25/08/05Ó fhóin chliste go hionstraimí eolaíochta, tá braiteoirí íomhá i gcroílár na teicneolaíochta amhairc inniu. I measc na mbraiteoirí seo, tá braiteoirí CMOS anois ina bpríomhfhórsa, ag cumhachtú gach rud ó ghrianghraif laethúla go micreascópacht ardleibhéil agus cigireacht leathsheoltóra.
Is ailtireacht leictreonach agus sraith teicneolaíochtaí próiseas monaraíochta í teicneolaíocht 'Leathsheoltóra Ocsaíd Miotail Chomhlántach' (CMOS) a bhfuil a bhfeidhmeanna thar a bheith leathan. Go deimhin, d'fhéadfaí a rá go bhfuil teicneolaíocht CMOS mar bhonn don aois dhigiteach nua-aimseartha.
Cad is Braiteoir CMOS ann?
Úsáideann braiteoirí íomhá CMOS (CIS) picteilíní gníomhacha, rud a chiallaíonn úsáid trí thrasraitheoir nó níos mó i ngach picteilín den cheamara. Níl trasraitheoirí i bpicteilíní CCD agus EMCCD.
Cuireann na trasraitheoirí i ngach picteilín ar chumas na picteilíní 'gníomhacha' seo a rialú, comharthaí a aimpliú trí thrasraitheoirí 'éifeacht réimse', agus rochtain a fháil ar a gcuid sonraí, go léir go comhthreomhar. In ionad cosán léite aonair do braiteoir iomlán nó do chodán suntasach de braiteoir, aCeamara CMOSáirítear leis sraith iomlán amháin ar a laghad de ADCanna léite, ADC amháin (nó níos mó) do gach colún den braiteoir. Is féidir le gach ceann acu seo luach a gcolúin féin a léamh ag an am céanna. Ina theannta sin, tá na braiteoirí 'picteilín gníomhach' seo comhoiriúnach le loighic dhigiteach CMOS, rud a mhéadaíonn feidhmiúlacht fhéideartha an braiteora.
Le chéile, tugann na cáilíochtaí seo luas do braiteoirí CMOS. Ach, a bhuíochas leis an méadú seo ar chomhthreomhaireacht, is féidir le ADCanna aonair níos faide a thógáil chun a gcomharthaí braite a thomhas le cruinneas níos mó. Ceadaíonn na hamanna tiontaithe níos faide seo oibriú an-íseal torainn, fiú le comhaireamh picteilíní níos airde. A bhuíochas leis seo, agus nuálaíochtaí eile, is gnách go mbíonn torann léitheoireachta braiteoirí CMOS chomh mór le 5x – 10x níos ísle ná torann léitheoireachta CCDanna.
Is fochineál speisialaithe de CMOS iad ceamaraí CMOS eolaíochta nua-aimseartha (sCMOS) atá deartha le haghaidh íomháú ísealtorainn agus ardluais in iarratais taighde.
Conas a Oibríonn Braiteoirí CMOS? (Lena n-áirítear Comhla Rollta vs Comhla Domhanda)
Taispeántar oibriú braiteora CMOS tipiciúil sa fhigiúr agus tá sé leagtha amach thíos. Tabhair faoi deara, mar thoradh ar na difríochtaí oibríochtúla thíos, go mbeidh difríocht idir am agus oibriú an nochta i gcás ceamaraí CMOS le comhla rollta agus ceamaraí CMOS domhanda.
NÓTA: Tá an próiseas léite do cheamaraí CMOS difriúil idir ceamaraí 'comhla rollta' agus ceamaraí 'comhla domhanda', mar a phléitear sa téacs. I gceachtar cás, tá toilleoir agus aimplitheoir i ngach picteilín a tháirgeann voltas bunaithe ar an líon fótaileictreon a braitheadh. I gcás gach ró, déantar na voltais do gach colún a thomhas ag an am céanna le tiontairí analógacha go digiteacha colún.
Comhla Rollta
1. I gcás braiteoir CMOS comhla rollta, ag tosú ag an tsraith uachtarach (nó sa lár i gcás ceamaraí braiteora scoilte), glan an muirear ón tsraith chun nochtadh na sraithe sin a thosú.
2. Tar éis don 'am líne' a bheith caite (5-20 μs de ghnáth), bog go dtí an chéad ró eile agus déan arís ó chéim 1, go dtí go mbeidh an braiteoir ar fad nochta.
3. I gcás gach sraithe, carnann luchtanna le linn an nochta, go dtí go mbeidh an tsraith sin críochnaithe lena ham nochta. Críochnóidh an chéad tsraith a thosóidh ar dtús.
4. Nuair a bheidh an nochtadh críochnaithe ar feadh sraithe, aistrigh na muirir chuig an toilleoir léite agus an aimplitheoir.
5. Ceanglaítear an voltas i ngach aimplitheoir sa tsraith sin leis an ADC sa cholún ansin, agus tomhaistear an comhartha do gach picteilín sa tsraith.
6. Tógfaidh sé an 'am líne' le go gcríochnófar an léamh amach agus an athshocrú, agus ina dhiaidh sin beidh deireadh leis an am nochta ag an gcéad tsraith eile a thosóidh ag nochtadh, agus déanfar an próiseas a athdhéanamh ó chéim 4.
7. A luaithe a bheidh an léamh críochnaithe don tsraith uachtarach, ar choinníoll go mbeidh an tsraith íochtarach tosaithe ag nochtadh an fhráma reatha, féadfaidh an tsraith uachtarach tosú ag nochtadh an chéad fhráma eile (mód forluí). Más giorra an t-am nochta ná an t-am fráma, ní mór don tsraith uachtarach fanacht go dtosóidh an tsraith íochtarach ag nochtadh. De ghnáth is é an nochtadh is giorra is féidir ná am líne amháin.
Ceamara CMOS Fuaraithe FL 26BW Tucsen, ina bhfuil an braiteoir Sony IMX533, úsáideann sé an teicneolaíocht comhla rollta seo.
Comhla Domhanda
1. Chun an éadáil a thosú, glantar an muirear ón braiteoir ar fad ag an am céanna (athshocrú domhanda an tobair picteilín).
2. Bailíonn an muirear le linn an nochta.
3. Ag deireadh an nochta, bogtar na muirir bailithe chuig tobar masctha laistigh de gach picteilín, áit ar féidir leo fanacht le léamh amach gan fótóin nua braite a chomhaireamh. Bogann roinnt ceamaraí muirir isteach sa toilleoir picteilín ag an gcéim seo.
4. Agus na muirir braite stóráilte i limistéar masctha gach picteilín, is féidir leis an limistéar gníomhach den phicteilín tosú ag nochtadh an chéad fhráma eile (mód forluí).
5. Téann an próiseas léite amach ón limistéar masctha ar aghaidh mar a tharlaíonn i gcás braiteoirí comhla rollta: Sraith amháin ag an am, ó bharr an braiteora, aistrítear muirir ón tobar masctha go dtí an toilleoir agus an aimplitheoir léite amach.
6. Ceanglaítear an voltas i ngach aimplitheoir sa tsraith sin leis an ADC sa cholún, agus tomhaistear an comhartha do gach picteilín sa tsraith.
7. Tógfaidh sé an 'am líne' chun an léamh amach agus an athshocrú a chríochnú, agus ina dhiaidh sin déanfar an próiseas a athdhéanamh don chéad ró eile ó chéim 5.
8. Nuair a bheidh na sraitheanna uile léite, beidh an ceamara réidh chun an chéad fhráma eile a léamh, agus is féidir an próiseas a athdhéanamh ó chéim 2, nó ó chéim 3 má tá an t-am nochta caite cheana féin.
Ceamara Mono sCMOS Libra 3412M Tucsenúsáideann sé teicneolaíocht comhla domhanda, rud a chuireann ar chumas gabháil shoiléir agus thapa samplaí gluaisteacha.
Buntáistí agus Míbhuntáistí Braiteoirí CMOS
Buntáistí
● Luasanna níos airdeDe ghnáth, bíonn braiteoirí CMOS 1 go 2 ord méide níos tapúla i dtáirgeadh sonraí ná braiteoirí CCD nó EMCCD.
● Braiteoirí níos móCumasaíonn tríchur sonraí níos tapúla comhaireamh níos airde picteilíní agus réimsí radhairc níos mó, suas le deicheanna nó na céadta megapixel.
● Torann ísealIs féidir le roinnt braiteoirí CMOS torann léitheoireachta chomh híseal le 0.25e- a bheith acu, rud a chiallaíonn go bhfuil siad inchomparáide le EMCCDanna gan gá le hiolrú muirir a chuireann foinsí torainn bhreise leis.
● Solúbthacht méid picteilínLaghdaíonn braiteoirí ceamaraí tomhaltóirí agus fóin chliste méideanna picteilíní síos go dtí an raon ~1 μm, agus is coitianta ceamaraí eolaíochta suas le 11 μm i méid picteilíní, agus suas le 16 μm ar fáil.
● Tomhaltas cumhachta níos ísleA bhuíochas leis na riachtanais ísle cumhachta atá ag ceamaraí CMOS, is féidir iad a úsáid i raon níos leithne d’fheidhmchláir eolaíocha agus tionsclaíocha.
● Praghas agus saolréDe ghnáth bíonn ceamaraí CMOS ar chaighdeán íseal cosúil le ceamaraí CCD nó níos saoire, agus bíonn ceamaraí CMOS ardleibhéil i bhfad níos saoire ná ceamaraí EMCCD. Ba chóir go mbeadh a saolré seirbhíse ionchais i bhfad níos faide ná saolré ceamara EMCCD.
Míbhuntáistí
● Comhla rolltaTá comhla rollta ag formhór na gceamaraí CMOS eolaíochta, rud a d’fhéadfadh castacht a chur le sreafaí oibre turgnamhacha nó roinnt feidhmchlár a chur as an áireamh.
● Sruth dorcha níos airdet: Bíonn sruth dorcha i bhfad níos airde ag formhór na gceamaraí CMOS ná mar atá ag braiteoirí CCD agus EMCCD, agus uaireanta bíonn torann suntasach mar thoradh air sin ar nochtadh fada (> 1 soicind).
Cá n-Úsáidtear Braiteoirí CMOS Inniu
A bhuíochas dá n-ildánacht, faightear braiteoirí CMOS i réimse leathan feidhmchlár:
● Leictreonaic TomhaltóraFóin chliste, ceamaraí gréasáin, DSLRanna, ceamaraí gníomhaíochta.
● Eolaíochtaí BeathaCumhacht braiteoirí CMOSceamaraí micreascópachtaa úsáidtear in íomháú fluaraiseachta agus i ndiagnóisic leighis.
● RéalteolaíochtIs minic a úsáideann teileascóip agus gléasanna íomháithe spáis CMOS eolaíoch (sCMOS) le haghaidh ardtaifigh agus torainn íseal.
● Cigireacht ThionsclaíochCigireacht optúil uathoibrithe (AOI), róbataic, agusceamaraí le haghaidh cigireachta leathsheoltórabrath ar braiteoirí CMOS le haghaidh luas agus cruinneas.
● FeithicleachCórais Ardchúnaimh Tiománaithe (ADAS), ceamaraí radhairc cúil agus páirceála.
● Faireachas & SlándáilCórais ísealsholais agus braite gluaisne.
A bhuíochas dá luas agus dá gcost-éifeachtúlacht, is é CMOS an réiteach is fearr le haghaidh úsáide tráchtála ardtoirte agus oibre eolaíochta speisialaithe araon.
Cén fáth gur Caighdeán Nua-Aimseartha é CMOS anois
Níor tharla an t-aistriú ó CCD go CMOS thar oíche, ach bhí sé dosheachanta. Seo an fáth gurb é CMOS bunchloch an tionscail íomháithe anois:
● Buntáiste DéantúsaíochtaTógtha ar línte caighdeánacha monaraíochta leathsheoltóra, rud a laghdaíonn costas agus a fheabhsaíonn inscálaitheacht.
● Gnóthachain FeidhmíochtaRoghanna comhla rollta agus domhanda, íogaireacht fheabhsaithe i solas íseal, agus rátaí fráma níos airde.
● Comhtháthú & FaisnéisTacaíonn braiteoirí CMOS anois le próiseáil AI ar sliseanna, ríomhaireacht imeallach, agus anailís fíor-ama.
● NuálaíochtTá cineálacha braiteoirí atá ag teacht chun cinn cosúil le CMOS cruachta, braiteoirí íomhá cuanta, agus braiteoirí cuartha tógtha ar ardáin CMOS.
Ó fhóin chliste goceamaraí eolaíochta, Tá sé cruthaithe go bhfuil CMOS inoiriúnaithe, cumhachtach agus réidh don todhchaí.
Conclúid
Tá braiteoirí CMOS tagtha chun cinn anois mar an caighdeán nua-aimseartha do fhormhór na bhfeidhmchlár íomháithe, a bhuíochas dá gcothromaíocht feidhmíochta, éifeachtúlachta agus costais. Cibé acu cuimhní laethúla a ghabháil nó anailís eolaíoch ardluais a dhéanamh, soláthraíonn teicneolaíocht CMOS an bunús do shaol amhairc an lae inniu.
De réir mar a leanann nuálaíochtaí cosúil le CMOS comhla domhanda agus sCMOS ag leathnú chumais na teicneolaíochta, is dócha go leanfaidh a ceannas ar aghaidh sna blianta atá le teacht.
Ceisteanna Coitianta
Cad é an difríocht idir comhla rollta agus comhla domhanda?
Léann comhla rollta sonraí íomhá amach líne ar líne, rud a d'fhéadfadh airtifachtaí gluaisne (m.sh., claonadh nó crith) a chur faoi deara agus ábhair atá ag gluaiseacht go tapa á nglacadh.
Gabhann comhla domhanda an fráma ar fad ag an am céanna, ag fáil réidh le saobhadh ó ghluaiseacht. Tá sé oiriúnach d'fheidhmchláir íomháithe ardluais ar nós fís meaisín agus turgnaimh eolaíocha.
Cad is Mód Forluí CMOS Rolling Shutter ann?
I gcás ceamaraí CMOS le comhla rollta, i mód forluí, is féidir nochtadh an chéad fhráma eile a thosú sula mbíonn an fráma reatha críochnaithe go hiomlán, rud a fhágann go mbíonn rátaí fráma níos airde ann. Is féidir é seo a dhéanamh toisc go bhfuil nochtadh agus léamh gach sraithe ag dul in am.
Tá an modh seo úsáideach in iarratais ina bhfuil an ráta fráma agus an tréchur uasta ríthábhachtach, amhail cigireacht ardluais nó rianú fíor-ama. Mar sin féin, féadfaidh sé castacht an ama agus an sioncrónaithe a mhéadú beagán.
