25/08/05ከስማርት ፎኖች እስከ ሳይንሳዊ መሳሪያዎች የምስል ዳሳሾች ዛሬ የእይታ ቴክኖሎጂ እምብርት ናቸው። ከነዚህም መካከል የCMOS ሴንሰሮች ከዕለታዊ ፎቶዎች ጀምሮ እስከ የላቀ ማይክሮስኮፕ እና ሴሚኮንዳክተር ፍተሻ ድረስ ሁሉንም ነገር በማጎልበት ዋናው ኃይል ሆነዋል።
'Complementary Metal Oxide Semiconductor' (CMOS) ቴክኖሎጂ ኤሌክትሮኒካዊ አርክቴክቸር እና አፕሊኬሽኑ በሚያስደንቅ ሁኔታ ሰፊ የሆነ የፈጠራ ሂደቶች ቴክኖሎጂ ነው። በእርግጥ፣ የCMOS ቴክኖሎጂ ለዘመናዊው የዲጂታል ዘመን ድጋፍ ያደርጋል ሊባል ይችላል።
CMOS ዳሳሽ ምንድን ነው?
የCMOS ምስል ዳሳሾች (ሲአይኤስ) አክቲቭ ፒክስሎችን ይጠቀማሉ፣ ይህ ማለት በእያንዳንዱ የካሜራ ፒክሴል ውስጥ ሶስት ወይም ከዚያ በላይ ትራንዚስተሮች መጠቀም ማለት ነው። CCD እና EMCCD ፒክስሎች ትራንዚስተሮችን አልያዙም።
በእያንዳንዱ ፒክሴል ውስጥ ያሉት ትራንዚስተሮች እነዚህን 'አክቲቭ' ፒክስሎች እንዲቆጣጠሩ፣ ሲግናሎች በ'ፊልድ ተጽዕኖ' ትራንዚስተሮች እንዲጎለብቱ እና ውሂባቸው እንዲደረስባቸው ያስችላቸዋል፣ ሁሉም በትይዩ። ለአንድ ሙሉ ዳሳሽ ወይም ጉልህ ክፍልፋይ በአንድ የንባብ መንገድ ምትክ፣ ሀCMOS ካሜራቢያንስ አንድ ሙሉ ረድፍ የተነበቡ ኤ.ዲ.ሲዎች፣ ለእያንዳንዱ የሲንሰሩ አምድ አንድ (ወይም ከዚያ በላይ) ADC ያካትታል። እያንዳንዳቸው የአምዳቸውን ዋጋ በአንድ ጊዜ ማንበብ ይችላሉ። በተጨማሪም፣ እነዚህ 'አክቲቭ ፒክሰል' ዳሳሾች ከCMOS ዲጂታል አመክንዮ ጋር ተኳሃኝ ናቸው፣ ይህም እምቅ ዳሳሽ ተግባራዊነትን ይጨምራል።
እነዚህ ጥራቶች አንድ ላይ ሆነው ለCMOS ዳሳሾች ፍጥነታቸውን ይሰጣሉ። ሆኖም፣ ለዚህ ትይዩነት መጨመር ምስጋና ይግባውና፣ የግለሰብ ኤዲሲዎች የተገኙትን ምልክቶቻቸውን በበለጠ ትክክለኛነት ለመለካት ረዘም ያለ ጊዜ ሊወስዱ ይችላሉ። እነዚህ ረዣዥም የመቀየሪያ ጊዜዎች በጣም ዝቅተኛ የድምጽ ክዋኔን ይፈቅዳል፣ ለከፍተኛ የፒክሰል ብዛትም ቢሆን። ለዚህም ምስጋና ይግባውና ሌሎች ፈጠራዎች፣ የCMOS ዳሳሾች የተነበቡ ጫጫታ ከሲሲዲዎች 5x - 10x ያነሰ ይሆናል።
ዘመናዊ ሳይንሳዊ CMOS (sCMOS) ካሜራዎች በምርምር አፕሊኬሽኖች ውስጥ ለዝቅተኛ ድምጽ እና ለከፍተኛ ፍጥነት ምስል የተነደፉ ልዩ የCMOS አይነት ናቸው።
የCMOS ዳሳሾች እንዴት ይሰራሉ? (Rolling vs Global Shutterን ጨምሮ)
የተለመደው የCMOS ዳሳሽ አሠራር በሥዕሉ ላይ ይታያል እና ከዚህ በታች ተዘርዝሯል። ከዚህ በታች ባሉት የአሠራር ልዩነቶች ምክንያት የተጋላጭነት ጊዜ እና አሠራሩ ለአለምአቀፍ እና ሮሊንግ ካሜራዎች ይለያያል።
ምስል፡ ለCMOS ዳሳሽ የማንበብ ሂደት
ማስታወሻለ CMOS ካሜራዎች የማንበብ ሂደት በጽሑፉ ላይ እንደተገለጸው በ'roll shutter' እና 'global shutter' ካሜራዎች መካከል ይለያያል። በሁለቱም ሁኔታዎች እያንዳንዱ ፒክሰል በተገኘው የፎቶ ኤሌክትሮን ቆጠራ ላይ የተመሰረተ ቮልቴጅ የሚያመነጭ አቅም ያለው እና ማጉያ ይይዛል። ለእያንዳንዱ ረድፍ ለእያንዳንዱ አምድ የቮልቴጅ መጠን በአምድ አናሎግ ወደ ዲጂታል መቀየሪያዎች በአንድ ጊዜ ይለካሉ.
የሚሽከረከር ሹት
1. ለሚሽከረከር የ CMOS ዳሳሽ፣ ከላይኛው ረድፍ ጀምሮ (ወይም ለተከፋፈለ ካሜራዎች ማእከል)፣ የረድፉን መጋለጥ ለመጀመር ክፍያውን ከረድፉ ያጽዱ።
2. 'የመስመር ጊዜ' ካለፈ በኋላ (በተለምዶ 5-20 μs) ወደ ቀጣዩ ረድፍ ይሂዱ እና ከደረጃ 1 ይድገሙት፣ አጠቃላይ ሴንሰሩ እስኪጋለጥ ድረስ።
3. ለእያንዳንዱ ረድፍ በተጋላጭነት ጊዜ ክፍያዎች ይከማቻሉ, ይህ ረድፍ የተጋላጭነት ጊዜውን እስኪጨርስ ድረስ. ለመጀመር የመጀመሪያው ረድፍ መጀመሪያ ያበቃል.
4. አንዴ መጋለጥ ለአንድ ረድፍ እንደጨረሰ ክፍያዎችን ወደ ተነባቢ አቅም እና ማጉያ ያስተላልፉ።
5. በዚያ ረድፍ ውስጥ በእያንዳንዱ ማጉያ ውስጥ ያለው ቮልቴጅ ከአምድ ADC ጋር ይገናኛል, እና ምልክቱ በረድፍ ውስጥ ላለው እያንዳንዱ ፒክሰል ይለካል.
6. የንባብ እና የዳግም ማስጀመሪያ ክዋኔው ለመጨረስ 'የመስመር ጊዜ' ይወስዳል ፣ ከዚያ በኋላ መጋለጥ ለመጀመር የሚቀጥለው ረድፍ የተጋላጭነት ሰዓቱ መጨረሻ ላይ ይደርሳል እና ሂደቱ ከደረጃ 4 ይደገማል።
7. ንባቡ ለላይኛው ረድፍ እንደተጠናቀቀ, የታችኛው ረድፍ የአሁኑን ፍሬም ማጋለጥ ጀምሯል, የላይኛው ረድፍ የሚቀጥለውን ክፈፍ መጋለጥ ሊጀምር ይችላል (መደራረብ ሁነታ). የተጋላጭነት ጊዜ ከክፈፉ ጊዜ ያነሰ ከሆነ, የላይኛው ረድፍ መጋለጥ እስኪጀምር ድረስ የታችኛው ረድፍ መጠበቅ አለበት. በጣም አጭር ሊሆን የሚችለው ተጋላጭነት በተለምዶ የአንድ መስመር ጊዜ ነው።
የቱሴን ኤፍኤል 26BW የቀዘቀዘ CMOS ካሜራየ Sony IMX533 ዳሳሽ ያለው ይህን የሚጠቀለል የመዝጊያ ቴክኖሎጂ ይጠቀማል።
ግሎባል Shutter
1. ግዢውን ለመጀመር, ክፍያ በአንድ ጊዜ ከመላው ዳሳሽ (የፒክሰል ጉድጓድ ዓለም አቀፍ ዳግም ማስጀመር) ይጸዳል.
2. በመጋለጥ ጊዜ ክፍያ ይከማቻል.
3. በተጋላጭነት መጨረሻ ላይ የተሰበሰቡ ክፍያዎች በእያንዳንዱ ፒክሰል ውስጥ ወደሚገኝ ጭንብል ወደተሸፈነ ጉድጓድ ይንቀሳቀሳሉ፣ አዲስ የተገኙ ፎቶኖች ሳይቆጠሩ ለማንበብ መጠበቅ ይችላሉ። አንዳንድ ካሜራዎች በዚህ ደረጃ ክፍያዎችን ወደ ፒክስል አቅም ያንቀሳቅሳሉ።
4. የተገኙት ክፍያዎች በእያንዳንዱ ፒክሰል ጭምብል በተሸፈነው ቦታ ውስጥ ይከማቻሉ, የፒክሰል ንቁ ቦታ የሚቀጥለውን ፍሬም (መደራረብ ሁነታ) መጋለጥ ሊጀምር ይችላል.
5. ጭምብሉ ከተሸፈነው አካባቢ የማንበብ ሂደት የሚከናወነው የመዝጊያ ዳሳሾችን በሚሽከረከርበት ጊዜ ነው-በአንድ ረድፍ በአንድ ረድፍ ፣ ከሴንሰሩ አናት ላይ ፣ ክፍያዎች ከተሸፈነው ጉድጓድ ወደ ማንበቢያው capacitor እና ማጉያ ይተላለፋሉ።
6. በዚያ ረድፍ ውስጥ በእያንዳንዱ ማጉያ ውስጥ ያለው ቮልቴጅ ከአምድ ADC ጋር ተያይዟል, እና ምልክቱ በረድፍ ውስጥ ላለው እያንዳንዱ ፒክሰል ይለካል.
7. የንባብ እና የዳግም ማስጀመሪያ ክዋኔው ለመጠናቀቅ 'የመስመር ጊዜን ይወስዳል, ከዚያም ሂደቱ ከደረጃ 5 ጀምሮ ለሚቀጥለው ረድፍ ይደገማል.
8. ሁሉም ረድፎች ከተነበቡ በኋላ ካሜራው ቀጣዩን ፍሬም ለማንበብ ዝግጁ ነው, እና የተጋላጭነት ጊዜ ካለፈ ሂደቱ ከ 2 ኛ ደረጃ ወይም ደረጃ 3 ሊደገም ይችላል.
የቱሴን ሊብራ 3412M Mono sCMOS ካሜራግልጽ እና ፈጣን የሚንቀሳቀሱ ናሙናዎችን ለመያዝ የሚያስችል አለምአቀፍ የመዝጊያ ቴክኖሎጂን ይጠቀማል።
የCMOS ዳሳሾች ጥቅሞች እና ጉዳቶች
ጥቅም
● ከፍተኛ ፍጥነትCMOS ሴንሰሮች ከሲሲዲ ወይም ኢኤምሲዲዲ ዳሳሾች ይልቅ በውሂብ ውፅዓት ከ1 እስከ 2 ትዕዛዛት ፈጣን ናቸው።
● ትላልቅ ዳሳሾችፈጣን የውሂብ ፍሰት ከፍተኛ የፒክሰል ብዛት እና ትላልቅ የእይታ መስኮች እስከ አስር ወይም በመቶዎች የሚቆጠሩ ሜጋፒክስሎች ያስችለዋል።
● ዝቅተኛ ድምጽአንዳንድ የCMOS ሴንሰሮች ጫጫታ እስከ 0.25e - የሚወዳደሩት EMCCD ዎች ተጨማሪ የድምፅ ምንጮችን የሚጨምር የቻርጅ ማባዛት ሳያስፈልጋቸው ማንበብ ይችላሉ።
● የፒክሰል መጠን ተለዋዋጭነትየሸማቾች እና የስማርትፎን ካሜራ ዳሳሾች የፒክሰል መጠኖችን እስከ ~1 μm ክልል ያደርሳሉ፣ እና ሳይንሳዊ ካሜራዎች እስከ 11 μm በፒክሰል መጠን የተለመዱ ናቸው እና እስከ 16 μm ይገኛሉ።
● ዝቅተኛ የኃይል ፍጆታየ CMOS ካሜራዎች ዝቅተኛ የኃይል ፍላጎቶች ለተለያዩ ሳይንሳዊ እና የኢንዱስትሪ መተግበሪያዎች እንዲጠቀሙ ያስችላቸዋል።
● ዋጋ እና የህይወት ዘመንዝቅተኛ-መጨረሻ CMOS ካሜራዎች በተለምዶ ከሲሲዲ ካሜራዎች ጋር ተመሳሳይ ወይም ዝቅተኛ ናቸው፣ እና ከፍተኛ ደረጃ ያላቸው CMOS ካሜራዎች ከ EMCCD ካሜራዎች በጣም ያነሱ ናቸው። የሚጠበቀው የአገልግሎት ዘመናቸው ከ EMCCD ካሜራ እጅግ የላቀ መሆን አለበት።
Cons
● የሚንከባለል መከለያአብዛኞቹ ሳይንሳዊ CMOS ካሜራዎች ለሙከራ የስራ ፍሰቶች ውስብስብነትን ሊጨምር ወይም አንዳንድ መተግበሪያዎችን ሊከለክል የሚችል የሚጠቀለል ማንጠልጠያ አላቸው።
● ከፍ ያለ የጨለማ ኩርባt: አብዛኞቹ የCMOS ካሜራዎች ከሲሲዲ እና ከኢኤምሲዲዲ ዳሳሾች በጣም የላቀ የጨለማ ፍሰት አላቸው፣ አንዳንዴም ለረጅም ተጋላጭነት (> 1 ሰከንድ) ላይ ጉልህ የሆነ ድምጽ ያስተዋውቁታል።
ዛሬ CMOS ዳሳሾች ጥቅም ላይ የሚውሉበት
ለሁለገብነታቸው ምስጋና ይግባውና የCMOS ዳሳሾች በብዙ አፕሊኬሽኖች ስብስብ ውስጥ ይገኛሉ፡-
● የሸማቾች ኤሌክትሮኒክስ: ስማርትፎኖች፣ ዌብካሞች፣ DSLRs፣ የድርጊት ካሜራዎች።
● የሕይወት ሳይንሶችየ CMOS ዳሳሾች ኃይልማይክሮስኮፕ ካሜራዎችበ fluorescence imaging እና በሕክምና ምርመራዎች ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል.
● አስትሮኖሚቴሌስኮፖች እና የስፔስ ኢሜጂንግ መሳሪያዎች ሳይንሳዊ CMOS (sCMOS) ለከፍተኛ ጥራት እና ዝቅተኛ ድምጽ ይጠቀማሉ።
● የኢንዱስትሪ ቁጥጥር: አውቶሜትድ የጨረር ቁጥጥር (AOI), ሮቦቲክስ እናሴሚኮንዳክተር ቁጥጥር ካሜራዎችለፍጥነት እና ትክክለኛነት በCMOS ዳሳሾች ይተማመኑ።
● አውቶሞቲቭየላቀ የአሽከርካሪዎች እገዛ ስርዓቶች (ADAS)፣ የኋላ እይታ እና የመኪና ማቆሚያ ካሜራዎች።
● ክትትል እና ደህንነትዝቅተኛ-ብርሃን እና እንቅስቃሴ ማወቂያ ስርዓቶች.
የእነርሱ ፍጥነት እና ወጪ ቆጣቢነት CMOSን ለሁለቱም ከፍተኛ መጠን ያለው የንግድ አጠቃቀም እና ልዩ ሳይንሳዊ ስራዎችን ወደ መፍትሄ ያደርገዋል።
ለምን CMOS አሁን ዘመናዊ ደረጃ የሆነው
ከሲሲዲ ወደ CMOS የተደረገው ሽግግር በአንድ ጀንበር አልተከሰተም፣ ነገር ግን የማይቀር ነበር። CMOS አሁን የምስል ኢንዱስትሪው የማዕዘን ድንጋይ የሆነው ለምንድነው፡-
● የማምረት ጥቅም: በመደበኛ ሴሚኮንዳክተር ማምረቻ መስመሮች ላይ የተገነባ, ወጪን በመቀነስ እና መስፋፋትን ያሻሽላል.
● የአፈጻጸም ግኝቶችሮሊንግ እና አለምአቀፍ የመዝጊያ አማራጮች፣ የተሻሻለ የአነስተኛ ብርሃን ትብነት እና ከፍ ያለ የፍሬም ተመኖች።
● ውህደት እና ብልህነትየCMOS ዳሳሾች አሁን በቺፕ AI ሂደትን፣ የጠርዝ ማስላትን እና የአሁናዊ ትንታኔን ይደግፋሉ።
● ፈጠራእንደ የተቆለሉ CMOS፣ የኳንታ ምስል ዳሳሾች እና ጥምዝ ዳሳሾች ያሉ አዳዲስ ዳሳሾች በCMOS መድረኮች ላይ የተገነቡ ናቸው።
ከስማርትፎኖች እስከሳይንሳዊ ካሜራዎች፣ CMOS የሚለምደዉ፣ ኃይለኛ እና ለወደፊት ዝግጁ መሆኑን አረጋግጧል።
ማጠቃለያ
ለአብዛኛዎቹ የምስል አፕሊኬሽኖች የ CMOS ዳሳሾች ወደ ዘመናዊው መስፈርት ተሻሽለዋል፣ ይህም በአፈጻጸም፣ ቅልጥፍና እና ወጪ ሚዛን ምክንያት ነው። የዕለት ተዕለት ትውስታዎችን በመያዝም ሆነ ከፍተኛ ፍጥነት ያለው ሳይንሳዊ ትንታኔን በማካሄድ የCMOS ቴክኖሎጂ ለዛሬው የእይታ ዓለም መሠረት ይሰጣል።
እንደ ግሎባል shutter CMOS እና sCMOS ያሉ ፈጠራዎች የቴክኖሎጂውን አቅም እያስፋፉ ሲሄዱ የበላይነቱ ለቀጣይ አመታት ሊቀጥል ነው።
የሚጠየቁ ጥያቄዎች
በሮሊንግ መዝጊያ እና በአለምአቀፍ መዝጊያ መካከል ያለው ልዩነት ምንድን ነው?
የሚሽከረከር መዝጊያ የምስል ዳታ መስመርን በመስመር ያነባል፣ ይህ ደግሞ በፍጥነት የሚንቀሳቀሱ ነገሮችን በሚይዝበት ጊዜ ተንቀሳቃሽ ቅርሶችን (ለምሳሌ፣ skew ወይም wobble) ሊያስከትል ይችላል።
ዓለም አቀፋዊ መዝጊያ መላውን ፍሬም በአንድ ጊዜ ይይዛል፣ ይህም ከእንቅስቃሴ መዛባትን ያስወግዳል። እንደ ማሽን እይታ እና ሳይንሳዊ ሙከራዎች ለከፍተኛ ፍጥነት ምስሎች አፕሊኬሽኖች ተስማሚ ነው።
የ Rolling Shutter CMOS መደራረብ ሁኔታ ምንድነው?
ለሚሽከረከር የCMOS ካሜራዎች፣ በተደራራቢ ሁነታ፣ የሚቀጥለው ፍሬም መጋለጥ አሁን ያለው ሙሉ በሙሉ ከመጠናቀቁ በፊት ሊጀምር ይችላል፣ ይህም ከፍ ያለ የፍሬም ፍጥነቶች እንዲኖር ያስችላል። ይህ ሊሆን የቻለው የእያንዳንዱ ረድፍ መጋለጥ እና ንባብ በጊዜ ውስጥ ስለሚደናቀፍ ነው።
ይህ ሁነታ ከፍተኛው የፍሬም ፍጥነት እና ውፅዓት ወሳኝ በሆነባቸው መተግበሪያዎች ላይ ጠቃሚ ነው፣ ለምሳሌ በከፍተኛ ፍጥነት ፍተሻ ወይም ቅጽበታዊ ክትትል። ሆኖም፣ የጊዜ እና የማመሳሰል ውስብስብነት በትንሹ ሊጨምር ይችላል።
ቱሴን ፎኒክስ ኩባንያ፣ ሊሚትድ መብቱ በህግ የተጠበቀ ነው። ሲጠቅሱ፣ እባክዎን ምንጩን እውቅና ይስጡ፡-www.tucsen.com
