២៥/០៨/០៥ពីស្មាតហ្វូនរហូតដល់ឧបករណ៍វិទ្យាសាស្ត្រ ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញារូបភាពគឺជាបេះដូងនៃបច្ចេកវិទ្យាមើលឃើញនាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ។ ក្នុងចំណោមទាំងនេះ ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS បានក្លាយជាកម្លាំងលេចធ្លោ ដែលផ្តល់ថាមពលដល់អ្វីៗគ្រប់យ៉ាងពីរូបថតប្រចាំថ្ងៃ រហូតដល់មីក្រូទស្សន៍ទំនើប និងការត្រួតពិនិត្យសារធាតុ semiconductor ។
បច្ចេកវិជ្ជា 'Complementary Metal Oxide Semiconductor' (CMOS) គឺជាស្ថាបត្យកម្មអេឡិចត្រូនិច និងជាបណ្តុំនៃបច្ចេកវិជ្ជាដំណើរការប្រឌិត ដែលកម្មវិធីរបស់វាមានលក្ខណៈទូលំទូលាយមិនគួរឱ្យជឿ។ ជាការពិត បច្ចេកវិទ្យា CMOS អាចនិយាយបានថាគាំទ្រយុគសម័យឌីជីថលទំនើប។
តើឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS ជាអ្វី?
ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញារូបភាព CMOS (CIS) ប្រើភីកសែលសកម្ម មានន័យថាការប្រើប្រាស់ត្រង់ស៊ីស្ទ័របី ឬច្រើននៅក្នុងភីកសែលនីមួយៗនៃកាមេរ៉ា។ ភីកសែល CCD និង EMCCD មិនមានត្រង់ស៊ីស្ទ័រទេ។
ត្រង់ស៊ីស្ទ័រនៅក្នុងភីកសែលនីមួយៗអាចឱ្យភីកសែល 'សកម្ម' ទាំងនេះត្រូវបានគ្រប់គ្រង សញ្ញាត្រូវបានពង្រីកតាមរយៈត្រង់ស៊ីស្ទ័រ 'ឥទ្ធិពលវាល' និងទិន្នន័យរបស់ពួកគេត្រូវបានចូលប្រើ ទាំងអស់ស្របគ្នា។ ជំនួសឱ្យផ្លូវអានតែមួយសម្រាប់ឧបករណ៏ទាំងមូល ឬប្រភាគសំខាន់នៃឧបករណ៏ កកាមេរ៉ា CMOSរួមបញ្ចូលយ៉ាងហោចណាស់មួយជួរទាំងមូលនៃ ADCs អាន ADC មួយ (ឬច្រើន) សម្រាប់ជួរឈរនីមួយៗនៃឧបករណ៏។ ទាំងនេះនីមួយៗអាចអានតម្លៃជួរឈររបស់ពួកគេក្នុងពេលដំណាលគ្នា។ លើសពីនេះ ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា 'ភីកសែលសកម្ម' ទាំងនេះគឺត្រូវគ្នាជាមួយតក្កវិជ្ជាឌីជីថល CMOS ដែលបង្កើនមុខងារឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាសក្តានុពល។
រួមគ្នា គុណភាពទាំងនេះផ្តល់ឱ្យឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS ល្បឿនរបស់ពួកគេ។ ប៉ុន្តែដោយសារការកើនឡើងនៃភាពស្របគ្នានេះ ADCs នីមួយៗអាចចំណាយពេលយូរដើម្បីវាស់ស្ទង់សញ្ញាដែលបានរកឃើញរបស់ពួកគេជាមួយនឹងភាពត្រឹមត្រូវជាងមុន។ រយៈពេលនៃការបំប្លែងកាន់តែយូរទាំងនេះអនុញ្ញាតឱ្យមានប្រតិបត្តិការសំឡេងតិចបំផុត សូម្បីតែចំនួនភីកសែលខ្ពស់ជាងក៏ដោយ។ សូមអរគុណចំពោះការនេះ និងការច្នៃប្រឌិតផ្សេងទៀត សំឡេងរំខាននៃការអានរបស់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS មាននិន្នាការទាបជាង 5x – 10x ទាបជាង CCDs ។
កាមេរ៉ា CMOS (sCMOS) បែបវិទ្យាសាស្ត្រទំនើបគឺជាប្រភេទរងឯកទេសនៃ CMOS ដែលត្រូវបានរចនាឡើងសម្រាប់រូបភាពដែលមានសំលេងរំខានទាប និងល្បឿនលឿននៅក្នុងកម្មវិធីស្រាវជ្រាវ។
តើឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS ដំណើរការយ៉ាងដូចម្តេច? (រួមទាំង Rolling vs Global Shutter)
ប្រតិបត្តិការរបស់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS ធម្មតាត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព និងបានគូសបញ្ជាក់ខាងក្រោម។ សូមចំណាំថា ជាលទ្ធផលនៃភាពខុសគ្នានៃប្រតិបត្តិការខាងក្រោម ពេលវេលា និងប្រតិបត្តិការនៃការប៉ះពាល់នឹងខុសគ្នាសម្រាប់កាមេរ៉ា CMOS សកលធៀបនឹងការបិទម៉ាស៊ីនថត CMOS ។
រូបភាព៖ ដំណើរការអានសម្រាប់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS
ចំណាំ៖ ដំណើរការអានសម្រាប់កាមេរ៉ា CMOS ខុសគ្នារវាងកាមេរ៉ា 'rolling shutter' និង 'global shutter' ដូចដែលបានពិភាក្សាក្នុងអត្ថបទ។ ក្នុងករណីណាក៏ដោយ ភីកសែលនីមួយៗមាន capacitor និង amplifier ដែលផលិតវ៉ុលដោយផ្អែកលើចំនួន photoelectron ដែលបានរកឃើញ។ សម្រាប់ជួរនីមួយៗ វ៉ុលសម្រាប់ជួរឈរនីមួយៗត្រូវបានវាស់ក្នុងពេលដំណាលគ្នាដោយជួរឈរ analogue ទៅឧបករណ៍បំប្លែងឌីជីថល។
Rolling Shutter
1. សម្រាប់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS រំកិល ចាប់ផ្តើមពីជួរខាងលើ (ឬកណ្តាលសម្រាប់កាមេរ៉ាបំបែកឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា) សម្អាតការចោទប្រកាន់ពីជួរដេក ដើម្បីចាប់ផ្តើមការប៉ះពាល់ជួរនោះ។
2. បន្ទាប់ពី 'ពេលវេលាបន្ទាត់' បានកន្លងផុតទៅ (ជាធម្មតា 5-20 μs) សូមផ្លាស់ទីទៅជួរបន្ទាប់ ហើយធ្វើម្តងទៀតពីជំហានទី 1 រហូតដល់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាទាំងមូលត្រូវបានលាតត្រដាង។
3. សម្រាប់ជួរនីមួយៗ ការគិតថ្លៃនឹងកកកុញក្នុងអំឡុងពេលនៃការប៉ះពាល់ រហូតដល់ជួរនោះបានបញ្ចប់ពេលវេលានៃការបង្ហាញរបស់វា។ ជួរទីមួយដែលត្រូវចាប់ផ្តើមនឹងបញ្ចប់មុន។
4. នៅពេលដែលការបញ្ចោញត្រូវបានបញ្ចប់សម្រាប់ជួរដេកមួយ ផ្ទេរការគិតថ្លៃទៅ capacitor readout និង amplifier ។
5. វ៉ុលនៅក្នុង amplifier នីមួយៗនៅក្នុងជួរដេកនោះត្រូវបានភ្ជាប់ទៅជួរឈរ ADC ហើយសញ្ញាត្រូវបានវាស់សម្រាប់រាល់ pixel ក្នុងជួរដេក។
6. ប្រតិបត្តិការអាន និងកំណត់ឡើងវិញនឹងចំណាយពេល 'បន្ទាត់ពេលវេលា' ដើម្បីបញ្ចប់ បន្ទាប់ពីនោះជួរបន្ទាប់ដើម្បីចាប់ផ្តើមការប៉ះពាល់នឹងឈានដល់ចុងបញ្ចប់នៃពេលវេលានៃការប៉ះពាល់របស់វា ហើយដំណើរការម្តងទៀតពីជំហានទី 4 ។
7. ដរាបណាការអានចប់រួចរាល់សម្រាប់ជួរខាងលើ ការផ្តល់ជួរខាងក្រោមបានចាប់ផ្តើមលាតត្រដាងស៊ុមបច្ចុប្បន្ន ជួរខាងលើអាចចាប់ផ្តើមការលាតត្រដាងនៃស៊ុមបន្ទាប់ (របៀបត្រួតលើគ្នា)។ ប្រសិនបើរយៈពេលនៃការបង្ហាញគឺខ្លីជាងរយៈពេលនៃស៊ុម ជួរខាងលើត្រូវតែរង់ចាំសម្រាប់ជួរខាងក្រោមដើម្បីចាប់ផ្តើមការប៉ះពាល់។ ការបង្ហាញខ្លីបំផុតដែលអាចធ្វើទៅបានគឺជាធម្មតាមួយជួរ។
កាមេរ៉ា CMOS ត្រជាក់ FL 26BW របស់ Tucsenដែលបំពាក់នូវឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា Sony IMX533 ប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាបិទទ្វារវិលនេះ។
Global Shutter
1. ដើម្បីចាប់ផ្តើមការទិញ ការគិតប្រាក់ត្រូវបានសម្អាតក្នុងពេលដំណាលគ្នាពីឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាទាំងមូល (កំណត់ឡើងវិញជាសកលនៃភីកសែលបានយ៉ាងល្អ)។
2. ការសាកថ្មប្រមូលផ្តុំកំឡុងពេលបញ្ចេញ។
3. នៅចុងបញ្ចប់នៃការបង្ហាញ ការគិតប្រាក់ដែលប្រមូលបានត្រូវបានផ្លាស់ទីទៅអណ្តូងដែលបិទបាំងនៅក្នុងភីកសែលនីមួយៗ ដែលពួកគេអាចរង់ចាំការអានដោយមិនរាប់បញ្ចូល photons ដែលបានរកឃើញថ្មី។ កាមេរ៉ាខ្លះផ្លាស់ទីបន្ទុកទៅក្នុងភីកសែល capacitor នៅដំណាក់កាលនេះ។
4. ជាមួយនឹងការគិតថ្លៃដែលបានរកឃើញត្រូវបានរក្សាទុកនៅក្នុងតំបន់បិទបាំងនៃភីកសែលនីមួយៗ តំបន់សកម្មនៃភីកសែលអាចចាប់ផ្តើមការប៉ះពាល់នៃស៊ុមបន្ទាប់ (របៀបជាន់គ្នា)។
5. ដំណើរការនៃការអានចេញពីកន្លែងបិទបាំងដំណើរការដូចជាសម្រាប់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាបិទជិត៖ មួយជួរក្នុងមួយពេល ពីផ្នែកខាងលើនៃឧបករណ៏ ការចោទប្រកាន់ត្រូវបានផ្ទេរពីអណ្តូងដែលបិទបាំងទៅឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា និងឧបករណ៍ពង្រីក។
6. វ៉ុលនៅក្នុង amplifier នីមួយៗនៅក្នុងជួរដេកនោះត្រូវបានភ្ជាប់ទៅនឹងជួរឈរ ADC ហើយសញ្ញាដែលបានវាស់សម្រាប់រាល់ pixel ក្នុងជួរដេក។
7. ប្រតិបត្តិការអាន និងកំណត់ឡើងវិញនឹងចំណាយពេល 'បន្ទាត់ពេលវេលា' ដើម្បីបញ្ចប់ នោះដំណើរការនឹងធ្វើម្តងទៀតសម្រាប់ជួរបន្ទាប់ចាប់ពីជំហានទី 5។
8. នៅពេលដែលជួរទាំងអស់ត្រូវបានអាន កាមេរ៉ាត្រៀមរួចរាល់ដើម្បីអានស៊ុមបន្ទាប់ ហើយដំណើរការនេះអាចត្រូវបានធ្វើម្តងទៀតពីជំហានទី 2 ឬជំហានទី 3 ប្រសិនបើពេលវេលានៃការប៉ះពាល់បានកន្លងផុតទៅហើយ។
កាមេរ៉ា Mono sCMOS របស់ Tucsen Libra 3412Mប្រើប្រាស់បច្ចេកវិជ្ជាបិទទ្វារសកល ដែលអនុញ្ញាតឱ្យចាប់យកគំរូផ្លាស់ទីបានច្បាស់លាស់ និងរហ័ស។
គុណសម្បត្តិ និងគុណវិបត្តិនៃឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS
គុណសម្បត្តិ
● ល្បឿនកាន់តែខ្ពស់។៖ ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS ជាធម្មតាមានការបញ្ជាទិញពី 1 ទៅ 2 នៃទំហំផ្ទុកទិន្នន័យលឿនជាងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CCD ឬ EMCCD ។
● ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាធំជាង៖ ការបញ្ចូលទិន្នន័យលឿនជាងមុន អាចឱ្យចំនួនភីកសែលកាន់តែខ្ពស់ និងទំហំទិដ្ឋភាពធំជាង រហូតដល់រាប់សិប ឬរាប់រយមេហ្គាភិចសែល។
● សំលេងរំខានទាប៖ ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS មួយចំនួនអាចមានសំលេងរំខានទាបរហូតដល់ 0.25e- ដែលប្រជែងគ្នាជាមួយ EMCCDs ដោយមិនត្រូវការការគិតថ្លៃដែលបន្ថែមប្រភពសំលេងរំខានបន្ថែម។
● ភាពបត់បែននៃទំហំភីកសែល៖ ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាកាមេរ៉ាអ្នកប្រើប្រាស់ និងស្មាតហ្វូន ជំរុញទំហំភីកសែលចុះក្រោមទៅជួរ ~1 μm ហើយកាមេរ៉ាវិទ្យាសាស្ត្ររហូតដល់ 11 μm ក្នុងទំហំភីកសែលគឺជារឿងធម្មតា ហើយមានរហូតដល់ 16 μm។
● ការប្រើប្រាស់ថាមពលទាប៖ តម្រូវការថាមពលទាបនៃកាមេរ៉ា CMOS អាចឱ្យពួកវាប្រើក្នុងកម្មវិធីវិទ្យាសាស្ត្រ និងឧស្សាហកម្មផ្សេងៗ។
● តម្លៃ និងអាយុកាល៖ កាមេរ៉ា CMOS កម្រិតទាប ជាធម្មតាមានតម្លៃប្រហាក់ប្រហែល ឬទាបជាងកាមេរ៉ា CCD ហើយកាមេរ៉ា CMOS កម្រិតខ្ពស់មានតម្លៃទាបជាងកាមេរ៉ា EMCCD ។ អាយុកាលសេវាកម្មដែលរំពឹងទុករបស់ពួកគេគួរតែលើសពីកាមេរ៉ា EMCCD ។
គុណវិបត្តិ
● សន្ទះបិទបើក៖ កាមេរ៉ា CMOS បែបវិទ្យាសាស្ត្រភាគច្រើនមានប្រដាប់បិទបើកដែលអាចបន្ថែមភាពស្មុគស្មាញដល់ដំណើរការពិសោធន៍ ឬគ្រប់គ្រងកម្មវិធីមួយចំនួន។
● ចរន្តងងឹតខ្ពស់ជាងt៖ កាមេរ៉ា CMOS ភាគច្រើនមានចរន្តងងឹតខ្លាំងជាងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CCD និង EMCCD ជួនកាលបង្ហាញសំឡេងរំខានខ្លាំងនៅពេលមានពន្លឺយូរ (> 1 វិនាទី)។
កន្លែងដែលឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS ត្រូវបានប្រើសព្វថ្ងៃនេះ
សូមអរគុណចំពោះភាពបត់បែនរបស់ពួកគេ ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS ត្រូវបានរកឃើញនៅក្នុងកម្មវិធីជាច្រើន៖
● គ្រឿងអេឡិចត្រូនិក៖ ស្មាតហ្វូន, កាមេរ៉ាបណ្ដាញ, DSLR, កាមេរ៉ាសកម្មភាព។
● វិទ្យាសាស្ត្រជីវិត៖ ថាមពលឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOSកាមេរ៉ាមីក្រូទស្សន៍ប្រើក្នុងរូបភាព fluorescence និងការវិនិច្ឆ័យវេជ្ជសាស្រ្ត។
● តារាសាស្ត្រ៖ តេឡេស្កុប និងឧបករណ៍ថតរូបភាពក្នុងលំហ ជារឿយៗប្រើ CMOS បែបវិទ្យាសាស្ត្រ (sCMOS) សម្រាប់គុណភាពបង្ហាញខ្ពស់ និងសំឡេងទាប។
● អធិការកិច្ចឧស្សាហកម្ម៖ ការត្រួតពិនិត្យអុបទិកស្វ័យប្រវត្តិ (AOI) មនុស្សយន្ត និងកាមេរ៉ាសម្រាប់ការត្រួតពិនិត្យ semiconductorពឹងផ្អែកលើឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS សម្រាប់ល្បឿន និងភាពត្រឹមត្រូវ។
● រថយន្ត៖ Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) កាមេរ៉ាមើលក្រោយ និងចំណត។
● ការឃ្លាំមើល និងសុវត្ថិភាព៖ ពន្លឺតិច និងប្រព័ន្ធចាប់ចលនា។
ល្បឿន និងប្រសិទ្ធភាពចំណាយរបស់ពួកគេធ្វើឱ្យ CMOS ក្លាយជាដំណោះស្រាយសម្រាប់ទាំងការប្រើប្រាស់ពាណិជ្ជកម្មក្នុងបរិមាណខ្ពស់ និងការងារវិទ្យាសាស្ត្រឯកទេស។
ហេតុអ្វីបានជា CMOS ឥឡូវនេះជាស្តង់ដារទំនើប
ការផ្លាស់ប្តូរពី CCD ទៅ CMOS មិនបានកើតឡើងពេញមួយយប់នោះទេ ប៉ុន្តែវាជៀសមិនរួច។ នេះជាមូលហេតុដែល CMOS ឥឡូវនេះជាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃឧស្សាហកម្មរូបភាព៖
● គុណសម្បត្តិនៃការផលិត៖ បង្កើតឡើងនៅលើបន្ទាត់ផលិត semiconductor ស្ដង់ដារ កាត់បន្ថយការចំណាយ និងធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវមាត្រដ្ឋាន។
● ទទួលបានលទ្ធផលការងារ៖ ជម្រើសបិទជិត និងរំកិល ធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវភាពប្រែប្រួលនៃពន្លឺទាប និងអត្រាស៊ុមខ្ពស់ជាង។
● សមាហរណកម្ម & ភាពវៃឆ្លាត៖ ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS ឥឡូវនេះគាំទ្រដំណើរការ AI នៅលើបន្ទះឈីប ការគណនាគែម និងការវិភាគតាមពេលវេលាជាក់ស្តែង។
● ការច្នៃប្រឌិត៖ ប្រភេទឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាដែលកំពុងលេចឡើងដូចជា CMOS ជង់, ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញារូបភាព quanta និងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាកោងត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅលើវេទិកា CMOS ។
ពីស្មាតហ្វូនទៅកាមេរ៉ាវិទ្យាសាស្ត្រCMOS បានបង្ហាញឱ្យឃើញថា អាចសម្របខ្លួនបាន ថាមពល និងត្រៀមខ្លួនជាស្រេចនាពេលអនាគត។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា CMOS បានវិវត្តទៅជាស្តង់ដារទំនើបសម្រាប់កម្មវិធីរូបភាពភាគច្រើន ដោយសារតុល្យភាពនៃការអនុវត្ត ប្រសិទ្ធភាព និងតម្លៃរបស់វា។ មិនថាការចាប់យកការចងចាំប្រចាំថ្ងៃ ឬធ្វើការវិភាគបែបវិទ្យាសាស្ត្រដែលមានល្បឿនលឿននោះទេ បច្ចេកវិទ្យា CMOS ផ្តល់នូវមូលដ្ឋានគ្រឹះសម្រាប់ពិភពដែលមើលឃើញនាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ។
ដោយសារការច្នៃប្រឌិតថ្មីដូចជា CMOS បិទសកល និង sCMOS បន្តពង្រីកសមត្ថភាពបច្ចេកវិទ្យា ភាពលេចធ្លោរបស់វាត្រូវបានកំណត់នឹងបន្តសម្រាប់ឆ្នាំខាងមុខ។
សំណួរគេសួរញឹកញាប់
តើអ្វីជាភាពខុសគ្នារវាង rolling shutter និង global shutter?
ឧបករណ៍បិទរំកិលអានទិន្នន័យរូបភាពតាមបន្ទាត់ ដែលអាចបណ្តាលឱ្យវត្ថុបុរាណមានចលនា (ឧទាហរណ៍ រអិល ឬញ័រ) នៅពេលចាប់យកវត្ថុដែលមានចលនាលឿន។
ឧបករណ៍បិទសកលចាប់យកស៊ុមទាំងមូលក្នុងពេលដំណាលគ្នា បំបាត់ការបង្ខូចទ្រង់ទ្រាយពីចលនា។ វាល្អសម្រាប់កម្មវិធីរូបភាពល្បឿនលឿនដូចជាចក្ខុវិស័យម៉ាស៊ីន និងការពិសោធន៍វិទ្យាសាស្ត្រ។
តើ Rolling Shutter CMOS Overlap Mode គឺជាអ្វី?
សម្រាប់ម៉ាស៊ីនថត CMOS រំកិល ក្នុងរបៀបត្រួតគ្នា ការបង្ហាញស៊ុមបន្ទាប់អាចចាប់ផ្តើម មុនពេលដែលកាមេរ៉ាបច្ចុប្បន្នបានបញ្ចប់ទាំងស្រុង ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានអត្រាស៊ុមខ្ពស់ជាង។ នេះអាចទៅរួច ពីព្រោះការលាតត្រដាង និងការអានរបស់ជួរនីមួយៗមានភាពយឺតយ៉ាវតាមពេលវេលា។
របៀបនេះមានប្រយោជន៍នៅក្នុងកម្មវិធីដែលអត្រាស៊ុមអតិបរមា និងលំហូរចូលមានសារៈសំខាន់ ដូចជានៅក្នុងការត្រួតពិនិត្យល្បឿនលឿន ឬការតាមដានពេលវេលាជាក់ស្តែង។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ វាអាចបង្កើនភាពស្មុគស្មាញនៃពេលវេលា និងការធ្វើសមកាលកម្មបន្តិច។
Tucsen Photonics Co., Ltd. រក្សាសិទ្ធិគ្រប់យ៉ាង។ នៅពេលដកស្រង់ សូមទទួលស្គាល់ប្រភព៖www.tucsen.com
