25/08/05Saka smartphone nganti instrumen ilmiah, sensor gambar ana ing jantung teknologi visual saiki. Antarane iki, sensor CMOS wis dadi pasukan dominan, daya kabeh saka foto saben dinten kanggo mikroskop majeng lan inspeksi semikonduktor.
Teknologi 'Complementary Metal Oxide Semiconductor' (CMOS) minangka arsitektur elektronik lan set teknologi pangolahan fabrikasi sing aplikasine amba banget. Pancen, teknologi CMOS bisa diarani ndhukung jaman digital modern.
Apa Sensor CMOS?
Sensor gambar CMOS (CIS) nggunakake piksel aktif, tegese nggunakake telu utawa luwih transistor ing saben piksel kamera. piksel CCD lan EMCCD ora ngemot transistor.
Transistor ing saben piksel ngidini piksel 'aktif' iki bisa dikontrol, sinyal digedhekake liwat transistor 'efek lapangan', lan data diakses, kabeh bebarengan. Ing panggonan siji path readout kanggo kabeh sensor utawa bagian sekedhik pinunjul saka sensor, akamera CMOSkalebu paling siji baris kabeh ADCs readout, siji (utawa luwih) ADC kanggo saben kolom sensor. Saben iki bisa maca nilai kolom kasebut bebarengan. Salajengipun, sensor 'piksel aktif' iki kompatibel karo logika digital CMOS, nambah fungsi sensor potensial.
Bareng, kualitas iki menehi sensor CMOS kacepetan. Nanging, amarga paningkatan paralelisme iki, ADC individu bisa luwih suwe kanggo ngukur sinyal sing dideteksi kanthi luwih akurat. Wektu konversi sing luwih suwe iki ngidini operasi gangguan banget, sanajan kanggo jumlah piksel sing luwih dhuwur. Thanks kanggo iki, lan inovasi liyane, swara maca sensor CMOS cenderung 5x - 10x luwih murah tinimbang CCD.
Kamera CMOS ilmiah modern (sCMOS) minangka subtipe CMOS khusus sing dirancang kanggo pencitraan swara lan kacepetan dhuwur ing aplikasi riset.
Kepiye Sensor CMOS Bisa? (Kalebu Rolling vs Global Shutter)
Operasi saka sensor CMOS khas ditampilake ing tokoh lan mbatesi ing ngisor iki. Elinga yen minangka asil saka beda operasional ing ngisor iki, wektu lan operasi saka cahya bakal beda kanggo global versus rolling shutter kamera CMOS.
Gambar: Proses maca kanggo sensor CMOS
CATETAN: Proses maca kanggo kamera CMOS beda antarane kamera 'rolling shutter' lan 'rana global', minangka rembugan ing teks. Ing kasus apa wae, saben piksel ngemot kapasitor lan amplifier sing ngasilake voltase adhedhasar jumlah fotoelektron sing dideteksi. Kanggo saben baris, voltase kanggo saben kolom diukur bebarengan dening analog kolom menyang konverter digital.
Rolling Rana
1. Kanggo sensor CMOS rana Rolling, miwiti ing baris ndhuwur (utawa tengah kanggo kamera splitsensor), mbusak daya saka baris kanggo miwiti cahya baris sing.
2. Sawise 'line time' wis liwati (biasane 5-20 μs), pindhah menyang baris sabanjure lan baleni saka langkah 1, nganti kabeh sensor mbukak.
3. Kanggo saben baris, biaya nglumpukake sajrone cahya, nganti baris kasebut rampung wektu cahya. Baris pisanan kanggo miwiti bakal rampung pisanan.
4. Sawise cahya wis rampung kanggo saurutan, transfer biaya kanggo maca kapasitor lan amplifier.
5. Tegangan ing saben amplifier ing baris kasebut banjur disambungake menyang kolom ADC, lan sinyal diukur kanggo saben piksel ing baris.
6. Operasi maca lan ngreset bakal njupuk 'wektu baris' kanggo ngrampungake, sawise baris sabanjure kanggo miwiti cahya bakal tekan pungkasan wektu cahya, lan proses mbaleni saka langkah 4.
7. Sanalika maca rampung kanggo baris ndhuwur, nyediakake baris ngisor wis miwiti mbabarake pigura saiki, baris ndhuwur bisa miwiti cahya saka pigura sabanjuré (mode tumpang tindih). Yen wektu cahya luwih cendhek tinimbang wektu pigura, baris ndhuwur kudu ngenteni baris ngisor kanggo miwiti cahya. Eksposur sing paling cendhak biasane wektu siji baris.
Tucsen kang FL 26BW Cooled CMOS kamera, kanthi sensor Sony IMX533, nggunakake teknologi rolling shutter iki.
Rana Global
1. Kanggo miwiti akuisisi, pangisian daya bebarengan ngankat saka kabèh sensor (global ngreset sumur piksel).
2. Charge accumulates sak cahya.
3. Ing pungkasan cahya, biaya diklumpukake dipindhah menyang sumur masked ing saben piksel, ngendi padha bisa ngenteni maca tanpa foton dideteksi anyar sing dietung. Sawetara kamera mindhah biaya menyang kapasitor piksel ing tahap iki.
4. Kanthi biaya sing dideteksi disimpen ing area masked saben piksel, area aktif piksel bisa miwiti cahya saka pigura sabanjuré (mode tumpang tindih).
5. Proses readout saka area masked neruske minangka kanggo rolling sensor rana: Siji baris ing wektu, saka ndhuwur sensor, biaya ditransfer saka sumur masked kanggo kapasitor readout lan amplifier.
6. Tegangan ing saben amplifier ing baris sing disambungake menyang kolom ADC, lan sinyal diukur kanggo saben piksel ing baris.
7. Operasi maca lan ngreset bakal njupuk 'wektu baris' kanggo ngrampungake, lan proses kasebut bakal mbaleni kanggo baris sabanjure saka langkah 5.
8. Sawise kabeh larik wis diwaca, kamera siap kanggo maca pigura sabanjuré, lan proses bisa bola saka langkah 2, utawa langkah 3 yen wektu cahya wis liwati.
Kamera Tucsen's Libra 3412M Mono sCMOSnggunakke teknologi rana global, mbisakake njupuk cetha lan cepet conto obah.
Pros lan Cons saka CMOS Sensor
Pros
● Kacepetan sing luwih dhuwur: Sensor CMOS biasane 1 nganti 2 urutan gedhene luwih cepet ing throughput data tinimbang sensor CCD utawa EMCCD.
● Sensor luwih gedhe: Throughput data sing luwih cepet mbisakake jumlah piksel sing luwih dhuwur lan lapangan tampilan sing luwih gedhe, nganti puluhan utawa atusan megapiksel.
● Kurang swara: Sawetara sensor CMOS bisa maca swara minangka kurang 0,25e-, saingan EMCCDs tanpa perlu ping pingan sing nambah sumber gangguan tambahan.
● Fleksibilitas ukuran piksel: Sensor kamera konsumen lan smartphone ndadekake ukuran piksel mudhun nganti kisaran ~1 μm, lan kamera ilmiah nganti ukuran piksel nganti 11 μm umume, lan kasedhiya nganti 16 μm.
● Konsumsi daya sing luwih murah: Keperluan kamera CMOS sing kurang bisa digunakake ing macem-macem aplikasi ilmiah lan industri sing luwih akeh.
● Rega lan umur: Kamera CMOS low-end biasane padha utawa luwih murah ing biaya kanggo kamera CCD, lan kamera dhuwur-mburi CMOS biaya luwih murah tinimbang kamera EMCCD. Umur layanan sing dikarepake kudu ngluwihi kamera EMCCD.
Cons
● Rolling shutter: Mayoritas kamera CMOS ilmiah duwe shutter rolling, sing bisa nambah kerumitan alur kerja eksperimen utawa ngilangi sawetara aplikasi.
● Curren peteng sing luwih dhuwurt: Umume kamera CMOS duwe saiki peteng sing luwih dhuwur tinimbang sensor CCD lan EMCCD, kadhangkala nyebabake gangguan sing signifikan ing eksposur sing dawa (> 1 detik).
Ngendi Sensor CMOS Digunakake Saiki
Thanks kanggo versatility, sensor CMOS ditemokake ing macem-macem aplikasi:
● Elektronika Konsumen: Smartphone, webcam, DSLR, action cam.
● Ilmu Urip: daya sensor CMOSkamera mikroskopdigunakake ing pencitraan fluoresensi lan diagnostik medis.
● Astronomi: Teleskop lan piranti pencitraan angkasa kerep nggunakake CMOS ilmiah (sCMOS) kanggo resolusi dhuwur lan gangguan kurang.
● Inspeksi Industri: Automated optical inspection (AOI), robotika, lankamera kanggo inspeksi semikonduktorgumantung ing sensor CMOS kanggo kacepetan lan akurasi.
● Otomotif: Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), tampilan mburi lan kamera parkir.
● Pengawasan & Keamanan: Sistem deteksi kurang cahya lan gerakan.
Kacepetan lan efisiensi biaya nggawe CMOS dadi solusi kanggo panggunaan komersial volume dhuwur lan karya ilmiah khusus.
Napa CMOS Saiki dadi Standar Modern
Perpindahan saka CCD menyang CMOS ora kedadeyan sewengi, nanging ora bisa dihindari. Mangkene sebabe CMOS saiki dadi landasan industri pencitraan:
● Kauntungan Manufaktur: Dibangun ing garis fabrikasi semikonduktor standar, nyuda biaya lan nambah skalabilitas.
● Hasil Kinerja: Opsi rana muter lan global, sensitivitas cahya sing luwih sithik, lan tingkat pigura sing luwih dhuwur.
● Integrasi & Intelligence: Sensor CMOS saiki ndhukung pangolahan AI on-chip, komputasi pinggiran, lan analisis wektu nyata.
● Inovasi: Jinis sensor sing muncul kaya CMOS ditumpuk, sensor gambar quanta, lan sensor mlengkung dibangun ing platform CMOS.
Saka smartphone kanggokamera ilmiah, CMOS wis kabukten bisa adaptasi, kuat, lan siap kanggo masa depan.
Kesimpulan
Sensor CMOS wis berkembang dadi standar modern kanggo umume aplikasi pencitraan, amarga keseimbangan kinerja, efisiensi, lan biaya. Apa njupuk kenangan saben dina utawa nindakake analisis ilmiah kanthi kacepetan dhuwur, teknologi CMOS nyedhiyakake dhasar kanggo jagad visual saiki.
Amarga inovasi kaya global shutter CMOS lan sCMOS terus nggedhekake kemampuan teknologi kasebut, dominasi kasebut bakal terus nganti pirang-pirang taun.
Pitakonan
Apa bedane rana gulung lan rana global?
Rana muter maca data gambar baris demi baris, sing bisa nyebabake artefak gerakan (contone, miring utawa goyang) nalika njupuk subyek sing obah kanthi cepet.
Rana global njupuk kabeh pigura bebarengan, mbusak distorsi saka gerakan. Cocog kanggo aplikasi pencitraan kanthi kacepetan dhuwur kaya visi mesin lan eksperimen ilmiah.
Apa Rolling Shutter CMOS Overlap Mode?
Kanggo kamera CMOS shutter rolling, ing mode tumpang tindih, cahya saka pigura sabanjure bisa diwiwiti sadurunge sing saiki wis rampung, ngidini kanggo tingkat pigura sing luwih dhuwur. Iki bisa uga amarga cahya saben baris lan maca diwaca kanthi staggered ing wektu.
Mode iki migunani ing aplikasi sing tingkat pigura maksimum lan throughput kritis, kayata ing pengawasan kacepetan dhuwur utawa nelusuri wektu nyata. Nanging, bisa uga rada nambah kerumitan wektu lan sinkronisasi.
Tucsen Photonics Co., Ltd Kabeh hak dilindhungi undhang-undhang. Nalika ngutip, mangga ngakoni sumber:www.tucsen.com
