25/07/312025-ci ildə CMOS sensorları həm elmi, həm də istehlakçı təsvirlərində üstünlük təşkil etsə də, bu həmişə belə olmayıb.
CCD 'Şarj ilə birləşdirilən cihaz' deməkdir və CCD sensorları ilk dəfə 1970-ci ildə hazırlanmış orijinal rəqəmsal kamera sensorları idi. CCD və EMCCD əsaslı kameralar bir neçə il əvvələ qədər elmi tətbiqlər üçün adətən tövsiyə olunurdu. Hər iki texnologiya bu gün də yaşayır, baxmayaraq ki, onların istifadəsi niş halına gəldi.
CMOS sensorlarının təkmilləşdirilməsi və inkişafı sürəti artmaqda davam edir. Bu texnologiyalar arasındakı fərq, ilk növbədə, aşkar edilmiş elektron yükü emal etmə və oxuma üsulundadır.
CCD Sensor nədir?
CCD sensoru işığı tutmaq və onu rəqəmsal siqnallara çevirmək üçün istifadə edilən bir görüntü sensoru növüdür. Fotonları toplayan və onları elektrik yüklərinə çevirən işığa həssas piksellər massivindən ibarətdir.
CCD sensor oxunuşu CMOS-dan üç əhəmiyyətli şəkildə fərqlənir:
● Şarj Transferi: Tutulan fotoelektronlar elektrostatik olaraq sensor boyunca pikseldən pikselə aşağıdakı oxuma sahəsinə köçürülür.
● Oxuma mexanizmi: Paralel olaraq işləyən bütün analoq-rəqəmsal çeviricilər (ADC) sırası əvəzinə, CCD-lər pikselləri ardıcıl olaraq oxuyan yalnız bir və ya iki ADC (və ya bəzən daha çox) istifadə edir.
Kondansatör və Gücləndirici Yerləşdirmə: Hər pikseldə kondansatör və gücləndiricilərin yerinə hər bir ADC-də bir kondansatör və gücləndirici var.
CCD sensoru necə işləyir?
CCD sensoru görüntü əldə etmək və emal etmək üçün necə işləyir:
Şəkil: CCD sensoru üçün oxuma prosesi
Ekspozisiyasının sonunda CCD sensorları əvvəlcə toplanmış yükləri hər piksel daxilində maskalı saxlama sahəsinə köçürür (göstərilmir). Sonra, bir sıra, ittihamlar oxunuş reyestrinə köçürülür. Hər dəfə bir sütun, oxuma reyestrindəki ödənişlər oxunur.
1. Şarjın təmizlənməsi: Əldə etməyə başlamaq üçün eyni vaxtda bütün sensordan (qlobal çekim) yük silinir.
2. Şarj yığılması: Ekspozisiya zamanı şarj yığılır.
3. Şarj yaddaşı: Ekspozisiya sonunda toplanmış yüklər hər bir piksel daxilində maskalı sahəyə (xəttlərarası köçürmə CCD adlanır) köçürülür, burada onlar yeni aşkar edilmiş fotonlar hesablanmadan oxunuşunu gözləyə bilərlər.
4. Növbəti Çərçivənin Ekspozisiyası: Piksellərin maskalı sahəsində saxlanılan aşkar edilmiş yüklərlə, piksellərin aktiv sahəsi növbəti kadrın ifşasına başlaya bilər (üst-üstə düşmə rejimi).
5. Ardıcıl oxu: Hər dəfə bir sıra, bitmiş çərçivənin hər cərgəsindən ödənişlər “oxumaq registrinə” köçürülür.
6. Yekun oxu: Hər bir pikseldən bir sütun, ADC-də oxumaq üçün oxuma qovşağına göndərilir.
7. Təkrar: Bu proses bütün piksellərdə aşkar edilmiş yüklər hesablanana qədər təkrarlanır.
Bütün aşkar edilmiş yüklərin az sayda (bəzən bir) oxu nöqtəsi tərəfindən oxunması nəticəsində yaranan bu darboğaz CMOS ilə müqayisədə CCD sensorlarının məlumat ötürmə qabiliyyətində ciddi məhdudiyyətlərə səbəb olur.
CCD Sensorlarının müsbət və mənfi cəhətləri
| Pros | Eksiler |
| Aşağı Qaranlıq Cərəyan Soyuduqda Tipik olaraq ~0,001 e⁻/p/s. | Məhdud Sürət Tipik ötürmə qabiliyyəti ~20 MP/s — CMOS-dan çox yavaş. |
| Pikseldə Binning ödənişləri oxunmadan əvvəl cəmlənir və səs-küyü azaldır. | Yüksək oxuma səs-küyü 5–10 e⁻ tək nöqtəli ADC oxunması səbəbindən ümumidir. |
| Qlobal Çekim Interline/frame-transfer CCD-lərdə həqiqi qlobal və ya yaxın qlobal çekim. | Daha Böyük Piksel Ölçüləri CMOS-un təklif etdiyi miniatürləşdirmə ilə uyğunlaşa bilməz. |
| Yüksək Şəkil Vahidliyi Kəmiyyət təsviri üçün əladır. | Yüksək enerji istehlakı Şarjın dəyişdirilməsi və oxunması üçün daha çox güc tələb edir. |
CCD Sensorunun üstünlükləri
● Aşağı qaranlıq cərəyan: Bir texnologiya olaraq, CCD sensorları soyuduqda adətən 0,001 e-/p/s səviyyəsində çox aşağı tünd cərəyana malik olurlar.
● 'On-piksel' Binning: Qablaşdırma zamanı CCD-lər oxunandan sonra deyil, əvvəl ödənişlər əlavə edir, yəni əlavə oxunuş səs-küyü tətbiq olunmur. Qaranlıq cərəyan artır, lakin yuxarıda qeyd edildiyi kimi, bu adətən çox aşağı olur.
● Qlobal Çekim: 'Interline' CCD sensorları əsl qlobal çekim ilə işləyir. 'Çərçivənin ötürülməsi' CCD sensorları 'yarım qlobal' çekimdən istifadə edir (Şəkil 45-in 'Maskalı' bölgəsinə baxın) – ekspozisiyanı başlamaq və bitirmək üçün kadr ötürmə prosesi həqiqətən eyni vaxtda deyil, adətən 1-10 mikrosaniyə ardıcıllığını alır. Bəzi CCD-lər mexaniki bağlamadan istifadə edirlər.
CCD Sensorlarının Dezavantajları
● Məhdud Sürət: saniyədə piksellə tipik məlumat ötürmə qabiliyyəti saniyədə təxminən 20 Meqapiksel (MP/s) ola bilər ki, bu da 5 kadr sürətlə 4 MP təsvirə bərabərdir. Bu, ekvivalent CMOS-dan təxminən 20 dəfə, yüksək sürətli CMOS-dan isə ən azı 100 dəfə yavaşdır.
● Yüksək Oxuma Səs-küyü: CCD-lərdə oxunan səs-küy yüksəkdir, bu, əsasən istifadə edilə bilən kamera sürətinə nail olmaq üçün ADC(ləri) yüksək sürətlə işə salmaq ehtiyacı ilə bağlıdır. 5 ilə 10 e- yüksək səviyyəli CCD kameralar üçün ümumidir.
● Böyük Piksellər: Bir çox proqramlar üçün daha kiçik piksellər üstünlüklər təmin edir. Tipik CMOS arxitekturası CCD ilə müqayisədə daha kiçik minimum piksel ölçülərinə imkan verir.
● Yüksək enerji istehlakı: CCD sensorlarını işə salmaq üçün güc tələbləri CMOS-dan xeyli yüksəkdir.
Elmi görüntüləmədə CCD sensorlarının tətbiqi
CMOS texnologiyası populyarlıq qazansa da, görüntü keyfiyyəti, həssaslıq və ardıcıllığın əsas olduğu bəzi elmi təsvir proqramlarında CCD sensorlarına hələ də üstünlük verilir. Onların aşağı işıqlı siqnalları minimal səs-küylə tutmaq üçün üstün qabiliyyəti onları dəqiq tətbiqlər üçün ideal edir.
Astronomiya
CCD sensorları uzaq ulduzlardan və qalaktikalardan zəif işığı tutmaq qabiliyyətinə görə astronomik təsvirdə çox vacibdir. Onlar həm rəsədxanalarda, həm də qabaqcıl həvəskar astronomiyada aydın, təfərrüatlı təsvirlər təqdim edərək uzunmüddətli astrofotoqrafiya üçün geniş istifadə olunur.
Mikroskopiya və Həyat Elmləri
Həyat elmlərində CCD sensorları zəif flüoresan siqnalları və ya incə hüceyrə strukturlarını tutmaq üçün istifadə olunur. Onların yüksək həssaslığı və vahidliyi onları flüoresan mikroskopiya, canlı hüceyrə təsviri və rəqəmsal patologiya kimi tətbiqlər üçün mükəmməl edir. Onların xətti işıq reaksiyası dəqiq kəmiyyət analizini təmin edir.
Yarımkeçiricilərin yoxlanılması
CCD sensorları yarımkeçirici istehsalında, xüsusən də vafli yoxlama üçün çox vacibdir. Onların yüksək ayırdetmə qabiliyyəti və ardıcıl təsvir keyfiyyəti çiplərdəki mikro miqyaslı qüsurları müəyyən etmək, yarımkeçirici istehsalında tələb olunan dəqiqliyi təmin etmək üçün vacibdir.
X-ray və elmi görüntüləmə
CCD sensorları həmçinin rentgen aşkarlama sistemlərində və digər xüsusi görüntüləmə proqramlarında istifadə olunur. Xüsusilə soyuduqda yüksək siqnal-səs nisbətlərini qorumaq qabiliyyəti kristalloqrafiya, materialların təhlili və dağıdıcı olmayan sınaq kimi çətin şərtlərdə aydın təsvir üçün çox vacibdir.
CCD sensorları bu gün də aktualdırmı?
Tucsen H-694 & 674 CCD Kamera
CMOS texnologiyasının sürətli inkişafına baxmayaraq, CCD sensorları köhnəlməkdən uzaqdır. Onlar misilsiz görüntü keyfiyyəti və səs-küy xüsusiyyətlərinin vacib olduğu ultra aşağı işıqlı və yüksək dəqiqlikli təsvir tapşırıqlarında üstünlük verilən seçim olaraq qalır. Dərin kosmos astronomiyası və ya qabaqcıl flüoresan mikroskopiya kimi sahələrdə CCD kameralar çox vaxt bir çox CMOS alternativlərini üstələyir.
CCD sensorlarının güclü və zəif tərəflərini başa düşmək tədqiqatçılara və mühəndislərə elmi və ya sənaye tətbiqlərində optimal performansı təmin edərək, onların xüsusi ehtiyacları üçün düzgün texnologiyanı seçməyə kömək edir.
Tez-tez verilən suallar
CCD sensorunu nə vaxt seçməliyəm?
CCD sensorları bu gün on il əvvələ nisbətən daha nadirdir, çünki CMOS texnologiyası hətta onların aşağı qaranlıq cərəyan performansını pozmağa başlayır. Bununla belə, həmişə tətbiqlər olacaq ki, onların performans xüsusiyyətlərinin (məsələn, üstün təsvir keyfiyyəti, aşağı səs-küy və yüksək həssaslıq) birləşməsi üstünlük təmin edir.
Niyə elmi kameralar soyudulmuş CCD sensorlarından istifadə edir?
Soyutma şəkil çəkmə zamanı termal səs-küyü azaldır, təsvirin aydınlığını və həssaslığını artırır. Bu, xüsusilə aşağı işıqlı və uzun məruz qalmalı elmi təsvirlər üçün vacibdir, buna görə də bir çox yüksək səviyyəlilərelmi kameralardaha təmiz, daha dəqiq nəticələr üçün soyudulmuş CCD-lərə etibar edin.
CCD və EMCCD sensorlarında üst-üstə düşmə rejimi nədir və bu, kamera performansını necə artırır?
CCD və EMCCD sensorları adətən 'üst-üstə düşmə rejiminə' qadirdir. Qlobal çekim kameraları üçün bu, növbəti kadrın ifşası zamanı əvvəlki kadrı oxumaq qabiliyyətinə aiddir. Bu, yüksək (100%-ə yaxın) iş dövrünə gətirib çıxarır, yəni kadrları işığa məruz qoymadan minimum vaxt sərf olunur və buna görə də daha yüksək kadr sürətləri.
Qeyd: Üst-üstə düşmə rejimi sürüşmə sensorlar üçün fərqli məna daşıyır.
Yuvarlanan panjurlar haqqında daha çox öyrənmək istəyirsinizsə, lütfən klikləyin:
Rolling Shutter Control Rejimi Necə İşləyir və Ondan Necə İstifadə Edilir
Tucsen Photonics Co., Ltd. Bütün hüquqlar qorunur. İstinad edərkən mənbəni qeyd edin:www.tucsen.com
