25/08/05O ffonau clyfar i offerynnau gwyddonol, mae synwyryddion delwedd wrth wraidd technoleg weledol heddiw. Ymhlith y rhain, mae synwyryddion CMOS wedi dod yn rym amlwg, gan bweru popeth o luniau bob dydd i ficrosgopeg uwch ac archwilio lled-ddargludyddion.
Mae technoleg 'Lled-ddargludyddion Ocsid Metel Cyflenwol' (CMOS) yn bensaernïaeth electronig a set o dechnolegau prosesau gweithgynhyrchu y mae eu cymwysiadau'n hynod eang. Yn wir, gellid dweud bod technoleg CMOS yn sail i'r oes ddigidol fodern.
Beth yw Synhwyrydd CMOS?
Mae synwyryddion delwedd CMOS (CIS) yn defnyddio picseli gweithredol, sy'n golygu defnyddio tri neu fwy o drawsnewidyddion ym mhob picsel o'r camera. Nid yw picseli CCD ac EMCCD yn cynnwys transistorau.
Mae'r transistorau ym mhob picsel yn galluogi rheoli'r picseli 'actif' hyn, mwyhau signalau trwy transistorau 'effaith maes', a chael mynediad at eu data, i gyd yn gyfochrog. Yn lle llwybr darllen sengl ar gyfer synhwyrydd cyfan neu gyfran sylweddol o synhwyrydd, maeCamera CMOSyn cynnwys o leiaf un rhes gyfan o ADCs darlleniad, un (neu fwy) ADC ar gyfer pob colofn o'r synhwyrydd. Gall pob un o'r rhain ddarllen gwerth eu colofn ar yr un pryd. Ymhellach, mae'r synwyryddion 'picsel gweithredol' hyn yn gydnaws â rhesymeg ddigidol CMOS, gan gynyddu ymarferoldeb posibl y synhwyrydd.
Gyda'i gilydd, mae'r rhinweddau hyn yn rhoi cyflymder i synwyryddion CMOS. Ac eto, diolch i'r cynnydd hwn mewn paralelrwydd, mae ADCs unigol yn gallu cymryd mwy o amser i fesur eu signalau a ganfuwyd gyda mwy o gywirdeb. Mae'r amseroedd trosi hirach hyn yn caniatáu gweithrediad sŵn isel iawn, hyd yn oed ar gyfer cyfrifiadau picsel uwch. Diolch i hyn, ac arloesiadau eraill, mae sŵn darllen synwyryddion CMOS yn tueddu i fod cymaint â 5x - 10x yn is na sŵn CCDs.
Mae camerâu CMOS gwyddonol modern (sCMOS) yn isfath arbenigol o CMOS a gynlluniwyd ar gyfer delweddu sŵn isel a chyflym mewn cymwysiadau ymchwil.
Sut Mae Synwyryddion CMOS yn Gweithio? (Gan gynnwys Caead Rholio vs Caead Byd-eang)
Dangosir gweithrediad synhwyrydd CMOS nodweddiadol yn y ffigur ac fe'i hamlinellir isod. Sylwch, o ganlyniad i'r gwahaniaethau gweithredol isod, y bydd amseriad a gweithrediad yr amlygiad yn wahanol ar gyfer camerâu CMOS caead byd-eang a chaead rholio.
Ffigur: Proses darllen ar gyfer synhwyrydd CMOS
NODYNMae'r broses ddarllen ar gyfer camerâu CMOS yn wahanol rhwng camerâu 'caead rholio' a chaead 'caead byd-eang', fel y trafodwyd yn y testun. Ym mhob achos, mae pob picsel yn cynnwys cynhwysydd ac amplifier sy'n cynhyrchu foltedd yn seiliedig ar y cyfrif ffotoelectron a ganfuwyd. Ar gyfer pob rhes, mae'r folteddau ar gyfer pob colofn yn cael eu mesur ar yr un pryd gan drawsnewidyddion analog i ddigidol colofn.
Caead Rholio
1. Ar gyfer synhwyrydd CMOS caead rholio, gan ddechrau yn y rhes uchaf (neu'r canol ar gyfer camerâu synhwyrydd hollt), cliriwch y gwefr o'r rhes i ddechrau amlygiad y rhes honno.
2. Ar ôl i'r 'amser llinell' fynd heibio (fel arfer 5-20 μs), symudwch i'r rhes nesaf ac ailadroddwch o gam 1, nes bod y synhwyrydd cyfan yn agored.
3. Ar gyfer pob rhes, mae gwefrau'n cronni yn ystod yr amlygiad, nes bod y rhes honno wedi gorffen ei hamser amlygiad. Y rhes gyntaf i ddechrau fydd yn gorffen yn gyntaf.
4. Unwaith y bydd yr amlygiad wedi gorffen am res, trosglwyddwch y gwefrau i'r cynhwysydd darllen a'r mwyhadur.
5. Yna mae'r foltedd ym mhob mwyhadur yn y rhes honno'n cael ei gysylltu â'r golofn ADC, a'r signal yn cael ei fesur ar gyfer pob picsel yn y rhes.
6. Bydd y llawdriniaeth darllen ac ailosod yn cymryd yr 'amser llinell' i'w chwblhau, ac ar ôl hynny bydd y rhes nesaf i ddechrau'r amlygiad wedi cyrraedd diwedd ei hamser amlygiad, a bydd y broses yn cael ei hailadrodd o gam 4.
7. Cyn gynted ag y bydd y darlleniad wedi'i gwblhau ar gyfer y rhes uchaf, ar yr amod bod y rhes waelod wedi dechrau amlygu'r ffrâm gyfredol, gall y rhes uchaf ddechrau amlygu'r ffrâm nesaf (modd gorgyffwrdd). Os yw'r amser amlygu yn fyrrach na'r amser ffrâm, rhaid i'r rhes uchaf aros i'r rhes waelod ddechrau amlygu. Yr amlygiad byrraf posibl fel arfer yw amser un llinell.
Camera CMOS Oeri FL 26BW Tucsen, sy'n cynnwys y synhwyrydd Sony IMX533, yn defnyddio'r dechnoleg caead rholio hon.
Caead Byd-eang
Ffynhonnell:Synhwyrydd Delwedd CMOS Caead Byd-eang GMAX3412
1. I ddechrau'r caffaeliad, caiff y gwefr ei glirio o'r synhwyrydd cyfan ar yr un pryd (ailosodiad byd-eang y ffynnon picsel).
2. Mae gwefr yn cronni yn ystod amlygiad.
3. Ar ddiwedd yr amlygiad, mae'r gwefrau a gesglir yn cael eu symud i ffynnon wedi'i masgio o fewn pob picsel, lle gallant aros i gael eu darllen heb gyfrif ffotonau newydd a ganfuwyd. Mae rhai camerâu yn symud gwefrau i'r cynhwysydd picsel ar y cam hwn.
4. Gyda'r gwefrau a ganfuwyd wedi'u storio yn ardal gudd pob picsel, gall ardal weithredol y picsel ddechrau amlygiad y ffrâm nesaf (modd gorgyffwrdd).
5. Mae'r broses o ddarllen o'r ardal wedi'i mwgwd yn mynd rhagddi fel ar gyfer synwyryddion caead rholio: Un rhes ar y tro, o ben y synhwyrydd, trosglwyddir gwefrau o'r ffynnon wedi'i mwgwd i'r cynhwysydd darllen a'r mwyhadur.
6. Mae'r foltedd ym mhob mwyhadur yn y rhes honno wedi'i gysylltu â'r golofn ADC, a'r signal yn cael ei fesur ar gyfer pob picsel yn y rhes.
7. Bydd y llawdriniaeth darllen ac ailosod yn cymryd yr 'amser llinell' i'w chwblhau, ac yna bydd y broses yn ailadrodd ar gyfer y rhes nesaf o gam 5.
8. Unwaith y bydd yr holl resi wedi'u darllen, mae'r camera'n barod i ddarllen y ffrâm nesaf, a gellir ailadrodd y broses o gam 2, neu gam 3 os yw'r amser amlygiad eisoes wedi mynd heibio.
Camera Libra 3412M Mono sCMOS Tucsenyn defnyddio technoleg caead byd-eang, gan alluogi cipio samplau symudol yn glir ac yn gyflym.
Manteision ac Anfanteision Synwyryddion CMOS
Manteision
● Cyflymderau uwchMae synwyryddion CMOS fel arfer 1 i 2 orchymyn maint yn gyflymach o ran trwybwn data na synwyryddion CCD neu EMCCD.
● Synwyryddion mwyMae trwybwn data cyflymach yn galluogi cyfrifiadau picsel uwch a meysydd golygfa mwy, hyd at ddegau neu gannoedd o megapixels.
● Sŵn iselGall rhai synwyryddion CMOS gael sŵn darllen mor isel â 0.25e-, gan gystadlu ag EMCCDs heb fod angen lluosi gwefr sy'n ychwanegu ffynonellau sŵn ychwanegol.
● Hyblygrwydd maint picselMae synwyryddion camerâu defnyddwyr a ffonau clyfar yn lleihau meintiau picsel i'r ystod ~1 μm, ac mae camerâu gwyddonol hyd at 11 μm o ran maint picsel yn gyffredin, a hyd at 16 μm ar gael.
● Defnydd pŵer isMae gofynion pŵer isel camerâu CMOS yn eu galluogi i gael eu defnyddio mewn amrywiaeth ehangach o gymwysiadau gwyddonol a diwydiannol.
● Pris a hyd oesMae camerâu CMOS pen isel fel arfer yn debyg neu'n is o ran cost i gamerâu CCD, ac mae camerâu CMOS pen uchel yn llawer is o ran cost na chamerâu EMCCD. Dylai eu hoes gwasanaeth ddisgwyliedig fod yn llawer mwy na hoes camera EMCCD.
Anfanteision
● Caead rholioMae gan y rhan fwyaf o gamerâu CMOS gwyddonol gaead rholio, a all ychwanegu cymhlethdod at lifau gwaith arbrofol neu ddiystyru rhai cymwysiadau.
● Cerrynt tywyll uwcht: Mae gan y rhan fwyaf o gamerâu CMOS gerrynt tywyll llawer uwch na synwyryddion CCD ac EMCCD, gan gyflwyno sŵn sylweddol weithiau ar amlygiadau hir (> 1 eiliad).
Ble Defnyddir Synwyryddion CMOS Heddiw
Diolch i'w hyblygrwydd, mae synwyryddion CMOS i'w cael mewn ystod eang o gymwysiadau:
● Electroneg DefnyddwyrFfonau clyfar, camerâu gwe, camerâu DSLR, camerâu gweithredu.
● Gwyddorau BywydPŵer synwyryddion CMOScamerâu microsgopega ddefnyddir mewn delweddu fflwroleuol a diagnosteg feddygol.
● SeryddiaethMae telesgopau a dyfeisiau delweddu gofod yn aml yn defnyddio CMOS gwyddonol (sCMOS) ar gyfer datrysiad uchel a sŵn isel.
● Arolygiad DiwydiannolArchwiliad optegol awtomataidd (AOI), roboteg, acamerâu ar gyfer archwilio lled-ddargludyddiondibynnu ar synwyryddion CMOS am gyflymder a chywirdeb.
● ModurolSystemau Cymorth Gyrwyr Uwch (ADAS), camerâu golygfa gefn a pharcio.
● Gwyliadwriaeth a DiogelwchSystemau canfod golau isel a symudiadau.
Mae eu cyflymder a'u cost-effeithlonrwydd yn golygu mai CMOS yw'r ateb delfrydol ar gyfer defnydd masnachol cyfaint uchel a gwaith gwyddonol arbenigol.
Pam mai CMOS yw'r Safon Fodern Nawr
Ni ddigwyddodd y newid o CCD i CMOS dros nos, ond roedd yn anochel. Dyma pam mai CMOS yw conglfaen y diwydiant delweddu bellach:
● Mantais GweithgynhyrchuWedi'i adeiladu ar linellau gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion safonol, gan leihau cost a gwella graddadwyedd.
● Enillion Perfformiad: Opsiynau caead rholio a byd-eang, sensitifrwydd golau isel gwell, a chyfraddau fframiau uwch.
● Integreiddio a DeallusrwyddMae synwyryddion CMOS bellach yn cefnogi prosesu AI ar sglodion, cyfrifiadura ymylol, a dadansoddi amser real.
● ArloeseddMae mathau o synwyryddion sy'n dod i'r amlwg fel CMOS wedi'u pentyrru, synwyryddion delwedd cwanta, a synwyryddion crwm wedi'u hadeiladu ar lwyfannau CMOS.
O ffonau clyfar icamerâu gwyddonolMae CMOS wedi profi i fod yn addasadwy, yn bwerus, ac yn barod ar gyfer y dyfodol.
Casgliad
Mae synwyryddion CMOS wedi esblygu i fod y safon fodern ar gyfer y rhan fwyaf o gymwysiadau delweddu, diolch i'w cydbwysedd rhwng perfformiad, effeithlonrwydd a chost. Boed yn cipio atgofion bob dydd neu'n cynnal dadansoddiad gwyddonol cyflym, mae technoleg CMOS yn darparu'r sylfaen ar gyfer byd gweledol heddiw.
Wrth i arloesiadau fel CMOS caead byd-eang ac sCMOS barhau i ehangu galluoedd y dechnoleg, mae ei goruchafiaeth yn debygol o barhau am flynyddoedd i ddod.
Cwestiynau Cyffredin
Beth yw'r gwahaniaeth rhwng caead rholio a chaead byd-eang?
Mae caead rholio yn darllen data delwedd linell wrth linell, a all achosi arteffactau symudiad (e.e., gogwydd neu siglo) wrth dynnu lluniau o bynciau sy'n symud yn gyflym.
Mae caead byd-eang yn dal y ffrâm gyfan ar yr un pryd, gan ddileu ystumio o symudiad. Mae'n ddelfrydol ar gyfer cymwysiadau delweddu cyflym fel gweledigaeth beiriannol ac arbrofion gwyddonol.
Beth yw Modd Gorgyffwrdd CMOS Caead Rholio?
Ar gyfer camerâu CMOS caead rholio, yn y modd gorgyffwrdd, gall amlygiad y ffrâm nesaf ddechrau cyn i'r un gyfredol gwblhau'n llawn, gan ganiatáu ar gyfer cyfraddau ffrâm uwch. Mae hyn yn bosibl oherwydd bod amlygiad a darlleniad pob rhes wedi'u gwasgaru mewn amser.
Mae'r modd hwn yn ddefnyddiol mewn cymwysiadau lle mae'r gyfradd ffrâm a'r trwybwn uchaf yn hanfodol, fel mewn archwiliad cyflym neu olrhain amser real. Fodd bynnag, gall gynyddu cymhlethdod amseru a chydamseru ychydig.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Cedwir pob hawl. Wrth ddyfynnu, cydnabyddwch y ffynhonnell:www.tucsen.com
