین مداربسته را در مجله فرکوویژن برایتان شرح دهیم.

سنسور CMOS در دوربین های مداربسته

CMOS مخفف عبارت Complementary metal oxide semiconductor است که نوعی از سنسور دوربین های مداربسته است. این حسگرها در مقابل سنسورهای CCD دوربین های مداربسته قرار می گیرند. البته نوع جدیدی از این سنسورها تحت عنوان DIS نیز بعدها به بازار ارائه شد که نوع پیشرفته تر این نوع سنسورها هستند. این حسگر دوربین مداربسته در مقابل حسگر CCD ساده و ارزانتر و کم مصرف تر بوده، ولی به دلیل حساسیت کمتری که نسبت به نور دارند در محیط های کم نور تصویر ضعیف تری تولید می کنند. حسگر تصویر دوربین مداربسته CMOS توسط شرکت های مختلفی تولید می‌شوند و تکنولوژی آنها انحصاری نیست.

CMOS از آنجا که روی این تکنولوژی کار زیادی صورت گرفته و تولید آن در حجم انبوه است ، ساخت چیپ های CMOS نسبت به CCD ارزانتر در می‌آید . دیگر مزیت این سنسورها نسبت به CCD اینست که توان مصرفی آنها پایینتر است. 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 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 تمامی انواع  دوربین دیجیتال از CMOS استفاده خواهند نمود و CCD فقط در دوربینهای حرفه ای و گران قیمت 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 . 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 به نام 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 بنابرین سنسوری با وضوح بالاتر به دست می‌آید.

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 در4096 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 ها 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.

سنسور CCD در دوربین مداربسته

دوربین های مداربسته به طور کلی دارای یک ساختار هستند، اعم از آنالوگ و دیجیتال و همچنین دوربین های عکاسی و فیلم برداری اعم از حرفه‌ای و آماتور هم این ساختار را دارند. دوربین از یک لنز برای شکست نور، یک سنسور، یک پردازنده تشکیل شده است. هر کدام از این بخش ها توضیحاتی دارد که می توانید جداگانه در مقالات مجله فرکوویژن مطالعه نمایید. اما در این مقاله موضوع بحث ما تفاوت سنسور ccd و cmos دوربین مداربسته است. به طور کلی دو نوع سنسور در دنیای الکترونیک برای ساخت تصویر استفاده می‌شود، سی سی دی (CCD) و سی موس (CMOS) . نمی توان گفت که سی سی دی بهتر است یا سی موس؟ چرا که بسته به نوع استفاده و هزینه سنسور ccd و cmos دوربین مداربسته دارای مزایا و معایبی هستند که ما به سی سی دی های خواهیم پرداخت. سی سی دی ترکیبی از نیمه رسانا و رسانا است که به طور ساده پس از دریافت نور با توجه به رنگ و شدت نور می تواند آن را به ولتاژ قابل تحلیل تبدیل کند

هر CCD از میلیون ها فتوسایت یا فتو دیود تشکیل شده است. این نقاط در واقع سنسورهای حساس به نوری هستند که اطلاعات نوری را به یک شارژ الکتریکی تبدیل می‌نمایند. تکنولوژی مورد استفاده در ساخت CMOS همان تکنولوژی است که در سراسر جهان برای ساخت میلیون ها ریزپردازنده و حافظه مورد استفاده قرار میگیرد.

سنسورها قلب دوربین های نظارت تصویری است.Charged Coupled Devic e یا CCD یک تکنولوژی آنالوگ است که تصاویری بسیار شفاف و با رزولوشن بالا را ارائه می‌دهد و در نور کم هم تصاویر بسیار خوبی نمایش میدهد و کمی بیشتر از سنسورهای CMOS برق مصرف می‌کند. اولین CCD مربوط به تصویر برداری به فرمت 100*100 پیکسل است که در سال 1974 توسط شرکت Faichild Electronics تولید گردید.

مدت ها پس از این زمان بود که CCD در دوربین های دیجیتالی مورد استفاده عموم به فروشگاه های خیابانی راه پیدا نماید. هر CCD از میلیون ها سلول به نام فتوسایت یا فتودیود تشکیل شده است، این نقاط در واقع سنسورهای حساس به نوری هستند که اطلاعات نوری را به یک شارژ الکتریکی تبدیل می‌کنند. وقتی اجزای نور که فوتون نامیده می‌شود وارد بدنه سیلیکون فوتوسایت می‌گردد، انرژی کافی برای آزاد سازی الکترون هایی که با بار منفی شارژ شده‌اند ایجاد می‌گردد. هرچه نور بیشتری وارد فوتوسایت شود الکترون های بیشتری آزاد می‌شود.

همان طور که می‌دانید هر فوتوسایت دارای یک اتصال الکتریکی است، وقتی ولتاژی به آن اعمال می‌شود سیلیکون زیر آن پذیرای الکترون های آزاد شده می‌شود و همانند یک خازن برای آن عمل می‌کند. بنابراین هر فتوسایت دارای یک شارژ ویژه خود بوده که هر چه بیشتر باشد پیکسل روشن تری را ایجاد می‌کند، مرحله بعدی در این فرایند بازخوانی و ثبت اطلاعات موجود در این نقاط است، وقتی که شارژ به این نقاط وارد و خارج می‌شود اطلاعات درون آنها حذف شده و از آجایی که شارژ هر ردیف با ردیف دیگر کوپل می‌شود مثل این است 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 می‌شوند.

فتوسایت های روی یک CCD فقط به نور حساسیت نشان می‌دهند نه رنگ. رنگ با استفاده از فیلترهای قرمز و سبز و آبی که روی هر پیکسل جایگذاری شده، شناسایی می‌شود. برای این که CCD از چشم انسان تقلید کند نسبت فیلترهای سبز دو برابر فیلترهای قرمز و آبی است، این به خاطر این است که چشم انسان به رنگ های زرد و سبز حساس تر است. چون هر پیکسل تنها یک رنگ را شناسایی می‌کند رنگ واقعی (TRUE COLOR) با استفاده از متوسط گیری شدت نور اطراف پیکسل که به میان‌یابی رنگ مشهور است ایجاد می‌شود.