25/08/05Смартфондордон баштап илимий аспаптарга чейин сүрөт сенсорлору бүгүнкү визуалдык технологиянын өзөгүн түзөт. Алардын арасында CMOS сенсорлору үстөмдүк кылып, күнүмдүк сүрөттөрдөн баштап микроскопияга жана жарым өткөргүчтөрдү текшерүүгө чейин бардыгын кубаттады.
"Комплементардык металл оксидинин жарым өткөргүчү" (CMOS) технологиясы - бул электрондук архитектура жана өндүрүш процесстеринин технологияларынын жыйындысы, алардын колдонулушу укмуштуудай кенен. Чынында эле, CMOS технологиясы заманбап санариптик доордун негизи деп айтууга болот.
CMOS сенсор деген эмне?
CMOS сүрөт сенсорлору (CIS) активдүү пикселдерди колдонушат, бул камеранын ар бир пикселинде үч же андан көп транзисторлорду колдонууну билдирет. CCD жана EMCCD пикселдеринде транзисторлор жок.
Ар бир пикселдеги транзисторлор бул "активдүү" пикселдерди башкарууга, сигналдарды "талаа эффектиси" транзисторлору аркылуу күчөтүүгө жана алардын маалыматтарына параллелдүү кирүүгө мүмкүндүк берет. Бүтүндөй бир сенсор же сенсордун олуттуу бөлүгү үчүн бир окуу жолунун ордуна, аCMOS камеракеминде бир бүтүндөй окуу ADC саптарын, сенсордун ар бир тилкеси үчүн бир (же андан көп) ADC камтыйт. Алардын ар бири өз тилкесинин маанисин бир эле учурда окуй алат. Андан тышкары, бул "активдүү пикселдик" сенсорлор CMOS санарип логикасына шайкеш келип, сенсордун потенциалдуу иштешин жогорулатат.
Бул сапаттар чогуу CMOS сенсорлоруна ылдамдыгын берет. Ошентсе да, параллелизмдин бул өсүшүнүн аркасында, айрым ADCs аныкталган сигналдарды көбүрөөк тактык менен өлчөө үчүн көбүрөөк убакыт талап кылынат. Бул конвертациялоонун узунураак убакыттары, ал тургай, жогорку пикселдердин саны үчүн да, ызы-чууну өтө төмөн иштетүүгө мүмкүндүк берет. Ушунун жана башка инновациялардын аркасында CMOS сенсорлорунун окуу ызы-чуулары CCD-ларга караганда 5x – 10x төмөн.
Заманбап илимий CMOS (sCMOS) камералары изилдөө колдонмолорунда аз ызы-чуу жана жогорку ылдамдыкта сүрөт тартуу үчүн иштелип чыккан CMOS адистештирилген чакан түрү болуп саналат.
CMOS сенсорлору кантип иштейт? (анын ичинде Rolling vs Global Shutter)
Кадимки CMOS сенсорунун иштеши сүрөттө көрсөтүлгөн жана төмөндө көрсөтүлгөн. Төмөндөгү операциялык айырмачылыктардын натыйжасында экспозициянын убактысы жана иштеши глобалдык жана жылма жапкыч CMOS камералары үчүн айырмаланарын эске алыңыз.
Сүрөт: CMOS сенсор үчүн окуу процесси
ЭСКЕРТҮҮ: CMOS камералары үчүн окуу процесси текстте талкуулангандай, "жылжымалы жапкыч" жана "глобалдык жапкыч" камераларынын ортосунда айырмаланат. Кандай болбосун, ар бир пикселде аныкталган фотоэлектрондордун санына негизделген чыңалууну пайда кылган конденсатор жана күчөткүч бар. Ар бир сап үчүн ар бир мамычанын чыңалуулары бир эле учурда санариптик конвертерлердин колонна аналогу менен өлчөнөт.
Rolling Shutter
1. Айлануучу жапкыч CMOS сенсору үчүн, үстүнкү катардан (же бөлүүчү камералар үчүн борбордон) баштап, ошол катардын экспозициясын баштоо үчүн саптан зарядды тазалаңыз.
2. "Саптык убакыт" өткөндөн кийин (адатта 5-20 мкс), кийинки катарга өтүп, 1-кадамдан баштап сенсор толугу менен ачыкка чыкканга чейин кайталаъыз.
3. Ар бир катар үчүн заряддар экспозиция учурунда, ал катар экспозиция убактысы аяктаганга чейин чогулат. Башталган биринчи катар биринчи бүтөт.
4. Экспозиция катары менен аяктагандан кийин, заряддарды окуу конденсаторуна жана күчөткүчкө өткөрүңүз.
5. Ошол катардагы ар бир күчөткүчтөгү чыңалуу ADC мамычасына туташтырылат, ал эми сигнал катардагы ар бир пиксел үчүн өлчөнөт.
6. Окуу жана баштапкы абалга келтирүү операциясы аяктоо үчүн "сызык убактысын" талап кылат, андан кийин экспозицияны баштоо үчүн кийинки катар анын экспозиция убактысынын аягына жетип, процесс 4-кадамдан кайталанат.
7. Үстүнкү катар үчүн окуу аяктагандан кийин, төмөнкү катар учурдагы кадрды ачып баштаганда, жогорку сап кийинки кадрдын экспозициясын башташы мүмкүн (кабатталуу режими). Эгерде экспозиция убактысы кадр убактысынан кыскараак болсо, жогорку сап төмөнкү сап экспозицияны баштоону күтүшү керек. Эң кыска мүмкүн болгон экспозиция, адатта, бир сап убактысы.
Туксендин FL 26BW муздатылган CMOS камерасы, Sony IMX533 сенсорун камтыган бул жылма жапкыч технологиясын колдонот.
Global Shutter
1. Сатып алууну баштоо үчүн, заряд бир эле учурда бүт сенсордон тазаланат (пикселдин скважинасынын глобалдык абалга келтирилиши).
2. Экспозиция учурунда заряд топтолот.
3. Экспозициянын аягында чогулган заряддар ар бир пикселдин ичиндеги маскаланган кудукка жылдырылат, ал жерде алар жаңы табылган фотондор эсептелбестен окууну күтө алышат. Кээ бир камералар бул этапта заряддарды пикселдик конденсаторго жылдырат.
4. Ар бир пикселдин маскаланган аймагында сакталган табылган заряддар менен, пикселдин активдүү аянты кийинки кадрдын экспозициясын башташы мүмкүн (кабатталуу режими).
5. Маскаланган аймактан окуу процесси жылма жапкыч датчиктериндей жүрөт: Заряддар бирден бир катарда, сенсордун жогору жагында маскаланган скважинадан окуу конденсаторуна жана күчөткүчкө которулат.
6. Ошол катардагы ар бир күчөткүчтөгү чыңалуу ADC мамычасына туташтырылган жана сигнал катардагы ар бир пиксел үчүн өлчөнөт.
7. Окуу жана баштапкы абалга келтирүү операциясы бүтүрүү үчүн "сап убактысын" талап кылат, андан кийин процесс 5-кадамдан кийинки сап үчүн кайталанат.
8. Бардык саптар окулгандан кийин, камера кийинки кадрды окууга даяр жана процессти 2-кадамдан, же эгерде экспозиция убактысы өтүп кеткен болсо, 3-кадамдан баштап кайталаса болот.
Tucsen's Libra 3412M Mono sCMOS камерасыкыймылдуу үлгүлөрдү так жана тез тартууга мүмкүндүк берүүчү глобалдык жапкыч технологиясын колдонот.
CMOS сенсорлорунун жакшы жана жаман жактары
Pros
● Жогорку ылдамдык: CMOS сенсорлору, адатта, CCD же EMCCD сенсорлоруна караганда маалыматтарды өткөрүүдө 1-2 даражага тезирээк.
● Чоңураак сенсорлор: Тезирээк берилиштерди өткөрүү пикселдердин көбүрөөк санын жана ондогон же жүздөгөн мегапикселдерге чейин чоңураак көрүү талааларын берет.
● Төмөн ызы-чуу: Кээ бир CMOS сенсорлору кошумча ызы-чуу булактарын кошо турган зарядды көбөйтүүнү талап кылбастан, 0.25e-ге чейин ызы-чууларды окуй алат.
● Пиксел өлчөмүнүн ийкемдүүлүгү: Керектөөчү жана смартфондун камера сенсорлору пикселдик өлчөмдөрдү ~1 мкм диапазонго түшүрөт, ал эми 11 мкмге чейинки пиксел өлчөмүндөгү илимий камералар кеңири таралган жана 16 мкмге чейин жеткиликтүү.
● Төмөнкү энергия керектөө: CMOS камераларынын аз кубаттуулукка болгон талаптары аларды илимий жана өндүрүштүк колдонмолордун кеңири түрлөрүндө колдонууга мүмкүндүк берет.
● Баасы жана колдонуу мөөнөтү: Төмөн чендеги CMOS камералары адатта CCD камераларына окшош же баасы төмөн, ал эми жогорку класстагы CMOS камералары EMCCD камераларына караганда баасы боюнча бир топ төмөн. Алардын күтүлгөн кызмат мөөнөтү EMCCD камерасынан алда канча ашып кетиши керек.
Кемчиликтери
● Жалюзи: Илимий CMOS камераларынын көпчүлүгүндө жылма жапкыч бар, ал эксперименталдык иш процесстерине татаалдаштырат же кээ бир колдонмолорду жокко чыгара алат.
● Жогорку караңгы токt: Көпчүлүк CMOS камералары CCD жана EMCCD сенсорлоруна караганда алда канча жогору караңгы токко ээ, кээде узак экспозицияларда олуттуу ызы-чуу пайда болот (> 1 секунд).
CMOS сенсорлору бүгүн кайда колдонулат
Алардын ар тараптуулугу аркасында CMOS сенсорлору көптөгөн тиркемелерде кездешет:
● Колдонуучу электроника: Смартфондор, веб-камералар, DSLR, экшн камералары.
● Жашоо илимдери: CMOS сенсорлорунун күчүмикроскопиялык камераларфлуоресценттик сүрөттөө жана медициналык диагностикада колдонулат.
● Астрономия: Телескоптор жана космостук сүрөттөө аппараттары көбүнчө илимий CMOS (sCMOS) жогорку чечим жана аз ызы-чуу үчүн колдонушат.
● Өнөр жай инспекциясы: Автоматташтырылган оптикалык текшерүү (AOI), робототехника жанажарым өткөргүчтөрдү текшерүү үчүн камераларылдамдык жана тактык үчүн CMOS сенсорлоруна таян.
● Автоунаа: Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), арткы көрүнүш жана парковка камералары.
● Көзөмөл жана коопсуздук: Жарыгы аз жана кыймылды аныктоо системалары.
Алардын ылдамдыгы жана үнөмдүүлүгү CMOSти жогорку көлөмдөгү коммерциялык максатта да, адистештирилген илимий иштерде да чечүүчү чечим кылат.
Эмне үчүн CMOS азыр заманбап стандарт болуп саналат
CCD'ден CMOSга өтүү бир күндө болгон жок, бирок бул сөзсүз эле. Мына, эмне үчүн CMOS азыр сүрөт индустриясынын негизи болуп саналат:
● Өндүрүштүк артыкчылык: Жарым өткөргүчтөрдү даярдоонун стандарттык линияларына курулган, баасын төмөндөтөт жана масштабдуулукту жакшыртат.
● Иштин натыйжалары: Айлануучу жана глобалдык жапкыч опциялары, жакшыртылган жарыктын аз сезгичтиги жана кадр ылдамдыгы жогору.
● Интеграция жана чалгындоо: CMOS сенсорлору азыр чипте AI иштетүүнү, четтөөлөрдү эсептөөнү жана реалдуу убакытта анализди колдойт.
● Инновация: Үйүлгөн CMOS, кванта сүрөт сенсорлору жана ийри сенсорлор сыяктуу жаңы пайда болгон сенсор түрлөрү CMOS платформаларында курулган.
Смартфондорго чейинилимий камералар, CMOS ийкемдүү, күчтүү жана келечекке даяр экендигин далилдеди.
Корутунду
CMOS сенсорлору өндүрүмдүүлүгүнүн, эффективдүүлүгүнүн жана наркынын тең салмактуулугунун аркасында көпчүлүк сүрөттөө колдонмолору үчүн заманбап стандартка айланган. Күнүмдүк эскерүүлөр болобу же жогорку ылдамдыктагы илимий анализ жүргүзүү болобу, CMOS технологиясы бүгүнкү визуалдык дүйнөнүн пайдубалын түзөт.
Глобалдык жапкыч CMOS жана sCMOS сыяктуу инновациялар технологиянын мүмкүнчүлүктөрүн кеңейтүүнү улантып жаткандыктан, анын үстөмдүгү кийинки жылдарга дагы уланат.
Көп берилүүчү суроолор
Прокат жапкыч менен глобалдык жапкычтын ортосунда кандай айырма бар?
Жылдырма жапкыч сүрөт маалыматтарын сызык боюнча окуйт, бул тез кыймылдуу объекттерди тартып жатканда кыймыл артефакттарына (мисалы, кыйшаюу же солкулдатуу) алып келиши мүмкүн.
Глобалдык жапкыч бир эле учурда бүт кадрды тартып, кыймылдагы бурмалоону жок кылат. Бул машина көрүү жана илимий эксперименттер сыяктуу жогорку ылдамдыктагы сүрөттөө колдонмолору үчүн идеалдуу.
Rolling Shutter CMOS Overlap Mode деген эмне?
Жылдырма жапкыч CMOS камералары үчүн, кабатталган режимде, кийинки кадрдын экспозициясы учурдагы кадр толук аяктаганга чейин башталышы мүмкүн, бул кадр ылдамдыгын жогорулатууга мүмкүндүк берет. Бул мүмкүн, анткени ар бир саптын экспозициясы жана окулушу убакыттын өтүшү менен жылдырылат.
Бул режим максималдуу кадр ылдамдыгы жана өткөрүү жөндөмдүүлүгү маанилүү болгон колдонмолордо, мисалы, жогорку ылдамдыктагы текшерүүдө же реалдуу убакыт режиминде көз салууда пайдалуу. Бирок, ал убакыттын жана синхрондоштуруунун татаалдыгын бир аз жогорулатат.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Бардык укуктар корголгон. Шилтеме бергенде булакты ырастаңыз:www.tucsen.com
