25/08/05Gikan sa mga smartphone hangtod sa siyentipikong mga instrumento, ang mga sensor sa imahe naa sa kasingkasing sa karon nga teknolohiya sa biswal. Taliwala niini, ang mga sensor sa CMOS nahimong dominanteng puwersa, nga nagpalihok sa tanan gikan sa adlaw-adlaw nga mga litrato hangtod sa advanced microscopy ug semiconductor inspection.
Ang teknolohiya nga 'Complementary Metal Oxide Semiconductor' (CMOS) usa ka elektronik nga arkitektura ug hugpong sa mga teknolohiya sa proseso sa paghimo kansang mga aplikasyon hilabihan ka lapad. Sa tinuud, ang teknolohiya sa CMOS mahimong giingon nga nagpaluyo sa modernong digital nga edad.
Unsa ang usa ka CMOS Sensor?
Ang mga sensor sa imahe sa CMOS (CIS) naggamit sa mga aktibo nga pixel, nagpasabut nga ang paggamit sa tulo o daghang mga transistor sa matag pixel sa camera. Ang mga pixel sa CCD ug EMCCD walay mga transistor.
Ang mga transistor sa matag pixel makapahimo niining mga 'aktibo' nga mga pixel nga makontrol, ang mga signal nga gipakusog pinaagi sa 'field effect' nga mga transistor, ug ang ilang mga datos ma-access, ang tanan managsama. Ilis sa usa ka agianan sa pagbasa alang sa tibuok sensor o usa ka mahinungdanong bahin sa usa ka sensor, aCMOS nga kameranaglakip sa labing menos usa ka tibuok nga laray sa readout nga mga ADC, usa (o daghan pa) nga ADC alang sa matag kolum sa sensor. Ang matag usa niini makabasa sa bili sa ilang column nga dungan. Dugang pa, kini nga mga 'aktibong pixel' nga mga sensor nahiuyon sa CMOS digital logic, nga nagdugang sa potensyal nga paggana sa sensor.
Mag-uban, kini nga mga kalidad naghatag sa mga sensor sa CMOS sa ilang katulin. Bisan pa, salamat sa kini nga pagtaas sa paralelismo, ang mga indibidwal nga ADC makahimo nga magdugay aron masukod ang ilang mga nakit-an nga signal nga adunay labi ka tukma. Kining mas taas nga mga panahon sa pagkakabig nagtugot sa gamay kaayo nga operasyon sa kasaba, bisan sa mas taas nga pixel count. Salamat niini, ug uban pang mga inobasyon, ang pagbasa nga kasaba sa mga sensor sa CMOS lagmit nga ingon ka daghan sa 5x - 10x nga mas ubos kaysa sa mga CCD.
Ang modernong siyentipikong CMOS (sCMOS) nga mga kamera maoy usa ka espesyal nga subtype sa CMOS nga gidisenyo alang sa ubos nga kasaba ug high-speed nga imaging sa mga aplikasyon sa panukiduki.
Giunsa Nagtrabaho ang mga CMOS Sensor? (Lakip ang Rolling vs Global Shutter)
Ang operasyon sa usa ka tipikal nga sensor sa CMOS gipakita sa numero ug gilatid sa ubos. Timan-i nga isip resulta sa mga kalainan sa operasyon sa ubos, ang timing ug operasyon sa exposure magkalahi alang sa global versus rolling shutter CMOS camera.
Hulagway: Proseso sa pagbasa alang sa sensor sa CMOS
NOTA: Ang proseso sa pagbasa alang sa mga CMOS camera lahi tali sa 'rolling shutter' ug 'global shutter' nga mga camera, ingon sa gihisgutan sa teksto. Sa bisan hain nga kaso, ang matag pixel adunay usa ka kapasitor ug amplifier nga nagpatunghag boltahe base sa nakita nga ihap sa photoelectron. Alang sa matag laray, ang mga boltahe sa matag kolum dungan nga gisukod pinaagi sa analogue sa kolum sa mga digital converter.
Rolling Shutter
1. Alang sa usa ka rolling shutter CMOS sensor, sugod sa ibabaw nga laray (o sentro sa splitsensor nga mga kamera), kuhaa ang bayad gikan sa laray aron masugdan ang pagkaladlad sa maong laray.
2. Human molabay ang 'line time' (kasagarang 5-20 μs), balhin sa sunod nga laray ug balika gikan sa step 1, hangtud nga ang tibuok sensor ma-expose.
3. Alang sa matag laray, ang mga bayranan mag-ipon sa panahon sa pagkaladlad, hangtud nga kana nga laray mahuman sa iyang oras sa pagkaladlad. Ang unang laray nga magsugod mao ang paghuman sa una.
4. Kung mahuman na ang exposure sa usa ka laray, ibalhin ang mga singil sa readout capacitor ug amplifier.
5. Ang boltahe sa matag amplifier sa kana nga laray konektado sa kolum ADC, ug ang signal gisukod alang sa matag pixel sa laray.
6. Ang readout ug reset nga operasyon mokuha sa 'line time' aron makompleto, pagkahuman ang sunod nga laray sa pagsugod sa exposure moabot na sa katapusan sa exposure time niini, ug ang proseso gisubli gikan sa step 4.
7. Sa diha nga ang pagbasa nahuman na alang sa ibabaw nga laray, sa paghatag sa ubos nga laray nagsugod sa pagbutyag sa kasamtangan nga frame, ang ibabaw nga laray mahimong magsugod sa pagkaladlad sa sunod nga frame (overlap mode). Kung ang oras sa pagkaladlad mas mubo kaysa sa oras sa kuwadro, ang taas nga linya kinahanglan maghulat sa ilawom nga linya aron magsugod sa pagkaladlad. Ang pinakamubo nga posible nga pagkaladlad kasagaran usa ka oras sa linya.
Tucsen's FL 26BW Cooled CMOS Camera, nga adunay Sony IMX533 sensor, naggamit niining rolling shutter nga teknolohiya.
Global Shutter
1. Aron masugdan ang pag-angkon, ang bayad dungan nga matangtang gikan sa tibuok sensor (global reset sa pixel well).
2. Ang bayad natipon sa panahon sa pagkaladlad.
3. Sa pagtapos sa pagkaladlad, ang nakolekta nga mga singil ibalhin sa usa ka maskara nga atabay sulod sa matag pixel, diin sila makahulat sa pagbasa nga walay bag-ong namatikdan nga mga photon nga maihap. Ang ubang mga camera nagpalihok sa mga singil ngadto sa pixel capacitor niining yugtoa.
4. Uban sa namatikdan nga mga singil nga gitipigan sa masked area sa matag pixel, ang aktibo nga lugar sa pixel makasugod sa exposure sa sunod nga frame (overlap mode).
5. Ang proseso sa readout gikan sa masked nga lugar nagpadayon sama sa rolling shutter sensors: Usa ka laray sa usa ka higayon, gikan sa ibabaw sa sensor, mga singil gibalhin gikan sa masked atabay ngadto sa readout capacitor ug amplifier.
6. Ang boltahe sa matag amplifier sa kana nga laray konektado sa kolum ADC, ug ang signal gisukod alang sa matag pixel sa laray.
7. Ang readout ug reset nga operasyon mokuha sa 'line time' aron makompleto, diin ang proseso mobalik alang sa sunod nga laray gikan sa lakang 5.
8. Sa dihang nabasa na ang tanang mga laray, ang kamera andam na sa pagbasa sa sunod nga frame, ug ang proseso mahimong balikon gikan sa lakang 2, o lakang 3 kon ang oras sa pagkaladlad milabay na.
Tucsen's Libra 3412M Mono sCMOS Cameranaggamit sa global shutter nga teknolohiya, nga makapahimo sa tin-aw ug paspas nga pagdakop sa nagalihok nga mga sampol.
Mga Pros ug Cons sa CMOS Sensors
Mga pro
● Mas taas nga tulin: Ang mga sensor sa CMOS kasagarang 1 ngadto sa 2 ka order sa magnitude nga mas paspas sa data throughput kay sa CCD o EMCCD sensors.
● Mas dagkong mga sensor: Ang mas paspas nga data throughput makahimo sa mas taas nga pixel count ug mas dagkong field of view, hangtod sa napulo o gatosan ka megapixels.
● Ubos nga kasaba: Ang ubang mga sensor sa CMOS mahimong makabasa sa kasaba nga ingon ka ubos sa 0.25e-, kaatbang sa mga EMCCD nga wala magkinahanglan og pagpadaghan sa bayad nga makadugang og dugang nga tinubdan sa kasaba.
● Pagka-flexible sa gidak-on sa pixel: Ang mga sensor sa kamera sa konsumidor ug smartphone nagduso sa mga gidak-on sa pixel hangtod sa ~1 μm range, ug ang mga siyentipikong kamera hangtod sa 11 μm sa gidak-on sa pixel komon, ug hangtod sa 16 μm ang magamit.
● Ubos nga konsumo sa kuryente: Ang ubos nga mga kinahanglanon sa kuryente sa mga CMOS camera makapahimo kanila nga magamit sa mas lapad nga lainlain nga mga aplikasyon sa siyensya ug industriya.
● Presyo ug tibuok kinabuhi: Ang mga low-end nga CMOS nga mga kamera kasagaran susama o mas ubos ang gasto sa mga CCD camera, ug ang mga high-end nga CMOS nga mga kamera mas ubos ang gasto kay sa mga EMCCD camera. Ang ilang gipaabot nga kinabuhi sa serbisyo kinahanglan nga labaw pa kay sa usa ka EMCCD camera.
Cons
● Rolling shutter: Ang kadaghanan sa mga siyentipikong CMOS nga mga kamera adunay rolling shutter, nga makadugang sa pagkakomplikado sa mga eksperimento nga mga agianan sa trabaho o makapugong sa pipila ka mga aplikasyon.
● Mas taas nga ngitngit nga current: Kadaghanan sa mga CMOS camera adunay mas taas nga dark current kay sa CCD ug EMCCD sensors, usahay mopaila sa dakong kasaba sa taas nga exposures (> 1 seconds).
Diin Gigamit ang mga CMOS Sensor Karon
Salamat sa ilang versatility, CMOS sensors makita sa usa ka halapad nga han-ay sa mga aplikasyon:
● Consumer Electronics: Mga smartphone, webcam, DSLR, action cam.
● Mga Siyensya sa Kinabuhi: Gahum sa mga sensor sa CMOSmikroskopyo nga mga kameragigamit sa fluorescence imaging ug medikal nga diagnostics.
● Astronomiya: Ang mga teleskopyo ug space imaging device kasagarang naggamit ug siyentipikong CMOS (sCMOS) alang sa taas nga resolusyon ug ubos nga kasaba.
● Industrial Inspection: Automated optical inspection (AOI), robotics, ugmga camera alang sa inspeksyon sa semiconductormagsalig sa mga sensor sa CMOS alang sa katulin ug katukma.
● Automotive: Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), rear-view ug parking camera.
● Surveillance & Security: Low-light ug motion detection system.
Ang ilang katulin ug gasto-episyente naghimo sa CMOS nga solusyon alang sa taas nga volume nga komersyal nga paggamit ug espesyal nga siyentipikong trabaho.
Ngano nga ang CMOS Karon ang Modernong Sumbanan
Ang pagbalhin gikan sa CCD ngadto sa CMOS wala mahitabo sa tibuok gabii, apan kini dili kalikayan. Mao kini ang hinungdan ngano nga ang CMOS karon ang sukaranan sa industriya sa imaging:
● Bentaha sa Paggama: Gitukod sa standard semiconductor fabrication lines, pagkunhod sa gasto ug pagpalambo sa scalability.
● Mga Kauswagan sa Pagganap: Mga opsyon sa rolling ug global shutter, gipaayo ang pagkasensitibo sa ubos nga kahayag, ug mas taas nga frame rate.
● Integration & Intelligence: Gisuportahan na karon sa mga sensor sa CMOS ang on-chip AI nga pagproseso, edge computing, ug real-time nga pagtuki.
● Kabag-ohan: Ang mga nag-uswag nga matang sa sensor sama sa stacked CMOS, quanta image sensors, ug curved sensors gitukod sa CMOS platforms.
Gikan sa mga smartphone ngadto sasiyentipikanhong mga kamera, Ang CMOS napamatud-an nga mapasibo, gamhanan, ug andam sa umaabot.
Panapos
Ang mga sensor sa CMOS nahimong moderno nga sumbanan alang sa kadaghanan sa mga aplikasyon sa imaging, salamat sa ilang balanse sa pasundayag, kahusayan, ug gasto. Bisan kung pagkuha sa adlaw-adlaw nga mga panumduman o pagpahigayon sa high-speed nga siyentipikong pagtuki, ang teknolohiya sa CMOS naghatag pundasyon alang sa karon nga biswal nga kalibutan.
Samtang ang mga inobasyon sama sa global shutter CMOS ug sCMOS nagpadayon sa pagpalapad sa mga kapabilidad sa teknolohiya, ang dominasyon niini gitakda nga magpadayon sa umaabot nga mga tuig.
Mga FAQ
Unsa ang kalainan tali sa usa ka rolling shutter ug usa ka global shutter?
Ang rolling shutter mobasa sa data sa imahe sa linya por linya, nga mahimong hinungdan sa mga artifact sa paglihok (pananglitan, skew o wobble) kung magkuha og paspas nga paglihok nga mga hilisgutan.
Gikuha sa usa ka global shutter ang tibuok frame nga dungan, nga giwagtang ang pagtuis gikan sa paglihok. Maayo kini alang sa high-speed nga aplikasyon sa imaging sama sa panan-awon sa makina ug siyentipikong mga eksperimento.
Unsa ang Rolling Shutter CMOS Overlap Mode?
Para sa rolling shutter nga mga CMOS camera, sa overlap mode, ang exposure sa sunod nga frame mahimong magsugod sa dili pa hingpit nga makompleto ang kasamtangan, nga magtugot sa mas taas nga frame rate. Posible kini tungod kay ang pagkaladlad ug pagbasa sa matag laray na-staggered sa oras.
Kini nga mode mapuslanon sa mga aplikasyon diin ang pinakataas nga frame rate ug throughput kritikal, sama sa high-speed inspection o real-time nga pagsubay. Bisan pa, mahimo’g madugangan gamay ang pagkakomplikado sa oras ug pag-synchronize.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Tanang katungod gigahin. Sa pagkutlo, palihog ilha ang tinubdan:www.tucsen.com
