25/07/31Хэдийгээр 2025 онд CMOS мэдрэгчүүд шинжлэх ухаан болон хэрэглэгчийн дүрслэлд давамгайлж байсан ч энэ нь үргэлж тийм байгаагүй.
CCD гэдэг нь "Цэнэглэдэг төхөөрөмж" гэсэн үг бөгөөд CCD мэдрэгч нь 1970 онд анх бүтээгдсэн дижитал камерын анхны мэдрэгч юм. Хэдэн жилийн өмнө CCD болон EMCCD дээр суурилсан камеруудыг шинжлэх ухааны хэрэглээнд ашиглахыг санал болгож байсан. Энэ хоёр технологи нь өнөөг хүртэл хадгалагдсаар байгаа ч хэрэглээ нь тодорхой болсон.
CMOS мэдрэгчийг сайжруулах, хөгжүүлэх хурд нэмэгдсээр байна. Эдгээр технологийн ялгаа нь илэрсэн электрон цэнэгийг боловсруулах, унших аргад голчлон оршдог.
CCD мэдрэгч гэж юу вэ?
CCD мэдрэгч нь гэрлийг барьж дижитал дохио болгон хувиргахад ашигладаг дүрс мэдрэгчийн төрөл юм. Энэ нь фотоныг цуглуулж, цахилгаан цэнэг болгон хувиргадаг гэрэл мэдрэмтгий пикселийн массиваас бүрдэнэ.
CCD мэдрэгчийн уншилт нь CMOS-ээс гурван чухал зүйлээр ялгаатай:
● Цэнэг шилжүүлэх: Баригдсан фотоэлектронууд нь мэдрэгчийн дундуур пикселээс пиксел рүү электростатикаар шилжиж, доод хэсэгт байрлах унших хэсэг рүү шилждэг.
● Унших механизм: Зэрэгцээ ажилладаг бүхэл бүтэн аналоги дижитал хөрвүүлэгчийн (ADC) оронд CCD нь пикселүүдийг дараалан уншдаг нэг юмуу хоёр ADC (эсвэл түүнээс ч олон) ашигладаг.
Конденсатор ба өсгөгчийн байршил: Пиксел бүрт конденсатор ба өсгөгчийн оронд ADC бүр нэг конденсатор ба өсгөгчтэй байна.
CCD мэдрэгч хэрхэн ажилладаг вэ?
Зураг авах, боловсруулахын тулд CCD мэдрэгч хэрхэн ажилладагийг энд харуулав.
Зураг: CCD мэдрэгчийг унших процесс
Харагдах хугацааны төгсгөлд CCD мэдрэгчүүд эхлээд цуглуулсан цэнэгээ пиксел бүрийн доторх далдлагдсан хадгалах хэсэгт шилжүүлдэг (зурагт харуулаагүй). Дараа нь төлбөрийг нэг нэг эгнээгээр унших бүртгэлд шилжүүлнэ. Унших бүртгэлийн хураамжийг нэг баганаар уншина.
1. Цэнэг цэвэрлэх: Худалдан авалтыг эхлүүлэхийн тулд бүхэл мэдрэгчээс (дэлхийн хаалт) цэнэгийг нэгэн зэрэг цэвэрлэнэ.
2. Цэнэг хуримтлуулах: Өртөх үед цэнэг хуримтлагдана.
3. Цэнэглэх сан: Нөлөөллийн төгсгөлд цуглуулсан цэнэгүүд нь пиксел бүрийн доторх далдлагдсан хэсэг рүү (мөр хоорондын дамжуулалтын CCD гэж нэрлэгддэг) шилжиж, шинэ илэрсэн фотоныг тоолохгүйгээр уншихыг хүлээх боломжтой.
4. Дараагийн хүрээний үзүүлбэр: Илэрсэн цэнэгүүдийг пикселийн далдлагдсан хэсэгт хадгалснаар пикселийн идэвхтэй талбар нь дараагийн фрэймийн (давхцах горим) өртөлтийг эхлүүлж болно.
5. Дараалсан унших: Дууссан фрэймийн мөр бүрийн цэнэгийг нэг нэг эгнээнд "унших бүртгэл" рүү шилжүүлнэ.
6. Эцсийн уншлага: Нэг удаад нэг багана, пиксел бүрийн цэнэгийг ADC дээр уншихын тулд унших зангилаа руу шилжүүлдэг.
7. Давталт: Бүх пиксел дэх илэрсэн цэнэгийг тоолох хүртэл энэ процесс давтагдана.
Цөөн тооны (заримдаа нэг) унших цэгээр илрүүлсэн бүх цэнэгийг уншсанаас үүссэн энэхүү түгжрэл нь CMOS-той харьцуулахад CCD мэдрэгчийн өгөгдөл дамжуулах чадварыг эрс хязгаарлахад хүргэдэг.
CCD мэдрэгчийн давуу болон сул талууд
| Давуу тал | Сул талууд |
| Бага харанхуй гүйдэл Хөргөх үед ихэвчлэн ~0.001 e⁻/p/s. | Хязгаарлагдмал хурд Ердийн дамжуулах чадвар ~20 MP/s — CMOS-ээс хамаагүй удаан. |
| Уншихаас өмнө Pixel-ийн Binning төлбөрийг нэгтгэж, дуу чимээг бууруулдаг. | Унших өндөр чимээ 5-10 e⁻ нь нэг цэгийн ADC уншилтын улмаас түгээмэл байдаг. |
| Global Shutter Interline/frame-transfer CCD-д жинхэнэ дэлхийн эсвэл бараг дэлхийн хаалт. | Илүү том пикселийн хэмжээ нь CMOS-ийн санал болгож буй жижигрүүлэх тохиргоотой таарахгүй байна. |
| Өндөр зургийн жигд байдал Тоон дүрслэлд маш сайн. | Өндөр эрчим хүчний хэрэглээ Цэнэг шилжүүлэх, уншихад илүү их хүч шаардагдана. |
CCD мэдрэгчийн давуу тал
● Бага харанхуй гүйдэл: Технологийн хувьд CCD мэдрэгч нь хөргөх үед ихэвчлэн 0.001 e-/p/s-ийн дарааллаар маш бага харанхуй гүйдэлтэй байдаг.
● 'Pixel дээр' Binning: Бинлэх үед CCD нь уншсаны дараа биш харин өмнө хураамж нэмдэг бөгөөд энэ нь нэмэлт унших чимээ гарахгүй гэсэн үг юм. Харанхуй гүйдэл нэмэгддэг боловч дээр дурдсанчлан энэ нь ихэвчлэн маш бага байдаг.
● Global Shutter: 'Interline' CCD мэдрэгч нь жинхэнэ дэлхийн хаалттай ажилладаг. "Frame Transfer" CCD мэдрэгч нь "хагас глобал" хаалтыг ашигладаг (Зураг 45-ын "Масклагдсан" бүсийг үзнэ үү) - өртөлтийг эхлүүлэх, дуусгахын тулд фрэйм дамжуулах үйл явц нь үнэхээр нэгэн зэрэг биш боловч ихэвчлэн 1-10 микросекундын дарааллаар явагддаг. Зарим CCD нь механик хаалтыг ашигладаг.
CCD мэдрэгчийн сул талууд
● Хязгаарлагдмал хурд: секундэд пикселээр илэрхийлсэн ердийн өгөгдөл дамжуулах хурд нь секундэд 20 мегапиксел (МП/с) байж болох бөгөөд энэ нь 5 fps хурдтай 4 МП дүрстэй тэнцэнэ. Энэ нь ижил төстэй CMOS-аас ойролцоогоор 20 дахин, өндөр хурдны CMOS-оос дор хаяж 100 дахин удаан байна.
● Унших чимээ ихтэй: CCD-ийн унших чимээ өндөр байдаг нь камерын хурдыг ашиглахын тулд ADC(ууд)-ыг өндөр хурдаар ажиллуулах шаардлагатай байдагтай холбоотой. 5-аас 10 e- өндөр чанартай CCD камеруудад түгээмэл байдаг.
● Илүү том пиксел: Олон хэрэглээний хувьд жижиг пикселүүд нь давуу талтай. Ердийн CMOS архитектур нь CCD-ээс бага пикселийн хэмжээг зөвшөөрдөг.
● Эрчим хүчний өндөр зарцуулалт: CCD мэдрэгчийг ажиллуулахад шаардагдах хүч нь CMOS-ээс хамаагүй өндөр байдаг.
Шинжлэх ухааны дүрслэлд CCD мэдрэгчийн хэрэглээ
Хэдийгээр CMOS технологи нь түгээмэл болсон ч зургийн чанар, мэдрэмж, тууштай байдал хамгийн чухал байдаг шинжлэх ухааны дүрслэлийн зарим програмуудад CCD мэдрэгчийг илүүд үздэг хэвээр байна. Тэдний бага гэрлийн дохиог дуу чимээ багатай авах чадвар нь тэдгээрийг нарийн хэрэглээнд тохиромжтой болгодог.
Одон орон судлал
CCD мэдрэгч нь алс холын одод болон галактикаас бүдэг гэрлийг авах чадвартай тул одон орны дүрслэлд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Эдгээрийг ажиглалтын төвүүд болон дэвшилтэт сонирхогчдын одон орон судлалд өргөнөөр ашигладаг бөгөөд урт хугацааны астрофотографийн хувьд тодорхой, нарийвчилсан зургийг хүргэдэг.
Микроскопи ба амьдралын шинжлэх ухаан
Амьдралын шинжлэх ухаанд CCD мэдрэгчийг сул флюресценцийн дохио эсвэл эсийн нарийн бүтцийг барихад ашигладаг. Тэдний өндөр мэдрэмж, жигд байдал нь флюресценцийн микроскоп, амьд эсийн дүрслэл, дижитал эмгэг судлал зэрэг хэрэглээнд төгс төгөлдөр болгодог. Тэдний шугаман гэрлийн хариу үйлдэл нь үнэн зөв тоон шинжилгээг баталгаажуулдаг.
Хагас дамжуулагчийн үзлэг
CCD мэдрэгч нь хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд, ялангуяа ялтсыг шалгахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Тэдгээрийн өндөр нарийвчлалтай, тогтвортой дүрслэлийн чанар нь чип дэх бичил хэмжээний согогийг илрүүлэх, хагас дамжуулагч үйлдвэрлэхэд шаардагдах нарийвчлалыг хангахад чухал ач холбогдолтой.
Рентген туяа ба шинжлэх ухааны дүрслэл
CCD мэдрэгчийг рентген туяа илрүүлэх систем болон бусад тусгай дүрслэлийн хэрэглээнд ашигладаг. Тэдний өндөр дохио-дуу чимээний харьцааг хадгалах чадвар, ялангуяа хөргөлттэй үед талстографи, материалын шинжилгээ, үл эвдэх сорилт зэрэг хүнд хэцүү нөхцөлд тодорхой дүрслэл авахад чухал ач холбогдолтой.
CCD мэдрэгчүүд өнөөдөр хамааралтай хэвээр байна уу?
Tucsen H-694 & 674 CCD камер
CMOS технологи хурдацтай хөгжиж байгаа хэдий ч CCD мэдрэгч нь хуучирсан зүйл биш юм. Эдгээр нь хэт бага гэрэлтэй, өндөр нарийвчлалтай дүрслэлийн ажилд илүүд үздэг сонголт хэвээр байгаа бөгөөд тэдгээрийн хосгүй зургийн чанар, дуу чимээний шинж чанар нь маш чухал байдаг. Сансар огторгуйн одон орон судлал эсвэл дэвшилтэт флюресценцийн микроскоп зэрэг салбарт CCD камер нь CMOS-ийн олон хувилбараас илүү сайн ажилладаг.
CCD мэдрэгчийн давуу болон сул талуудыг ойлгох нь судлаачид, инженерүүдэд өөрсдийн хэрэгцээнд тохирсон технологийг сонгоход тусалдаг бөгөөд шинжлэх ухаан, үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд оновчтой гүйцэтгэлийг баталгаажуулдаг.
Түгээмэл асуултууд
Би хэзээ CCD мэдрэгч сонгох ёстой вэ?
CMOS технологи нь харанхуй гүйдлийн бага гүйцэтгэлд хүртэл халдаж эхэлсэн тул өнөөдөр CCD мэдрэгч нь арван жилийн өмнөхөөс хамаагүй ховор болсон. Гэсэн хэдий ч зургийн чанар, дуу чимээ бага, өндөр мэдрэмж зэрэг гүйцэтгэлийн шинж чанаруудын хослол нь давуу талтай програмууд үргэлж байх болно.
Шинжлэх ухааны камерууд яагаад хөргөлттэй CCD мэдрэгч ашигладаг вэ?
Хөргөх нь зураг авах явцад дулааны чимээ шуугианыг бууруулж, зургийн тод байдал, мэдрэмжийг сайжруулдаг. Энэ нь ялангуяа гэрэл багатай, урт хугацааны гэрэлтэлттэй шинжлэх ухааны дүрслэлд чухал ач холбогдолтой бөгөөд иймээс олон өндөр чанартай зураг авалтууд байдагшинжлэх ухааны камеруудИлүү цэвэр, илүү нарийвчлалтай үр дүнд хүрэхийн тулд хөргөлттэй CCD-д найдаж болно.
CCD болон EMCCD мэдрэгчүүдийн давхцах горим гэж юу вэ, энэ нь камерын ажиллагааг хэрхэн сайжруулдаг вэ?
CCD болон EMCCD мэдрэгч нь ихэвчлэн "давхцах горим" хийх чадвартай байдаг. Глобал хөшигний камеруудын хувьд энэ нь дараагийн фрэймийг харуулах үед өмнөх фрэймийг унших чадварыг хэлнэ. Энэ нь өндөр (ойролцоогоор 100%) ажлын мөчлөгт хүргэдэг бөгөөд энэ нь фрэймийг гэрэлд оруулахгүй байхын тулд хамгийн бага цагийг дэмий үрж, улмаар фрэймийн хурдыг нэмэгдүүлдэг.
Тайлбар: Давхцах горим нь хөшигний мэдрэгчийн хувьд өөр утгатай.
Хэрэв та өнхрөх хаалтуудын талаар илүү ихийг мэдэхийг хүсвэл дараахыг дарна уу:
Хөшигний хяналтын горим хэрхэн ажилладаг, түүнийг хэрхэн ашиглах талаар
Tucsen Photonics Co., Ltd. Бүх эрх хуулиар хамгаалагдсан. Иш татахдаа эх сурвалжийг хүлээн зөвшөөрнө үү:www.tucsen.com
