ຄວາມເຂົ້າໃຈເຊັນເຊີ CCD: ພວກມັນແມ່ນຫຍັງແລະວິທີການເຮັດວຽກ |

ເຖິງແມ່ນວ່າໃນປີ 2025, ເຊັນເຊີ CMOS ຄອບຄອງພາບວິທະຍາສາດແລະຜູ້ບໍລິໂພກຄືກັນ, ນີ້ບໍ່ແມ່ນກໍລະນີສະເຫມີ.

CCD ຫຍໍ້ມາຈາກ 'Charge-Coupled Device', ແລະເຊັນເຊີ CCD ແມ່ນເຊັນເຊີກ້ອງດິຈິຕອລເດີມ, ພັດທະນາຄັ້ງທຳອິດໃນປີ 1970. ກ້ອງທີ່ໃຊ້ CCD- ແລະ EMCCD ໄດ້ຖືກແນະນຳທົ່ວໄປສຳລັບການນຳໃຊ້ວິທະຍາສາດຈົນຮອດສອງສາມປີກ່ອນ. ທັງສອງເຕັກໂນໂລຊີຍັງຢູ່ລອດໃນມື້ນີ້, ເຖິງແມ່ນວ່າການນໍາໃຊ້ຂອງເຂົາເຈົ້າໄດ້ກາຍເປັນ niche.

ອັດຕາການປັບປຸງແລະການພັດທະນາຂອງເຊັນເຊີ CMOS ຍັງສືບຕໍ່ເພີ່ມຂຶ້ນ. ຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງເທັກໂນໂລຍີເຫຼົ່ານີ້ຕົ້ນຕໍແມ່ນຢູ່ໃນວິທີທີ່ພວກເຂົາປະມວນຜົນແລະອ່ານອອກຄ່າໄຟຟ້າທີ່ກວດພົບ.

ເຊັນເຊີ CCD ແມ່ນຫຍັງ?

ເຊັນເຊີ CCD ແມ່ນປະເພດຂອງເຊັນເຊີຮູບພາບທີ່ໃຊ້ໃນການຈັບແສງແລະປ່ຽນເປັນສັນຍານດິຈິຕອນ. ມັນປະກອບດ້ວຍ array ຂອງ pixels ທີ່ອ່ອນໄຫວຕໍ່ກັບແສງສະຫວ່າງທີ່ເກັບກໍາ photons ແລະປ່ຽນເປັນຄ່າໄຟຟ້າ.

ການອ່ານເຊັນເຊີ CCD ແຕກຕ່າງຈາກ CMOS ໃນສາມວິທີທີ່ສໍາຄັນ:

● ໂອນຄ່າບໍລິການ: Photoelectrons ທີ່ຈັບໄດ້ແມ່ນເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍໄຟຟ້າສະຖິດຈາກ pixel-to-pixel ຜ່ານເຊັນເຊີໄປຫາພື້ນທີ່ອ່ານຢູ່ລຸ່ມສຸດ.
● ກົນໄກການອ່ານ: ແທນທີ່ຈະເປັນແຖວທັງຫມົດຂອງ analogue to digital converters (ADCs) ການດໍາເນີນງານຂະຫນານ, CCDs ໃຊ້ພຽງແຕ່ຫນຶ່ງຫຼືສອງ ADCs (ຫຼືບາງຄັ້ງຫຼາຍກວ່າ) ທີ່ອ່ານ pixels ຕາມລໍາດັບ.

ການວາງຕົວເກັບປະຈຸແລະເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ: ແທນຕົວເກັບປະຈຸແລະເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງໃນແຕ່ລະ pixels, ແຕ່ລະ ADC ມີ capacitor ແລະເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ.

ເຊັນເຊີ CCD ເຮັດວຽກແນວໃດ?

ນີ້ແມ່ນວິທີການເຊັນເຊີ CCD ເຮັດວຽກເພື່ອໃຫ້ໄດ້ ແລະປະມວນຜົນຮູບພາບ:

ຮູບ: ຂະບວນການອ່ານສໍາລັບເຊັນເຊີ CCD

ໃນຕອນທ້າຍຂອງການເປີດເຜີຍຂອງພວກເຂົາ, ເຊັນເຊີ CCD ທໍາອິດຍ້າຍຄ່າທີ່ເກັບໄດ້ເຂົ້າໄປໃນພື້ນທີ່ເກັບຮັກສາຫນ້າກາກພາຍໃນແຕ່ລະ pixels (ບໍ່ສະແດງ). ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ຫນຶ່ງແຖວຕໍ່ຄັ້ງ, ຄ່າບໍລິການຖືກຍ້າຍໄປຢູ່ໃນທະບຽນການອ່ານ. ຫນຶ່ງຖັນຕໍ່ຄັ້ງ, ຄ່າບໍລິການພາຍໃນທະບຽນການອ່ານແມ່ນອ່ານອອກ.

1. ການເກັບຄ່າບໍລິການ: ເພື່ອເລີ່ມຕົ້ນການໄດ້ມາ, ການສາກໄຟຈະຖືກລ້າງພ້ອມກັນຈາກເຊັນເຊີທັງໝົດ (ເຄື່ອງປິດປະຕູທົ່ວໂລກ).
2. ການສະສົມຄ່າບໍລິການ: ການເກັບຄ່າສະສົມໃນລະຫວ່າງການເປີດຮັບແສງ.
3. ສາກໄຟບ່ອນຈັດເກັບຂໍ້ມູນ: ໃນຕອນທ້າຍຂອງການເປີດເຜີຍ, ຄ່າທີ່ເກັບກໍາໄດ້ຖືກຍ້າຍໄປພື້ນທີ່ຫນ້າກາກຂອງແຕ່ລະ pixels (ເອີ້ນວ່າ interline transfer CCD), ບ່ອນທີ່ເຂົາເຈົ້າສາມາດລໍຖ້າການອ່ານໂດຍບໍ່ມີການ photons ກວດພົບໃຫມ່ຈະຖືກນັບ.
4. ການເປີດເຜີຍຂອງຂອບຕໍ່ໄປ: ດ້ວຍຄ່າທີ່ກວດພົບທີ່ເກັບໄວ້ໃນພື້ນທີ່ປິດບັງຂອງ pixels, ພື້ນທີ່ເຄື່ອນໄຫວຂອງ pixels ສາມາດເລີ່ມຕົ້ນການເປີດເຜີຍຂອງຂອບຕໍ່ໄປ (ຮູບແບບການທັບຊ້ອນ).
5. ການອ່ານຕາມລໍາດັບ: ແຖວຫນຶ່ງຕໍ່ຄັ້ງ, ຄ່າບໍລິການຈາກແຕ່ລະແຖວຂອງກອບສໍາເລັດຮູບໄດ້ຖືກຍ້າຍໄປຢູ່ໃນ 'Readout register'.
6. ອ່ານສຸດທ້າຍ: ຫນຶ່ງຖັນຕໍ່ຄັ້ງ, ຄ່າບໍລິການຈາກແຕ່ລະ pixels ແມ່ນ shutted ເຂົ້າໄປໃນ node readout ສໍາລັບ readout ຢູ່ ADC.
7. ການຄ້າງຫ້ອງ: ຂະບວນການນີ້ເຮັດຊ້ໍາອີກຄັ້ງຈົນກ່ວາການຄິດຄ່າທີ່ກວດພົບໃນທຸກ pixels ຈະຖືກນັບ.

ຄໍຂວດນີ້ເກີດຈາກຄ່າບໍລິການທີ່ກວດພົບທັງຫມົດຖືກອ່ານໂດຍຈໍານວນນ້ອຍໆ (ບາງຄັ້ງຫນຶ່ງ) ຂອງຈຸດອ່ານ, ນໍາໄປສູ່ຂໍ້ຈໍາກັດທີ່ຮ້າຍແຮງໃນການສົ່ງຂໍ້ມູນຂອງເຊັນເຊີ CCD ເມື່ອທຽບກັບ CMOS.

Pros ແລະ Cons ຂອງເຊັນເຊີ CCD

Pros	ຂໍ້ເສຍ
ກະແສມືດຕໍ່າໂດຍປົກກະຕິແມ່ນ ~0.001 e⁻/p/s ເມື່ອເຢັນລົງ.	ຄວາມໄວທີ່ຈໍາກັດການຜ່ານການປົກກະຕິ ~20 MP/s — ຊ້າກ່ວາ CMOS ຫຼາຍ.
ການຄິດຄ່າ Binning On-Pixel ແມ່ນສະຫຼຸບກ່ອນການອ່ານ, ຫຼຸດຜ່ອນສຽງລົບກວນ.	High Read Noise 5–10 e⁻ ເປັນເລື່ອງປົກກະຕິເນື່ອງຈາກການອ່ານ ADC ຈຸດດຽວ.
Global Shutter True ທົ່ວໂລກ ຫຼືໃກ້ທົ່ວໂລກໃນ CCDs interline/frame-transfer.	ຂະໜາດ Pixel ທີ່ໃຫຍ່ກວ່າບໍ່ສາມາດກົງກັບຂໍ້ສະເໜີ CMOS ຂະໜາດນ້ອຍ.
ຮູບພາບທີ່ສູງເປັນເອກະພາບທີ່ດີເລີດສໍາລັບການຮູບພາບປະລິມານ.	ການບໍລິໂພກພະລັງງານສູງຕ້ອງການພະລັງງານຫຼາຍສໍາລັບການປ່ຽນການສາກໄຟແລະການອ່ານອອກ.

ຂໍ້ດີຂອງເຊັນເຊີ CCD

● ກະແສມືດຕໍ່າ: ໂດຍພື້ນຖານແລ້ວເປັນເທກໂນໂລຍີ, ເຊັນເຊີ CCD ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະມີກະແສຄວາມມືດຕໍ່າຫຼາຍ, ໂດຍປົກກະຕິຢູ່ໃນຄໍາສັ່ງຂອງ 0.001 e-/p/s ເມື່ອເຢັນ.
● 'On-pixel' Binning: ເມື່ອ binning, CCDs ເພີ່ມຄ່າບໍລິການກ່ອນການອ່ານ, ບໍ່ແມ່ນຫຼັງຈາກ, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າບໍ່ມີສຽງອ່ານເພີ່ມເຕີມແມ່ນແນະນໍາ. ກະແສຊ້ໍາເພີ່ມຂຶ້ນ, ແຕ່ດັ່ງທີ່ໄດ້ກ່າວໄວ້ຂ້າງເທິງ, ນີ້ມັກຈະຕໍ່າຫຼາຍ.
● Global Shutter: ເຊັນເຊີ CCD 'Interline' ເຮັດວຽກກັບ shutter ທົ່ວໂລກທີ່ແທ້ຈິງ. ເຊັນເຊີ 'Frame Transfer' CCD ໃຊ້ shutter 'ເຄິ່ງທົ່ວໂລກ' (ເບິ່ງ 'Masked' ພາກພື້ນຂອງຮູບ 45) - ຂະບວນການໂອນກອບເພື່ອເລີ່ມຕົ້ນແລະສິ້ນສຸດການເປີດເຜີຍແມ່ນບໍ່ພ້ອມກັນຢ່າງແທ້ຈິງ, ແຕ່ໂດຍປົກກະຕິຈະໃຊ້ເວລາໃນຄໍາສັ່ງ 1-10 microseconds. ບາງ CCDs ໃຊ້ການປິດກົນຈັກ.

ຂໍ້ເສຍຂອງເຊັນເຊີ CCD

●ຄວາມໄວຈໍາກັດ: ການປ້ອນຂໍ້ມູນປົກກະຕິເປັນ pixels ຕໍ່ວິນາທີສາມາດປະມານ 20 Megapixels ຕໍ່ວິນາທີ (MP/s), ທຽບເທົ່າກັບຮູບພາບ 4 MP ທີ່ 5 fps. ນີ້ແມ່ນປະມານ 20x ຊ້າກວ່າ CMOS ທຽບເທົ່າ, ແລະຢ່າງຫນ້ອຍ 100x ຊ້າກວ່າ CMOS ຄວາມໄວສູງ.
● ມີສຽງລົບກວນອ່ານສູງ: ການອ່ານສິ່ງລົບກວນໃນ CCDs ແມ່ນສູງ, ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຍ້ອນຄວາມຕ້ອງການທີ່ຈະແລ່ນ ADC (s) ໃນອັດຕາທີ່ສູງເພື່ອບັນລຸຄວາມໄວກ້ອງຖ່າຍຮູບທີ່ສາມາດໃຊ້ໄດ້. 5 ຫາ 10 e- ແມ່ນທົ່ວໄປສໍາລັບກ້ອງຖ່າຍຮູບ CCD ລະດັບສູງ.
● Pixels ໃຫຍ່ຂຶ້ນ: ສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຈໍານວນຫຼາຍ, pixels ຂະຫນາດນ້ອຍໃຫ້ຂໍ້ໄດ້ປຽບ. ສະຖາປັດຕະຍະກໍາ CMOS ປົກກະຕິອະນຸຍາດໃຫ້ຂະຫນາດ pixels ລວງຕ່ໍາກວ່າ CCD.
● ການບໍລິໂພກພະລັງງານສູງ: ຄວາມຕ້ອງການພະລັງງານສໍາລັບການແລ່ນເຊັນເຊີ CCD ແມ່ນສູງກວ່າ CMOS ຫຼາຍ.

ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງເຊັນເຊີ CCD ໃນຮູບພາບວິທະຍາສາດ

ເຖິງແມ່ນວ່າເທກໂນໂລຍີ CMOS ໄດ້ຮັບຄວາມນິຍົມ, ເຊັນເຊີ CCD ຍັງເປັນທີ່ນິຍົມໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກການຖ່າຍຮູບວິທະຍາສາດບາງຢ່າງທີ່ຄຸນນະພາບຂອງຮູບພາບ, ຄວາມອ່ອນໄຫວແລະຄວາມສອດຄ່ອງແມ່ນສໍາຄັນທີ່ສຸດ. ຄວາມສາມາດທີ່ດີກວ່າຂອງພວກເຂົາໃນການຈັບສັນຍານແສງສະຫວ່າງຕ່ໍາທີ່ມີສິ່ງລົບກວນຫນ້ອຍເຮັດໃຫ້ພວກເຂົາເຫມາະສົມສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາ.

ດາລາສາດ

ເຊັນເຊີ CCD ມີຄວາມສຳຄັນໃນການຖ່າຍຮູບທາງດາລາສາດ ເນື່ອງຈາກຄວາມສາມາດຂອງພວກມັນໃນການຈັບແສງອ່ອນໆຈາກດາວ ແລະ galaxies ທີ່ຫ່າງໄກ. ພວກມັນຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນທັງນັກສັງເກດການແລະນັກດາລາສາດນັກສມັກເລ່ນແບບພິເສດສໍາລັບການຖ່າຍຮູບທາງອາວະກາດທີ່ມີແສງຍາວ, ສະຫນອງຮູບພາບທີ່ຊັດເຈນ, ລະອຽດ.

ກ້ອງຈຸລະທັດ ແລະ ວິທະຍາສາດຊີວິດ

ໃນວິທະຍາສາດຊີວິດ, ເຊັນເຊີ CCD ຖືກໃຊ້ເພື່ອຈັບສັນຍານ fluorescence ທີ່ອ່ອນແອຫຼືໂຄງສ້າງຂອງຈຸລັງທີ່ອ່ອນໂຍນ. ຄວາມອ່ອນໄຫວສູງແລະຄວາມເປັນເອກະພາບຂອງພວກມັນເຮັດໃຫ້ພວກມັນສົມບູນແບບສໍາລັບແອັບພລິເຄຊັນຕ່າງໆເຊັ່ນ: ກ້ອງຈຸລະທັດ fluorescence, ການຖ່າຍຮູບເຊນທີ່ມີຊີວິດ, ແລະພະຍາດທາງດິຈິຕອນ. ການຕອບສະ ໜອງ ແສງສະຫວ່າງຕາມເສັ້ນຂອງພວກເຂົາຮັບປະກັນການວິເຄາະປະລິມານທີ່ຖືກຕ້ອງ.

ການກວດສອບ semiconductor

ເຊັນເຊີ CCD ແມ່ນສໍາຄັນໃນການຜະລິດ semiconductor, ໂດຍສະເພາະສໍາລັບການກວດກາ wafer. ຄວາມລະອຽດສູງຂອງພວກເຂົາແລະຄຸນນະພາບການຖ່າຍຮູບທີ່ສອດຄ່ອງແມ່ນຈໍາເປັນສໍາລັບການກໍານົດຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງຈຸນລະພາກໃນຊິບ, ຮັບປະກັນຄວາມແມ່ນຍໍາທີ່ຕ້ອງການໃນການຜະລິດ semiconductor.

X-ray ແລະຮູບພາບວິທະຍາສາດ

ເຊັນເຊີ CCD ຍັງຖືກນຳໃຊ້ຢູ່ໃນລະບົບກວດຈັບ X-ray ແລະແອັບພລິເຄຊັນການຖ່າຍຮູບພິເສດອື່ນໆ. ຄວາມສາມາດໃນການຮັກສາອັດຕາສ່ວນສັນຍານຕໍ່ສຽງລົບກວນສູງ, ໂດຍສະເພາະໃນເວລາທີ່ເຢັນ, ແມ່ນສໍາຄັນສໍາລັບການຖ່າຍຮູບທີ່ຊັດເຈນໃນເງື່ອນໄຂທີ່ທ້າທາຍເຊັ່ນ: crystallography, ການວິເຄາະວັດສະດຸ, ແລະການທົດສອບທີ່ບໍ່ມີການທໍາລາຍ.

ເຊັນເຊີ CCD ຍັງມີຄວາມກ່ຽວຂ້ອງໃນມື້ນີ້ບໍ?

ກ້ອງ Tucsen H-694 & 674 CCD

ເຖິງວ່າຈະມີການພັດທະນາຢ່າງໄວວາຂອງເຕັກໂນໂລຢີ CMOS, ເຊັນເຊີ CCD ແມ່ນຢູ່ໄກຈາກສິ່ງທີ່ລ້າສະໄຫມ. ພວກມັນຍັງຄົງເປັນທາງເລືອກທີ່ມັກໃນວຽກງານການຖ່າຍພາບທີ່ມີແສງຕ່ຳສຸດ ແລະ ຄວາມແມ່ນຍຳສູງ, ເຊິ່ງຄຸນນະພາບຂອງຮູບພາບ ແລະ ຄຸນລັກສະນະຂອງສຽງລົບກວນແມ່ນສຳຄັນ. ໃນຂົງເຂດຕ່າງໆເຊັ່ນ: ດາລາສາດໃນອາວະກາດເລິກ ຫຼື ກ້ອງຈຸລະທັດ fluorescence ຂັ້ນສູງ, ກ້ອງ CCD ມັກຈະມີປະສິດທິພາບຫຼາຍກວ່າທາງເລືອກ CMOS ຫຼາຍອັນ.

ຄວາມເຂົ້າໃຈຈຸດແຂງແລະຈຸດອ່ອນຂອງເຊັນເຊີ CCD ຊ່ວຍໃຫ້ນັກຄົ້ນຄວ້າແລະວິສະວະກອນເລືອກເຕັກໂນໂລຢີທີ່ເຫມາະສົມກັບຄວາມຕ້ອງການສະເພາະຂອງພວກເຂົາ, ຮັບປະກັນການປະຕິບັດທີ່ດີທີ່ສຸດໃນການນໍາໃຊ້ວິທະຍາສາດຫຼືອຸດສາຫະກໍາຂອງພວກເຂົາ.

FAQs

ຂ້ອຍຄວນເລືອກເຊັນເຊີ CCD ເມື່ອໃດ?

ເຊັນເຊີ CCD ແມ່ນຫາຍາກຫຼາຍໃນທຸກມື້ນີ້ກ່ວາສິບປີກ່ອນ, ຍ້ອນວ່າເຕັກໂນໂລຢີ CMOS ເລີ່ມຕົ້ນທີ່ຈະບຸກໂຈມຕີເຖິງແມ່ນການປະຕິບັດໃນປະຈຸບັນຊ້ໍາຕ່ໍາ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ຈະມີແອັບພລິເຄຊັ່ນທີ່ປະສົມປະສານຂອງຄຸນລັກສະນະປະສິດທິພາບຂອງພວກມັນ ເຊັ່ນ: ຄຸນນະພາບຂອງພາບທີ່ເໜືອກວ່າ, ມີສຽງລົບກວນໜ້ອຍ ແລະ ຄວາມອ່ອນໄຫວສູງ-ໃຫ້ປະໂຫຍດ.

ເປັນຫຍັງກ້ອງວິທະຍາສາດຈຶ່ງໃຊ້ເຊັນເຊີ CCD ເຢັນ?

ຄວາມເຢັນຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄວາມລົບກວນຄວາມຮ້ອນໃນລະຫວ່າງການຖ່າຍຮູບ, ປັບປຸງຄວາມຊັດເຈນ ແລະຄວາມລະອຽດອ່ອນຂອງຮູບພາບ. ນີ້ແມ່ນສິ່ງສໍາຄັນໂດຍສະເພາະສໍາລັບການຖ່າຍພາບທາງວິທະຍາສາດທີ່ມີແສງສະຫວ່າງຕ່ໍາແລະແສງຍາວ, ຊຶ່ງເປັນເຫດຜົນທີ່ວ່າຫຼາຍຊັ້ນສູງ.ກ້ອງວິທະຍາສາດອີງໃສ່ CCDs ເຢັນເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຜົນທີ່ຊັດເຈນກວ່າ, ສະອາດກວ່າ.

ໂໝດການທັບຊ້ອນກັນຢູ່ໃນເຊັນເຊີ CCD ແລະ EMCCD ແມ່ນຫຍັງ ແລະມັນປັບປຸງປະສິດທິພາບກ້ອງຖ່າຍຮູບແນວໃດ?

ເຊັນເຊີ CCD ແລະ EMCCD ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວສາມາດເປັນ 'ໂໝດທັບຊ້ອນ'. ສໍາລັບກ້ອງຖ່າຍຮູບ shutter ທົ່ວໂລກ, ນີ້ຫມາຍເຖິງຄວາມສາມາດໃນການອ່ານເຟຣມທີ່ຜ່ານມາໃນລະຫວ່າງການເປີດເຜີຍຂອງກອບຕໍ່ໄປ. ນີ້ນໍາໄປສູ່ວົງຈອນຫນ້າທີ່ສູງ (ໃກ້ກັບ 100%), ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າເວລາຫນ້ອຍທີ່ສຸດແມ່ນເສຍເວລາທີ່ຈະບໍ່ເປີດເຜີຍເຟຣມກັບແສງສະຫວ່າງ, ແລະດັ່ງນັ້ນອັດຕາເຟຣມທີ່ສູງຂຶ້ນ.

ໝາຍເຫດ: ໂໝດການທັບຊ້ອນກັນມີຄວາມໝາຍແຕກຕ່າງກັນສຳລັບເຊັນເຊີການເລື່ອນ.

ຖ້າທ່ານຕ້ອງການຮຽນຮູ້ເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບປະຕູມ້ວນ, ກະລຸນາຄລິກ:

ໂໝດຄວບຄຸມການປິດປະຕູມ້ວນເຮັດວຽກແນວໃດ ແລະວິທີການນຳໃຊ້ມັນ