25/08/21Санариптик сүрөттөө дүйнөсүндө бир нече техникалык факторлор сенсордогу электрондук жапкычтын түрү сыяктуу эле сүрөттүн сапатына да таасир этет. Сиз жогорку ылдамдыктагы өндүрүш процесстерин тартып жатасызбы, кинематографиялык ырааттуулуктарды тартып жатасызбы же алсыз астрономиялык кубулуштарды тартып жатасызбы, CMOS камераңыздын ичиндеги жапкыч технологиясы акыркы сүрөтүңүздүн кандай болуп чыгышында маанилүү ролду ойнойт.
CMOS электрондук жапкычтарынын эки басымдуу түрү, глобалдык жапкычтар жана жылма жапкычтар сенсордон жарыкты ачууга жана окууга такыр башкача мамиле кылышат. Эгерде сиз сүрөттөө тутумуңузду колдонмоңузга дал келтиргиңиз келсе, алардын айырмачылыктарын, күчтүү жактарын жана соодалашууларын түшүнүү абдан маанилүү.
Бул макалада CMOS электрондук жалюзи деген эмне, глобалдык жана жылма жапкычтар кандай иштээри, алар реалдуу кырдаалда кандай иштеши жана кайсынысы сиз үчүн эң жакшы экенин кантип чечиш керектиги түшүндүрүлөт.
CMOS электрондук жалюзи деген эмне?
CMOS сенсор көпчүлүк заманбап камералардын жүрөгү болуп саналат. Ал келген жарыкты электрдик сигналга айландыруу үчүн жооптуу, аларды сүрөткө иштетүүгө болот. АCMOS камерасөзсүз эле механикалык көшөгө эмес — көптөгөн заманбап конструкциялар пикселдер жарыкты кантип жана качан кармап турганын көзөмөлдөгөн электрондук жапкычка таянышат.
Жарыкты физикалык жактан тоскон механикалык жапкычтан айырмаланып, электрондук жапкыч ар бир пикселдин ичиндеги заряддын агымын баштоо жана токтотуу менен иштейт. CMOS сүрөттөөсүндө эки негизги электрондук жапкыч архитектурасы бар: глобалдык жапкыч жана жылма жапкыч.
Эмне үчүн айырмалоо маанилүү? Анткени экспозиция жана окуу ыкмасы түздөн-түз таасир этет:
● Кыймылды көрсөтүү жана бурмалоо
● Сүрөттүн тактыгы
● Жарыкка аз сезгичтик
● Кадр ылдамдыгы жана күтүү
● Сүрөткө тартуунун, видеонун жана илимий сүрөттөрдүн ар кандай түрлөрүнө жалпы ылайыктуу
Глобалдык жапкычты түшүнүү
Булак: GMAX3405 глобалдык жапкыч сенсору
Глобалдык жапкыч кантип иштейт
CMOS Global жапкыч камералары бүт сенсор боюнча бир эле учурда экспозициясын баштайт жана бүтүрөт. Бул пикселге 5 же андан көп транзисторлорду жана окуу учурунда алынган фотоэлектрондук заряддарды кармап турган "сактоочу түйүндү" колдонуу менен жетишилет. Экспозициянын ырааттуулугу төмөнкүдөй:
1. Жерге алынган заряддарды тазалоо менен ар бир пикселде бир эле учурда экспозицияны баштаңыз.
2. Тандалган экспозиция убактысын күтүңүз.
3. Экспозициянын аягында алынган заряддарды ар бир пикселдеги сактоо түйүнүнө жылдырып, ал кадрдын экспозициясын бүтүрүңүз.
4. Катар менен катар электрондорду пикселдин окуу конденсаторуна жылдырыңыз жана топтолгон чыңалууну аналогдук-санариптик өзгөрткүчтөр (ADC) менен жыйынтыктоочу окуу архитектурасына өткөрүп бериңиз. Кийинки экспозиция адатта бул кадам менен бир убакта аткарылышы мүмкүн.
Глобалдык жапкычтын артыкчылыктары
● Кыймылдын бурмаланышы жок – Кыймылдуу объекттер ырааттуу окууда пайда болушу мүмкүн болгон кыйшаюусуз жана геометриясын сактап калат.
● Жогорку ылдамдыктагы тартуу – спорт, робототехника же өндүрүштүн сапатын көзөмөлдөө сыяктуу тез кыймылдуу көрүнүштөрдө кыймылды тоңдоого идеалдуу.
● Төмөн кечигүү – Сүрөттүн бардык маалыматтары бир эле учурда жеткиликтүү болуп, лазердик импульстар же стробдук жарыктар сыяктуу тышкы окуялар менен так синхрондоштурууну камсыз кылат.
Глобалдык жапкычтын чектөөлөрү
● Жарыктын төмөн сезгичтиги – кээ бир глобалдык жапкыч пикселдик конструкциялары бир эле учурда экспозицияга керектүү схемаларды жайгаштыруу үчүн жарык чогултуу натыйжалуулугун курмандыкка чалышат.
● Жогорку нарк жана татаалдык – Жасалуусу татаалыраак, көбүнчө жалюзи жалюзи менен салыштырганда кымбатыраак болот.
● Ызы-чууну жогорулатуу потенциалы – Сенсордун дизайнына жараша, бир пикселге кошумча электроника окуу ызы-чуунун бир аз жогору болушуна алып келиши мүмкүн.
Rolling жапкычты түшүнүү
Жылуу жалюзи кантип иштейт
Болгону 4 транзисторду жана эч кандай сактоо түйүнүн колдонуу менен, CMOS пикселдик дизайнынын бул жөнөкөй түрү электрондук жапкычтын татаалыраак иштешине алып келет. Жылдырма жапкыч пикселдер сенсордун экспозициясын бирден бир сапта баштап, токтотуп, сенсорду ылдыйга "жылдырып" коёт. Ар бир экспозиция үчүн карама-каршы ырааттуулук (сүрөттө да көрсөтүлгөн) аткарылат:
Сүрөт: 6x6 пикселдик камера сенсору үчүн жылма жапкыч процесси
Биринчи кадр сенсордун жогору жагында экспозицияны (сары) баштайт, сап убактысына бир сызык ылдамдыгы менен ылдый карай шыпырат. Үстүнкү сызык үчүн экспозиция аяктагандан кийин, окулчу (кызгылт көк), андан кийин кийинки экспозициянын башталышы (көк) сенсорду шыпырып жиберет.
1. Жерге алынган заряддарды тазалоо менен сенсордун үстүнкү сабына таасир этүүнү баштаңыз.
2. "Катар убакыт" өткөндөн кийин, сенсордун экинчи катарына өтүп, сенсорду ылдый кайталап, экспозицияны баштаңыз.
3. Эң жогорку сап үчүн суралган экспозиция убактысы аяктагандан кийин, окуу архитектурасы аркылуу алынган заряддарды жөнөтүү менен экспозицияны бүтүрүңүз. Бул үчүн кеткен убакыт "катар убакыт" болуп саналат.
4. Катар үчүн окуу аяктагандан кийин, ал 1-кадамдан баштап экспозицияны кайра баштоого даяр, ал тургай, бул мурунку экспозицияны аткарган башка саптар менен кайталанууну билдирет.
Жылма жапкычтын артыкчылыктары
●Төмөн жарыкта жакшыраак иштөө– Пикселдик дизайн жарык чогултууга артыкчылык берип, күңүрт шарттарда сигналдын ызы-чуу катышын жакшыртат.
●Жогорку динамикалык диапазон– Ырааттуу окуу дизайндары жаркыраган жарык жана кара көлөкөлөрдү жакшыраак чече алат.
●Дагы жеткиликтүү– Rolling жапкыч CMOS сенсорлор көбүрөөк таралган жана өндүрүү үчүн үнөмдүү.
Rolling жапкычтын чектөөлөрү
●Motion Artifacts– Тез кыймылдаган объектилер кыйшайган же ийилгендей көрүнүшү мүмкүн, бул "айлануучу жапкыч эффекти" деп аталат.
●Видеодогу Jello эффекти– Термелүү же тез панорамалуу колго түшүрүлгөн сүрөттөр сүрөттө солкулдап кетиши мүмкүн.
●Синхрондоштуруу көйгөйлөрү– Тышкы окуялар менен так убакытты талап кылган колдонмолор үчүн идеалдуу эмес.
Global vs. Rolling жапкыч: жанаша салыштыруу
Бул жерде жылма жана глобалдык жапкычтарды салыштыруунун жогорку деңгээлдеги көрүнүшү:
| Өзгөчөлүк | Rolling Shutter | Global Shutter |
| Пикселдик дизайн | 4-транзистор (4T), сактоо түйүнү жок | 5+ транзисторлор, сактоо түйүн камтыйт |
| Жарык сезгичтиги | Жогорку толтуруу коэффициенти, арткы жарыктандыруу форматына оңой ылайыкташтырылган → жогорку QE | Төмөн толтуруу фактору, BSI татаалыраак |
| Noise Performance | Жалпысынан окуу ызы-чуусу төмөн | Кошумча схемалардан улам ызы-чуу бир аз жогору болушу мүмкүн |
| Motion Distortion | Мүмкүн (кыйшык, солкулдатуу, желло эффекти) | Эч бири — бардык пикселдер бир эле учурда ачылат |
| Ылдамдык потенциалы | Экспозицияларды кабаттап, бир нече саптарды окуй алат; кээ бир конструкцияларда көбүнчө тезирээк | Бөлүнгөн окуу жардам бере алат да, толук кадр окуу менен чектелген |
| Наркы | Төмөн өндүрүштүк наркы | Өндүрүштүк наркы жогору |
| Мыкты колдонуу учурлары | Жарыктын аздыгы, кинематография, жалпы фотография | Жогорку ылдамдыктагы кыймылды тартуу, өндүрүштүк текшерүү, так метрология |
Негизги аткаруу айырмачылыктары
Жылдырма жапкыч пикселдер адатта сактоо түйүнү жок 4 транзисторлуу (4Т) дизайнын колдонушат, ал эми глобалдык жапкычтар окууга чейин бир пикселге 5 же андан көп транзисторду жана фотоэлектрондорду сактоо үчүн кошумча схеманы талап кылат.
●Толтуруу фактору жана сезгичтик– Жөнөкөй 4T архитектурасы пикселди толтуруу факторунун жогору болушуна мүмкүндүк берет, башкача айтканда, ар бир пикселдин бетинин көбүрөөк бөлүгү жарык чогултууга арналган. Бул дизайн жылма жапкыч сенсорлорун арткы жарыктандырган форматка оңой ыңгайлаштыруу фактысы менен айкалышып, көбүнчө кванттык эффективдүүлүктү жогорулатат.
●Noise Performance– Азыраак транзисторлор жана анча татаал схемалар, адатта, жылма жапкычтар азыраак окуу ызы-чуусун көрсөтүп, аларды жарык аз болгон колдонмолорго ылайыктуу кылат.
●Ылдамдык потенциалы– Айлануучу жалюзи айрым архитектураларда ылдамыраак болушу мүмкүн, анткени алар бири-бирин кайталаган экспозицияга жана окууга мүмкүндүк берет, бирок бул сенсордун дизайнына жана окуу электроникасына абдан көз каранды.
Наркы жана өндүрүш - жылдырма жапкыч пикселдердин жөнөкөйлүгү, адатта, дүйнөлүк жапкычтарга салыштырмалуу өндүрүштүк чыгымдарды азайтат.
Алдынкы ойлор жана техникалар
Pseudo-Global Shutter
Жарыктын сенсорго качан жеткенин так көзөмөлдөй ала турган жагдайларда, мисалы, аппараттык жабдыктардан пайда болгон LED же лазердик жарык булагын колдонуу сыяктуу, жылма жапкыч менен "глобалдык окшош" натыйжаларга жетише аласыз. Бул псевдо-глобалдык жапкыч ыкмасы жарыктандырууну экспозиция терезеси менен синхрондоштуруу менен кыймылдын артефакттарын азайтып, чыныгы глобалдык жапкыч дизайнын талап кылбастан.
Сүрөттүн дал келиши
Жылдырма жапкыч сенсорлору учурдагы кадрдын окуусу аяктаганга чейин кийинки кадрды ачып башташы мүмкүн. Бул кайталанган экспозиция иш циклин жакшыртат жана секундасына кадрлардын максималдуу санын тартуу маанилүү болгон жогорку ылдамдыктагы колдонмолор үчүн пайдалуу, бирок убакытты сезгич эксперименттерди татаалдаштырат.
Бир нече катар окуу
Көптөгөн жогорку ылдамдыктагы CMOS камералары бир эле учурда бир нече катар пикселдерди окуй алат. Кээ бир режимдерде саптар жуп болуп окулат; өркүндөтүлгөн дизайнда, бир эле учурда төрт катарга чейин окууга болот, бул жалпы кадрды окуу убактысын эффективдүү кыскартат.
Бөлүнүүчү сенсор архитектурасы
Айлануучу жана глобалдык жапкычтар бөлүнгөн сенсордун схемасын колдоно алышат, мында сүрөт сенсору вертикалдуу түрдө эки жарымга бөлүнөт, алардын ар бири өзүнүн ADC катарлары менен.
● Айлануучу жапкычты бөлүүчү сенсорлордо окуу көбүнчө борбордон башталып, үстүнкү жана ылдый жагына карай жылдырып, күтүү убактысын дагы азайтат.
● Глобалдык жапкыч конструкцияларында, бөлүнгөн окуу экспозициянын бир эле учурдан өзгөртпөстөн кадр ылдамдыгын жакшыртат.
Колдонмоңуз үчүн кантип тандоо керек: Rolling же глобалдык жапкыч?
Глобалдык жапкыч колдонмолорго пайдалуу болушу мүмкүн
● Окуялардын жогорку тактык убактысын талап кылуу
● Өтө кыска экспозиция убакыттарын талап кылат
● Окуя менен синхрондоштуруу үчүн алуу башталганга чейин суб-миллисекунддук кечиктирүүнү талап кылуу
● Айлануучу жапкычка окшош же тезирээк убакыт шкаласында чоң масштабдагы кыймылды же динамиканы тартыңыз
● Сенсор аркылуу бир эле учурда алуу талап кылынат, бирок чоң аймак боюнча псевдо-глобалдык жапкычты колдонуу үчүн жарык булактарын башкара албайт
Прокат жалюзи колдонмолорго пайдалуу болушу мүмкүн
● Жарыгы аз тиркемелерди колдонуу: Кошумча кванттык эффективдүүлүк жана жылма жапкыч камералардын ызы-чуусу көбүнчө SNRдин жакшырышына алып келет
● Жогорку ылдамдыктагы колдонмолор, анда сенсордогу так бирдей убакыт маанилүү эмес же эксперименталдык убакытка салыштырмалуу кечигүү аз.
● Өндүрүштүн жөнөкөйлүгү жана жылдыргыч камералардын арзандыгы пайдалуу болгон башка жалпы колдонмолор
Жалпы жаңылыш түшүнүктөр
1. "Жылкыч ар дайым жаман."
Туура эмес — жылма жапкычтар көп колдонуу учурлары үчүн идеалдуу жана аз жарыкта жана динамикалык диапазондо глобалдык жапкычтардан ашып кетет.
2. "Глобалдык жапкыч ар дайым жакшы."
Бурмалоосуз тартуу артыкчылыгы болгону менен, баасын, ызы-чуусун жана сезгичтигин алмаштыруу жайыраак сүрөт тартуунун артыкчылыктарынан жогору болушу мүмкүн.
3. "Прокат менен видео тарта албайсың."
Көптөгөн жогорку класстагы кинокамераларда жалюзи эффективдүү колдонулат; кылдат атуу ыкмалары артефакттарды азайтууга болот.
4. "Глобалдык жапкычтар кыймылдын бүдөмүктүгүн жок кылат."
Алар геометриялык бурмалоого жол бербейт, бирок узак экспозициядан улам бүдөмүк кыймыл дагы деле пайда болушу мүмкүн.
Корутунду
CMOS камерасындагы глобалдык жана жылма жапкыч технологияларынын ортосундагы тандоо кыймылды башкаруу, жарык сезгичтиги, наркы жана сиздин конкреттүү колдонмо муктаждыктарыңыздын ортосундагы баланска жараша болот.
● Тез кыймылдаган көрүнүштөр үчүн бурмалоосуз тартуу керек болсо, глобалдык жапкыч так тандоо.
● Эгер сиз жарыктын аз иштөөсүнө, динамикалык диапазонго жана бюджетке артыкчылык берсеңиз, жылма жапкыч көбүнчө эң жакшы натыйжаларды берет.
Бул айырмачылыктарды түшүнүү сиз илимий сүрөттөө, өнөр жай мониторинги же чыгармачыл өндүрүш үчүн туура куралды тандоого кепилдик берет.
Көп берилүүчү суроолор
Аэрофотосүрөткө же дрон картасына түшүрүү үчүн кайсы жапкыч жакшыраак?
Геометриялык тактык өтө маанилүү болгон картага түшүрүү, өлчөө жана текшерүү үчүн бурмалоону болтурбоо үчүн глобалдык жапкыч тандалат. Бирок, чыгармачыл аэровидео үчүн, кыймылдар башкарылса, жылма жапкыч дагы эле сонун натыйжаларды бере алат.
Жапкыч тандоо аз жарыктагы сүрөткө кандай таасир этет?
Жылдырма жалюзи көбүнчө жарыктын аз иштөөсүндө артыкчылыкка ээ, анткени алардын пикселдик дизайны жарыкты чогултуунун эффективдүүлүгүнө артыкчылык бере алат. Глобалдык жапкычтар сезгичтикти бир аз азайта турган татаал схемаларды талап кылышы мүмкүн, бирок заманбап конструкциялар бул боштукту жаап жатат.
А жапкычтын түрү кандайча таасир этет?илимий камера?
Бөлүкчөлөргө көз салуу, клетка динамикасы же баллистика сыяктуу жогорку ылдамдыктагы илимий сүрөттөөдө кыймылдын бурмаланышын болтурбоо үчүн глобалдык жапкыч көбүнчө зарыл. Бирок аз жарыкта флуоресценттик микроскопия үчүн, анsCMOS камерасезгичтикти жана динамикалык диапазону максималдуу жогорулатуу үчүн жылма жапкыч менен тандалышы мүмкүн.
Өнөр жайлык текшерүү үчүн кайсынысы жакшы?
Көпчүлүк өнөр жай инспекциясынын тапшырмаларында, өзгөчө кыймылдуу конвейердик тасмаларды, робототехниканы же машинанын көрүнүшүн камтыган тапшырмаларда, кыймылдан келип чыккан геометриялык каталарсыз так өлчөөлөрдү камсыз кылуу үчүн глобалдык жапкыч коопсуз тандоо болуп саналат.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Бардык укуктар корголгон. Шилтеме бергенде булакты ырастаңыз:www.tucsen.com
