২৫/০৮/০৫স্মার্টফোন থেকে শুরু করে বৈজ্ঞানিক যন্ত্র, ইমেজ সেন্সর আজকের ভিজ্যুয়াল প্রযুক্তির কেন্দ্রবিন্দুতে রয়েছে। এর মধ্যে, CMOS সেন্সরগুলি প্রভাবশালী শক্তি হয়ে উঠেছে, যা দৈনন্দিন ছবি থেকে শুরু করে উন্নত মাইক্রোস্কোপি এবং সেমিকন্ডাক্টর পরিদর্শন পর্যন্ত সবকিছুকে শক্তিশালী করে।
'পরিপূরক ধাতব অক্সাইড সেমিকন্ডাক্টর' (CMOS) প্রযুক্তি হল একটি ইলেকট্রনিক স্থাপত্য এবং তৈরির প্রক্রিয়া প্রযুক্তির সমষ্টি যার প্রয়োগগুলি অবিশ্বাস্যভাবে বিস্তৃত। প্রকৃতপক্ষে, CMOS প্রযুক্তি আধুনিক ডিজিটাল যুগের ভিত্তি হিসেবে কাজ করে বলা যেতে পারে।
একটি CMOS সেন্সর কি?
CMOS ইমেজ সেন্সর (CIS) সক্রিয় পিক্সেল ব্যবহার করে, যার অর্থ ক্যামেরার প্রতিটি পিক্সেলে তিন বা ততোধিক ট্রানজিস্টর ব্যবহার করা হয়। CCD এবং EMCCD পিক্সেলে ট্রানজিস্টর থাকে না।
প্রতিটি পিক্সেলের ট্রানজিস্টরগুলি এই 'সক্রিয়' পিক্সেলগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করতে, 'ফিল্ড এফেক্ট' ট্রানজিস্টরের মাধ্যমে সংকেতগুলিকে প্রশস্ত করতে এবং তাদের ডেটা অ্যাক্সেস করতে সক্ষম করে, সবকিছুই সমান্তরালভাবে। একটি সম্পূর্ণ সেন্সর বা সেন্সরের একটি উল্লেখযোগ্য ভগ্নাংশের জন্য একটি একক রিডআউট পাথের পরিবর্তে, একটিসিএমওএস ক্যামেরাসেন্সরের প্রতিটি কলামের জন্য কমপক্ষে একটি সম্পূর্ণ সারি রিডআউট ADC, একটি (বা তার বেশি) ADC অন্তর্ভুক্ত করে। এগুলির প্রত্যেকটি একই সাথে তাদের কলামের মান পড়তে পারে। অধিকন্তু, এই 'সক্রিয় পিক্সেল' সেন্সরগুলি CMOS ডিজিটাল লজিকের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, সম্ভাব্য সেন্সর কার্যকারিতা বৃদ্ধি করে।
এই গুণাবলী একসাথে CMOS সেন্সরগুলিকে তাদের গতি দেয়। তবুও, সমান্তরালতার এই বৃদ্ধির জন্য ধন্যবাদ, পৃথক ADCগুলি তাদের সনাক্ত করা সংকেতগুলিকে আরও নির্ভুলতার সাথে পরিমাপ করতে বেশি সময় নিতে সক্ষম হয়। এই দীর্ঘ রূপান্তর সময়গুলি খুব কম শব্দ পরিচালনার অনুমতি দেয়, এমনকি উচ্চ পিক্সেল গণনার জন্যও। এর ফলে, এবং অন্যান্য উদ্ভাবনের কারণে, CMOS সেন্সরগুলির পঠন শব্দ CCD-এর তুলনায় 5x - 10x কম থাকে।
আধুনিক বৈজ্ঞানিক CMOS (sCMOS) ক্যামেরা হল CMOS-এর একটি বিশেষ উপপ্রকার যা গবেষণা অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে কম শব্দ এবং উচ্চ-গতির ইমেজিংয়ের জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।
সিএমওএস সেন্সর কিভাবে কাজ করে? (রোলিং বনাম গ্লোবাল শাটার সহ)
একটি সাধারণ CMOS সেন্সরের কার্যকারিতা চিত্রে দেখানো হয়েছে এবং নীচে রূপরেখা দেওয়া হয়েছে। মনে রাখবেন যে নীচের কার্যক্ষম পার্থক্যের ফলে, গ্লোবাল বনাম রোলিং শাটার CMOS ক্যামেরার জন্য এক্সপোজারের সময় এবং কার্যকারিতা ভিন্ন হবে।
চিত্র: CMOS সেন্সরের জন্য রিডআউট প্রক্রিয়া
বিঃদ্রঃ: CMOS ক্যামেরার রিডআউট প্রক্রিয়া 'রোলিং শাটার' এবং 'গ্লোবাল শাটার' ক্যামেরার মধ্যে ভিন্ন, যেমনটি লেখায় আলোচনা করা হয়েছে। উভয় ক্ষেত্রেই, প্রতিটি পিক্সেলে একটি ক্যাপাসিটর এবং অ্যামপ্লিফায়ার থাকে যা সনাক্ত করা ফটোইলেক্ট্রন গণনার উপর ভিত্তি করে একটি ভোল্টেজ তৈরি করে। প্রতিটি সারির জন্য, প্রতিটি কলামের ভোল্টেজগুলি কলামের অ্যানালগ থেকে ডিজিটাল রূপান্তরকারী দ্বারা একযোগে পরিমাপ করা হয়।
রোলিং শাটার
১. একটি রোলিং শাটার CMOS সেন্সরের জন্য, উপরের সারি থেকে শুরু করে (অথবা স্প্লিট সেন্সর ক্যামেরার কেন্দ্রস্থলে), সারি থেকে চার্জ সাফ করুন যাতে সেই সারির এক্সপোজার শুরু হয়।
2. 'লাইন টাইম' শেষ হয়ে যাওয়ার পর (সাধারণত 5-20 μs), পরবর্তী সারিতে যান এবং ধাপ 1 থেকে পুনরাবৃত্তি করুন, যতক্ষণ না পুরো সেন্সরটি উন্মুক্ত হয়।
৩. প্রতিটি সারির জন্য, এক্সপোজারের সময় চার্জ জমা হয়, যতক্ষণ না সেই সারির এক্সপোজার সময় শেষ হয়। শুরু করা প্রথম সারিটি প্রথমে শেষ করবে।
৪. একবার এক্সপোজার শেষ হয়ে গেলে, রিডআউট ক্যাপাসিটর এবং অ্যামপ্লিফায়ারে চার্জ স্থানান্তর করুন।
৫. সেই সারির প্রতিটি অ্যামপ্লিফায়ারের ভোল্টেজ তারপর ADC কলামের সাথে সংযুক্ত করা হয়, এবং সারির প্রতিটি পিক্সেলের জন্য সিগন্যাল পরিমাপ করা হয়।
৬. রিডআউট এবং রিসেট অপারেশনটি সম্পূর্ণ হতে 'লাইন সময়' লাগবে, যার পরে এক্সপোজার শুরু করার জন্য পরবর্তী সারিটি তার এক্সপোজার সময়ের শেষে পৌঁছে যাবে এবং ধাপ ৪ থেকে প্রক্রিয়াটি পুনরাবৃত্তি হবে।
৭. উপরের সারির রিডআউট সম্পূর্ণ হওয়ার সাথে সাথে, যদি নীচের সারিতে বর্তমান ফ্রেমটি এক্সপোজ করা শুরু হয়, তাহলে উপরের সারিতে পরবর্তী ফ্রেমের এক্সপোজার (ওভারল্যাপ মোড) শুরু হতে পারে। যদি এক্সপোজার সময় ফ্রেম সময়ের চেয়ে কম হয়, তাহলে উপরের সারিতে নীচের সারিতে এক্সপোজার শুরু হওয়ার জন্য অপেক্ষা করতে হবে। সর্বনিম্নতম সম্ভাব্য এক্সপোজার সাধারণত এক লাইন সময়।
টুসেনের FL 26BW কুলড CMOS ক্যামেরাSony IMX533 সেন্সর সমন্বিত, এই রোলিং শাটার প্রযুক্তি ব্যবহার করে।
গ্লোবাল শাটার
১. অধিগ্রহণ শুরু করার জন্য, পুরো সেন্সর থেকে চার্জ একই সাথে পরিষ্কার করা হয় (পিক্সেল ওয়েলের গ্লোবাল রিসেট)।
2. এক্সপোজারের সময় চার্জ জমা হয়।
৩. এক্সপোজার শেষে, সংগৃহীত চার্জগুলি প্রতিটি পিক্সেলের মধ্যে একটি মুখোশযুক্ত কূপে স্থানান্তরিত হয়, যেখানে নতুন সনাক্ত হওয়া ফোটন গণনা না করেই তারা রিডআউটের জন্য অপেক্ষা করতে পারে। কিছু ক্যামেরা এই পর্যায়ে চার্জগুলি পিক্সেল ক্যাপাসিটরে স্থানান্তরিত করে।
৪. প্রতিটি পিক্সেলের মুখোশযুক্ত এলাকায় সংরক্ষিত সনাক্তকৃত চার্জের মাধ্যমে, পিক্সেলের সক্রিয় এলাকা পরবর্তী ফ্রেমের (ওভারল্যাপ মোড) এক্সপোজার শুরু করতে পারে।
৫. মুখোশযুক্ত এলাকা থেকে রিডআউট প্রক্রিয়াটি ঘূর্ণায়মান শাটার সেন্সরের মতোই এগিয়ে যায়: সেন্সরের উপর থেকে এক সারি করে, মাস্কযুক্ত কূপ থেকে রিডআউট ক্যাপাসিটর এবং অ্যামপ্লিফায়ারে চার্জ স্থানান্তরিত হয়।
৬. ওই সারির প্রতিটি অ্যামপ্লিফায়ারের ভোল্টেজ কলামের ADC-এর সাথে সংযুক্ত থাকে এবং সারির প্রতিটি পিক্সেলের জন্য পরিমাপ করা সিগন্যাল।
৭. রিডআউট এবং রিসেট অপারেশনটি সম্পূর্ণ হতে 'লাইন সময়' লাগবে, এরপর ধাপ ৫ থেকে পরবর্তী সারির জন্য প্রক্রিয়াটি পুনরাবৃত্তি হবে।
৮. সমস্ত সারি পড়া শেষ হয়ে গেলে, ক্যামেরা পরবর্তী ফ্রেম পড়ার জন্য প্রস্তুত, এবং এক্সপোজারের সময় ইতিমধ্যেই অতিবাহিত হয়ে গেলে ধাপ ২, অথবা ধাপ ৩ থেকে প্রক্রিয়াটি পুনরাবৃত্তি করা যেতে পারে।
টুসেনের লিব্রা ৩৪১২এম মনো এসসিএমওএস ক্যামেরাবিশ্বব্যাপী শাটার প্রযুক্তি ব্যবহার করে, চলমান নমুনাগুলির স্পষ্ট এবং দ্রুত ক্যাপচার সক্ষম করে।
সিএমওএস সেন্সরের সুবিধা এবং অসুবিধা
ভালো দিক
● উচ্চ গতি: CMOS সেন্সরগুলি সাধারণত CCD বা EMCCD সেন্সরের তুলনায় ডেটা থ্রুপুটে ১ থেকে ২ ক্রম দ্রুততর হয়।
● বৃহত্তর সেন্সর: দ্রুত ডেটা থ্রুপুট উচ্চতর পিক্সেল গণনা এবং বৃহত্তর ভিউ ফিল্ড সক্ষম করে, দশ বা শত শত মেগাপিক্সেল পর্যন্ত।
● কম শব্দ: কিছু CMOS সেন্সর 0.25e- পর্যন্ত কম শব্দ পড়তে পারে, যা EMCCD-এর সাথে প্রতিদ্বন্দ্বিতা করে, অতিরিক্ত শব্দের উৎস যোগ করার জন্য চার্জ গুণনের প্রয়োজন হয় না।
● পিক্সেল আকারের নমনীয়তা: গ্রাহক এবং স্মার্টফোন ক্যামেরা সেন্সরগুলি পিক্সেলের আকার ~1 μm পরিসরে নামিয়ে আনে, এবং 11 μm পর্যন্ত পিক্সেল আকারের বৈজ্ঞানিক ক্যামেরাগুলি সাধারণ, এবং 16 μm পর্যন্ত উপলব্ধ।
● কম বিদ্যুৎ খরচ: CMOS ক্যামেরাগুলির কম শক্তির প্রয়োজনীয়তা এগুলিকে বৈজ্ঞানিক এবং শিল্প অ্যাপ্লিকেশনের বিস্তৃত বৈজ্ঞানিক প্রয়োগে ব্যবহারের জন্য সক্ষম করে।
● দাম এবং জীবনকাল: নিম্নমানের CMOS ক্যামেরাগুলি সাধারণত CCD ক্যামেরার মতোই বা দামে কম হয়, এবং উচ্চমানের CMOS ক্যামেরাগুলি EMCCD ক্যামেরার তুলনায় অনেক কম খরচে থাকে। তাদের প্রত্যাশিত পরিষেবা জীবনকাল EMCCD ক্যামেরার তুলনায় অনেক বেশি হওয়া উচিত।
কনস
● ঘূর্ণায়মান শাটার: বেশিরভাগ বৈজ্ঞানিক CMOS ক্যামেরায় একটি ঘূর্ণায়মান শাটার থাকে, যা পরীক্ষামূলক কর্মপ্রবাহে জটিলতা যোগ করতে পারে অথবা কিছু অ্যাপ্লিকেশন বাদ দিতে পারে।
● উচ্চতর অন্ধকার current: বেশিরভাগ CMOS ক্যামেরায় CCD এবং EMCCD সেন্সরের তুলনায় অনেক বেশি ডার্ক কারেন্ট থাকে, যা কখনও কখনও দীর্ঘ এক্সপোজারে (> 1 সেকেন্ড) উল্লেখযোগ্য শব্দের সৃষ্টি করে।
আজকাল যেখানে CMOS সেন্সর ব্যবহার করা হয়
তাদের বহুমুখী ব্যবহারের জন্য ধন্যবাদ, CMOS সেন্সরগুলি বিভিন্ন ধরণের অ্যাপ্লিকেশনে পাওয়া যায়:
● কনজিউমার ইলেকট্রনিক্স: স্মার্টফোন, ওয়েবক্যাম, ডিএসএলআর, অ্যাকশন ক্যাম।
● জীবন বিজ্ঞান: CMOS সেন্সরের শক্তিমাইক্রোস্কোপি ক্যামেরাফ্লুরোসেন্স ইমেজিং এবং চিকিৎসা ডায়াগনস্টিক্সে ব্যবহৃত হয়।
● জ্যোতির্বিদ্যা: টেলিস্কোপ এবং স্পেস ইমেজিং ডিভাইসগুলি প্রায়শই উচ্চ রেজোলিউশন এবং কম শব্দের জন্য বৈজ্ঞানিক CMOS (sCMOS) ব্যবহার করে।
● শিল্প পরিদর্শন: স্বয়ংক্রিয় অপটিক্যাল পরিদর্শন (AOI), রোবোটিক্স, এবংসেমিকন্ডাক্টর পরিদর্শনের জন্য ক্যামেরাগতি এবং নির্ভুলতার জন্য CMOS সেন্সরের উপর নির্ভর করুন।
● মোটরগাড়ি: অ্যাডভান্সড ড্রাইভার অ্যাসিস্ট্যান্স সিস্টেম (ADAS), রিয়ার-ভিউ এবং পার্কিং ক্যামেরা।
● নজরদারি ও নিরাপত্তা: কম আলো এবং গতি সনাক্তকরণ সিস্টেম।
তাদের গতি এবং খরচ-দক্ষতা CMOS-কে উচ্চ-পরিমাণ বাণিজ্যিক ব্যবহার এবং বিশেষায়িত বৈজ্ঞানিক কাজের জন্য সর্বজনীন সমাধান করে তোলে।
কেন CMOS এখন আধুনিক মান
CCD থেকে CMOS-এ স্থানান্তর রাতারাতি ঘটেনি, তবে এটি অনিবার্য ছিল। CMOS এখন ইমেজিং শিল্পের ভিত্তিপ্রস্তর কেন তা এখানে:
● উৎপাদন সুবিধা: স্ট্যান্ডার্ড সেমিকন্ডাক্টর ফ্যাব্রিকেশন লাইনের উপর নির্মিত, খরচ কমায় এবং স্কেলেবিলিটি উন্নত করে।
● কর্মক্ষমতা বৃদ্ধি: ঘূর্ণায়মান এবং গ্লোবাল শাটার বিকল্প, উন্নত কম আলো সংবেদনশীলতা এবং উচ্চতর ফ্রেম রেট।
● ইন্টিগ্রেশন এবং ইন্টেলিজেন্স: CMOS সেন্সর এখন অন-চিপ AI প্রক্রিয়াকরণ, এজ কম্পিউটিং এবং রিয়েল-টাইম বিশ্লেষণ সমর্থন করে।
● উদ্ভাবন: স্ট্যাকড সিএমওএস, কোয়ান্টা ইমেজ সেন্সর এবং কার্ভড সেন্সরের মতো উদীয়মান সেন্সর ধরণেরগুলি সিএমওএস প্ল্যাটফর্মগুলিতে তৈরি।
স্মার্টফোন থেকে শুরু করেবৈজ্ঞানিক ক্যামেরা, CMOS অভিযোজিত, শক্তিশালী এবং ভবিষ্যতের জন্য প্রস্তুত বলে প্রমাণিত হয়েছে।
উপসংহার
কর্মক্ষমতা, দক্ষতা এবং খরচের ভারসাম্যের কারণে, CMOS সেন্সরগুলি বেশিরভাগ ইমেজিং অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আধুনিক মানদণ্ডে বিকশিত হয়েছে। দৈনন্দিন স্মৃতি ধারণ করা হোক বা উচ্চ-গতির বৈজ্ঞানিক বিশ্লেষণ পরিচালনা করা হোক, CMOS প্রযুক্তি আজকের দৃশ্যমান জগতের ভিত্তি প্রদান করে।
গ্লোবাল শাটার সিএমওএস এবং এসসিএমওএসের মতো উদ্ভাবনগুলি প্রযুক্তির সক্ষমতা বৃদ্ধি করে চলেছে, তাই এর আধিপত্য আগামী বছরগুলিতেও অব্যাহত থাকবে বলে আশা করা হচ্ছে।
প্রায়শই জিজ্ঞাসিত প্রশ্নাবলী
রোলিং শাটার এবং গ্লোবাল শাটারের মধ্যে পার্থক্য কী?
একটি ঘূর্ণায়মান শাটার লাইন বাই লাইন ছবির ডেটা পড়ে, যা দ্রুত গতিশীল বিষয়গুলি ক্যাপচার করার সময় গতির শিল্পকর্ম (যেমন, তির্যক বা টলমল) সৃষ্টি করতে পারে।
একটি গ্লোবাল শাটার একই সাথে পুরো ফ্রেমটি ধারণ করে, গতি থেকে বিকৃতি দূর করে। এটি মেশিন ভিশন এবং বৈজ্ঞানিক পরীক্ষার মতো উচ্চ-গতির ইমেজিং অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আদর্শ।
রোলিং শাটার CMOS ওভারল্যাপ মোড কী?
রোলিং শাটার CMOS ক্যামেরার ক্ষেত্রে, ওভারল্যাপ মোডে, বর্তমান ফ্রেমটি সম্পূর্ণরূপে সম্পন্ন হওয়ার আগেই পরবর্তী ফ্রেমের এক্সপোজার শুরু হতে পারে, যা উচ্চতর ফ্রেম রেট প্রদান করে। এটি সম্ভব কারণ প্রতিটি সারির এক্সপোজার এবং রিডআউট সময়ের সাথে সাথে স্থির থাকে।
এই মোডটি এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে কার্যকর যেখানে সর্বাধিক ফ্রেম রেট এবং থ্রুপুট অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, যেমন উচ্চ-গতির পরিদর্শন বা রিয়েল-টাইম ট্র্যাকিং। তবে, এটি সময় এবং সিঙ্ক্রোনাইজেশনের জটিলতা কিছুটা বাড়িয়ে তুলতে পারে।
টুকসেন ফোটোনিক্স কোং লিমিটেড সর্বস্বত্ব সংরক্ষিত। উদ্ধৃতি দেওয়ার সময়, অনুগ্রহ করে উৎসটি স্বীকার করুন:www.tucsen.com
