25/08/05Ухаалаг гар утаснаас эхлээд шинжлэх ухааны багаж хүртэл дүрс мэдрэгч нь өнөөгийн харааны технологийн цөм юм. Эдгээрийн дунд CMOS мэдрэгч нь өдөр тутмын гэрэл зургуудаас эхлээд дэвшилтэт микроскоп, хагас дамжуулагчийн үзлэг хүртэл бүх зүйлийг хүчирхэгжүүлж, давамгайлах хүч болжээ.
"Нэмэлт металлын ислийн хагас дамжуулагч" (CMOS) технологи нь электрон бүтэц, үйлдвэрлэлийн технологийн багц бөгөөд хэрэглээ нь гайхалтай өргөн юм. Үнэн хэрэгтээ CMOS технологи нь орчин үеийн дижитал эрин үеийг үндэслэсэн гэж хэлж болно.
CMOS мэдрэгч гэж юу вэ?
CMOS дүрс мэдрэгч (CIS) нь идэвхтэй пикселийг ашигладаг бөгөөд энэ нь камерын пиксел бүрт гурав ба түүнээс дээш транзистор ашиглах гэсэн үг юм. CCD болон EMCCD пикселүүд нь транзистор агуулдаггүй.
Пиксел бүрийн транзисторууд нь эдгээр "идэвхтэй" пикселүүдийг хянах, "талбайн эффект" транзистороор дамжуулан дохиог нэмэгдүүлэх, тэдгээрийн өгөгдөлд зэрэгцэн хандах боломжийг олгодог. Бүхэл мэдрэгч эсвэл мэдрэгчийн багагүй хэсгийг унших нэг замын оронд, aCMOS камердор хаяж нэг бүхэл бүтэн унших ADC мөр, мэдрэгчийн багана тус бүрт нэг (эсвэл хэд хэдэн) ADC орно. Эдгээр нь тус бүр өөрийн баганын утгыг нэгэн зэрэг унших боломжтой. Цаашилбал, эдгээр "идэвхтэй пиксел" мэдрэгчүүд нь CMOS дижитал логиктой нийцэж, мэдрэгчийн боломжит функцийг нэмэгдүүлдэг.
Эдгээр чанарууд нь CMOS мэдрэгчүүдэд хурдыг нь өгдөг. Гэсэн хэдий ч параллелизм нэмэгдсэний ачаар тус тусдаа ADC-ууд илрүүлсэн дохиогоо илүү нарийвчлалтайгаар хэмжихэд илүү урт хугацаа зарцуулдаг. Эдгээр илүү урт хувиргах хугацаа нь илүү өндөр пикселийн тоогоор ч гэсэн маш бага дуу чимээтэй ажиллах боломжийг олгодог. Энэ болон бусад шинэлэг зүйлсийн ачаар CMOS мэдрэгчийн унших чимээ CCD-ээс 5-10 дахин бага байх хандлагатай байна.
Орчин үеийн шинжлэх ухааны CMOS (sCMOS) камерууд нь судалгааны програмуудад дуу чимээ багатай, өндөр хурдны дүрслэлд зориулагдсан CMOS-ийн тусгай дэд төрөл юм.
CMOS мэдрэгч хэрхэн ажилладаг вэ? (Rolling vs Global Shutter гэх мэт)
Ердийн CMOS мэдрэгчийн ажиллагааг зурагт үзүүлсэн ба доор харуулав. Доорх үйл ажиллагааны ялгааны үр дүнд өртөх хугацаа, ажиллагаа нь дэлхийн болон өнхрөх хаалттай CMOS камерын хувьд өөр байх болно гэдгийг анхаарна уу.
Зураг: CMOS мэдрэгчийг унших процесс
ЖИЧ: CMOS камерын унших үйл явц нь текстэнд дурдсанчлан "эргэдэг хаалт" болон "дэлхийн хаалт" камеруудын хооронд ялгаатай. Аль ч тохиолдолд пиксел бүр нь илрүүлсэн фотоэлектроны тоонд үндэслэн хүчдэл үүсгэдэг конденсатор ба өсгөгчийг агуулдаг. Мөр бүрийн хувьд багана бүрийн хүчдэлийг баганын аналоги дижитал хөрвүүлэгчээр нэгэн зэрэг хэмждэг.
Rolling Shutter
1. Хөшигний CMOS мэдрэгчийн дээд эгнээнээс (эсвэл хуваах мэдрэгчтэй камерын төвөөс) эхлэн тухайн эгнээний өртөлтийг эхлүүлэхийн тулд эгнээний цэнэгийг арилгана.
2. "Мөрийн хугацаа" өнгөрсний дараа (ихэвчлэн 5-20 мкс) дараагийн эгнээ рүү шилжиж, мэдрэгч бүхэлдээ ил гарах хүртэл 1-р алхамыг давтана.
3. Мөр бүрийн хувьд өртөлтийн явцад тухайн эгнээ өртөх хугацаа дуусах хүртэл цэнэг хуримтлагддаг. Эхлэх эхний эгнээ эхлээд дуусна.
4. Дараалсан өртөлт дууссаны дараа цэнэгийг унших конденсатор болон өсгөгч рүү шилжүүлнэ.
5. Дараа нь тухайн эгнээний өсгөгч бүрийн хүчдэлийг ADC баганад холбож, эгнээний пиксел бүрт дохиог хэмжинэ.
6. Унших болон дахин тохируулах үйлдлийг гүйцэтгэхэд "мөрийн хугацаа" шаардагдах бөгөөд үүний дараа өртөлтийг эхлүүлэх дараагийн эгнээний өртөлтийн хугацаа дуусч, үйл явц 4-р алхамаас эхлэн давтагдана.
7. Дээд эгнээний уншилтыг хийж дуусмагц, доод эгнээнд одоогийн фрейм гарч эхэлсэн тохиолдолд дээд эгнээ нь дараагийн хүрээг (давхцах горим) харуулж эхэлнэ. Хэрэв өртөх хугацаа нь хүрээний хугацаанаас богино байвал дээд эгнээ нь доод эгнээнд өртөхийг хүлээх ёстой. Хамгийн богино өртөлт нь ихэвчлэн нэг мөрийн хугацаа юм.
Tucsen-ийн FL 26BW хөргөлттэй CMOS камер, Sony IMX533 мэдрэгчтэй, энэ өнхрөх хаалтын технологийг ашигладаг.
Global Shutter
Эх сурвалж:GMAX3412 Global Shutter CMOS Image Sensor
1. Худалдан авалтыг эхлүүлэхийн тулд бүхэл мэдрэгчээс цэнэгийг нэгэн зэрэг арилгана (пикселийн худгийг дэлхийн хэмжээнд дахин тохируулах).
2. Өртөх үед цэнэг хуримтлагддаг.
3. Нөлөөллийн төгсгөлд цуглуулсан цэнэгийг пиксел бүрийн доторх далдлагдсан худаг руу шилжүүлж, шинэ илэрсэн фотоныг тоолохгүйгээр уншихыг хүлээх боломжтой. Зарим камерууд энэ үе шатанд цэнэгийг пикселийн конденсатор руу шилжүүлдэг.
4. Илэрсэн цэнэгүүдийг пиксел бүрийн далдлагдсан хэсэгт хадгалснаар пикселийн идэвхтэй хэсэг нь дараагийн фреймийн (давхцах горим) өртөлтийг эхлүүлж болно.
5. Масктай хэсгээс унших үйл явц нь өнхрөх хаалт мэдрэгчтэй адил явагдана: Мэдрэгчийн дээд талаас нэг эгнээнд цэнэгүүд масктай худгаас унших конденсатор болон өсгөгч рүү шилждэг.
6. Тухайн эгнээний өсгөгч бүрийн хүчдэл нь ADC баганад холбогдсон ба эгнээний пиксел бүрээр хэмжигдэх дохио.
7. Унших болон дахин тохируулах үйлдлийг гүйцэтгэхэд "шугамын хугацаа" шаардагдах ба дараа нь 5-р алхамаас дараагийн мөрөнд үйл явц давтагдана.
8. Бүх мөрүүдийг уншсаны дараа камер дараагийн фреймийг уншихад бэлэн болох ба 2-р алхам, эсвэл хэрэв өртөх хугацаа аль хэдийн дууссан бол 3-р алхамаас эхлэн үйлдлийг давтаж болно.
Tucsen's Libra 3412M Mono sCMOS камерхөдөлгөөнт дээжийг тодорхой бөгөөд хурдан авах боломжийг олгодог дэлхийн хаалтны технологийг ашигладаг.
CMOS мэдрэгчийн давуу болон сул талууд
Давуу тал
● Илүү өндөр хурд: CMOS мэдрэгч нь CCD эсвэл EMCCD мэдрэгчтэй харьцуулахад өгөгдөл дамжуулах чадвараараа ихэвчлэн 1-2 дахин хурдан байдаг.
● Илүү том мэдрэгч: Өгөгдөл дамжуулах хурд нь илүү их пикселийн тоо, арав, хэдэн зуун мегапиксел хүртэлх том талбайг харах боломжийг олгодог.
● Дуу чимээ багатай: Зарим CMOS мэдрэгч нь дуу чимээг 0.25e- хүртэл бага уншдаг бөгөөд энэ нь дуу чимээний нэмэлт эх үүсвэрийг нэмдэг цэнэгийг үржүүлэх шаардлагагүйгээр EMCCD-тай өрсөлдөх чадвартай.
● Пикселийн хэмжээтэй уян хатан байдал: Хэрэглэгчийн болон ухаалаг утасны камерын мэдрэгч нь пикселийн хэмжээг ~1 μм хүртэл бууруулж, 11 μм хүртэлх пикселийн хэмжээтэй шинжлэх ухааны камерууд түгээмэл байдаг ба 16 μм хүртэл байдаг.
● Эрчим хүчний хэрэглээ бага: CMOS камерын бага чадлын шаардлага нь тэдгээрийг шинжлэх ухаан, үйлдвэрлэлийн өргөн хүрээний хэрэглээнд ашиглах боломжийг олгодог.
● Үнэ болон ашиглалтын хугацаа: Бага зэрэглэлийн CMOS камерууд нь ихэвчлэн CCD камертай төстэй эсвэл өртөг багатай байдаг ба өндөр чанартай CMOS камерууд нь EMCCD камеруудаас хамаагүй хямд байдаг. Тэдний хүлээгдэж буй үйлчилгээний хугацаа нь EMCCD камерынхаас хамаагүй илүү байх ёстой.
Сул талууд
● Хөшигний хаалт: Шинжлэх ухааны CMOS камеруудын дийлэнх нь өнхрөх хаалттай байдаг бөгөөд энэ нь туршилтын ажлын урсгалыг төвөгтэй болгож эсвэл зарим хэрэглээг үгүйсгэдэг.
● Илүү өндөр бараан өнгөt: Ихэнх CMOS камерууд CCD болон EMCCD мэдрэгчээс хамаагүй өндөр харанхуй гүйдэлтэй байдаг бөгөөд заримдаа удаан хугацааны туршид (> 1 секунд) их хэмжээний дуу чимээ үүсгэдэг.
Өнөөдөр CMOS мэдрэгчийг хаана ашиглаж байна
Тэдний олон талт байдлын ачаар CMOS мэдрэгчийг өргөн хүрээний хэрэглээнд ашигладаг:
● Хэрэглээний электрон бараа: Ухаалаг утас, вэбкамер, DSLR, үйлдлийн камер.
● Амьдралын шинжлэх ухаан: CMOS мэдрэгчийн хүчмикроскопийн камеруудфлюресценцийн дүрслэл, эмнэлгийн оношлогоонд ашигладаг.
● Одон орон судлал: Телескопууд болон сансрын дүрслэлийн төхөөрөмжүүд нь ихэвчлэн өндөр нарийвчлалтай, дуу чимээ багатай шинжлэх ухааны CMOS (sCMOS) ашигладаг.
● Үйлдвэрийн хяналт: Автомат оптик үзлэг (AOI), робот техник, бахагас дамжуулагчийг шалгах камерхурд, нарийвчлалын хувьд CMOS мэдрэгч дээр тулгуурлана уу.
● Автомашин: Дэвшилтэт жолоочийн тусламжийн систем (ADAS), арын харах болон зогсоолын камер.
● Хяналт, хамгаалалт: Гэрэл багатай, хөдөлгөөн мэдрэгч систем.
Тэдний хурд, хэмнэлттэй байдал нь CMOS-ийг өндөр хэмжээний арилжааны хэрэглээ болон төрөлжсөн шинжлэх ухааны ажилд ашиглах боломжтой шийдэл болгодог.
CMOS яагаад орчин үеийн стандарт болсон бэ?
CCD-ээс CMOS руу шилжих нь нэг шөнийн дотор болоогүй ч энэ нь зайлшгүй байсан. CMOS яагаад одоо дүрслэлийн салбарын тулгын чулуу болж байна вэ?
● Үйлдвэрлэлийн давуу тал: Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэх стандарт шугам дээр баригдсан нь өртөгийг бууруулж, өргөтгөх чадварыг сайжруулдаг.
● Гүйцэтгэлийн өсөлт: Өнхрөх болон дэлхийн хөшигний сонголтууд, бага гэрлийн мэдрэгчийг сайжруулж, илүү өндөр фрэймийн хурд.
● Интеграци ба оюун ухаан: CMOS мэдрэгчүүд одоо чип дээрх AI боловсруулалт, захын тооцоолол, бодит цагийн шинжилгээг дэмждэг.
● Инноваци: Давхардсан CMOS, кванта дүрс мэдрэгч, муруй мэдрэгч зэрэг шинээр гарч ирж буй мэдрэгчийн төрлүүд CMOS платформ дээр бүтээгдсэн.
Ухаалаг утаснаас эхлээдшинжлэх ухааны камерууд, CMOS нь дасан зохицох чадвартай, хүчирхэг, ирээдүйд бэлэн болох нь батлагдсан.
Дүгнэлт
CMOS мэдрэгчүүд нь гүйцэтгэл, үр ашиг, зардлын тэнцвэртэй байдлын ачаар ихэнх дүрс бичлэгийн хэрэглээний орчин үеийн стандарт болон өөрчлөгдсөн. CMOS технологи нь өдөр тутмын дурсамжаа үлдээх эсвэл шинжлэх ухааны өндөр хурдтай дүн шинжилгээ хийх эсэхээс үл хамааран өнөөгийн харааны ертөнцийн үндэс суурийг бүрдүүлдэг.
Дэлхий даяарх CMOS болон sCMOS гэх мэт инноваци нь технологийн чадавхийг өргөжүүлсээр байгаа тул түүний ноёрхол ирэх жилүүдэд үргэлжлэх болно.
Түгээмэл асуултууд
Глобал хаалт болон өнхрөх хаалт хоёрын ялгаа юу вэ?
Хөшигний хөшиг нь зургийн өгөгдлийг мөр мөрөөр уншдаг бөгөөд энэ нь хурдан хөдөлж буй объектуудыг авах үед хөдөлгөөний олдвор (жишээ нь, хазайлт эсвэл ганхах) үүсгэж болзошгүй.
Глобал хаалт нь бүх хүрээг нэгэн зэрэг барьж, хөдөлгөөнөөс үүсэх гажуудлыг арилгадаг. Энэ нь машины хараа, шинжлэх ухааны туршилт гэх мэт өндөр хурдны дүрслэлийн хэрэглээнд тохиромжтой.
Rolling Shutter CMOS давхцах горим гэж юу вэ?
Хөшигний CMOS камерын хувьд давхцах горимд дараагийн фрэймийн зураглал одоогийнх нь бүрэн дуусахаас өмнө эхэлж, илүү өндөр фрэймийн хурдыг авах боломжтой. Мөр бүрийн өртөлт болон уншилтыг цаг хугацааны хувьд шаталсан байдаг тул энэ нь боломжтой юм.
Энэ горим нь фрэймийн хамгийн дээд хурд, дамжуулах чадвар чухал байдаг, тухайлбал өндөр хурдны шалгалт эсвэл бодит цагийн хяналт зэрэг програмуудад хэрэгтэй. Гэсэн хэдий ч энэ нь цаг хугацаа, синхрончлолын нарийн төвөгтэй байдлыг бага зэрэг нэмэгдүүлж магадгүй юм.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Бүх эрх хуулиар хамгаалагдсан. Иш татахдаа эх сурвалжийг хүлээн зөвшөөрнө үү:www.tucsen.com
