25/07/31Għalkemm fl-2025, is-sensuri CMOS jiddominaw l-immaġini xjentifika u tal-konsumatur bl-istess mod, dan mhux dejjem kien il-każ.
CCD tfisser 'Charge-Coupled Device', u s-sensuri CCD kienu s-sensuri oriġinali tal-kameras diġitali, żviluppati għall-ewwel darba fl-1970. Kameras ibbażati fuq CCD u EMCCD kienu komunement rakkomandati għal applikazzjonijiet xjentifiċi sa ftit snin ilu biss. Iż-żewġ teknoloġiji għadhom jeżistu llum, għalkemm l-użi tagħhom saru niċċa.
Ir-rata ta’ titjib u żvilupp tas-sensuri CMOS qed tkompli tiżdied. Id-differenza bejn dawn it-teknoloġiji tinsab primarjament fil-mod kif jipproċessaw u jaqraw il-ċarġ elettroniku skopert.
X'inhu Sensor CCD?
Is-senser CCD huwa tip ta' sensur tal-immaġni użat biex jaqbad id-dawl u jikkonvertih f'sinjali diġitali. Jikkonsisti minn firxa ta' pixels sensittivi għad-dawl li jiġbru l-fotoni u jibdluhom f'ċarġijiet elettriċi.
Il-qari tas-sensur tas-CCD ivarja mis-CMOS fi tliet modi sinifikanti:
● Trasferiment ta' ĊarġIl-fotoelettroni maqbuda jiġu mċaqalqa elettrostatikament minn pixel għal pixel tul is-sensor lejn żona tal-qari fil-qiegħ.
● Mekkaniżmu tal-QariMinflok ringiela sħiħa ta' konvertituri analogi għal diġitali (ADCs) li joperaw b'mod parallel, is-CCDs jużaw ADC wieħed jew tnejn biss (jew xi kultant aktar) li jaqraw il-pixels sekwenzjalment.
Pożizzjonament ta' Kapaċitaturi u Amplifikaturi: Minflok kapaċitaturi u amplifikaturi f'kull pixel, kull ADC għandu kapaċitatur u amplifikatur wieħed.
Kif Jaħdem Sensor CCD?
Ara kif jaħdem sensur CCD biex jakkwista u jipproċessa immaġni:
Figura: Proċess tal-qari għal sensur CCD
Fi tmiem l-espożizzjoni tagħhom, is-sensuri CCD l-ewwel iċaqalqu l-kargi miġbura f'żona ta' ħażna mgħottija ġewwa kull pixel (mhux murija). Imbagħad, ringiela waħda kull darba, il-kargi jiġu mċaqalqa f'reġistru tal-qari. Kolonna waħda kull darba, il-kargi fir-reġistru tal-qari jinqraw.
1. Tneħħija ta' ĦlasijietBiex tibda l-akkwist, iċ-ċarġ jitneħħa simultanjament mis-sensor kollu (global shutter).
2. Akkumulazzjoni ta' ĊarġIċ-ċarġ jakkumula waqt l-espożizzjoni.
3. Ħażna ta' ĊarġFi tmiem l-espożizzjoni, il-kargi miġbura jiġu mċaqalqa lejn żona mgħottija f'kull pixel (imsejħa CCD ta' trasferiment interlinja), fejn jistgħu jistennew il-qari mingħajr ma jingħaddu fotoni ġodda skoperti.
4. Espożizzjoni tal-Qafas li JmissBil-kargi skoperti maħżuna fiż-żona mgħottija tal-pixels, iż-żona attiva tal-pixels tista' tibda l-espożizzjoni tal-frejm li jmiss (modalità ta' sovrappożizzjoni).
5. Qari SekwenzjaliRingiela waħda kull darba, iċ-ċarġijiet minn kull ringiela tal-qafas lest jiġu mċaqalqa f''reġistru tal-qari'.
6. Qari FinaliKolonna waħda kull darba, iċ-ċarġijiet minn kull pixel jintbagħtu fin-nodu tal-qari għall-qari fl-ADC.
7. RipetizzjoniDan il-proċess jirrepeti ruħu sakemm jingħaddu l-kargi skoperti fil-pixels kollha.
Dan l-ostaklu kkawżat mill-kargi kollha skoperti li jinqraw minn numru żgħir (xi kultant wieħed) ta' punti tal-qari, iwassal għal limitazzjonijiet severi fir-rata tat-trażmissjoni tad-dejta tas-sensuri CCD meta mqabbla mas-CMOS.
Vantaġġi u Żvantaġġi tas-Sensuri CCD
| Vantaġġi | Żvantaġġi |
| Kurrent Baxx tad-Dlam Tipikament ~0.001 e⁻/p/s meta mkessaħ. | Veloċità Limitata Throughput tipiku ~20 MP/s — ħafna aktar bil-mod minn CMOS. |
| Il-Ħlasijiet tal-Binning On-Pixel jiġu miġbura qabel il-qari, u b'hekk jitnaqqas l-istorbju. | Storbju Għoli fil-Qari ta' 5–10 e⁻ huwa komuni minħabba l-qari tal-ADC b'punt wieħed. |
| Xater Globali Xater globali veru jew kważi globali f'CCDs interline/trasferiment ta' frejms. | Daqsijiet Akbar ta' Pixel Ma jistgħux jaqblu mal-minjaturizzazzjoni li joffri s-CMOS. |
| Uniformità Għolja tal-Immaġni Eċċellenti għal immaġini kwantitattivi. | Konsum Għoli ta' Enerġija Jeħtieġ aktar enerġija għall-bdil u l-qari tal-ċarġ. |
Vantaġġi tas-Sensor CCD
● Kurrent baxx fid-dlamBħala teknoloġija intrinsikament, is-sensuri CCD għandhom tendenza li jkollhom kurrent tad-dlam baxx ħafna, tipikament fl-ordni ta' 0.001 e-/p/s meta jitkessħu.
● Binning 'Fuq il-pixel'Meta jagħmlu binning, is-CCDs iżidu l-ċarġ qabel il-qari, mhux wara, li jfisser li ma jiġi introdott l-ebda storbju addizzjonali tal-qari. Il-kurrent tad-dlam jiżdied, iżda kif innutat hawn fuq, dan ġeneralment ikun baxx ħafna.
● Xater GlobaliSensuri CCD 'Interline' joperaw b'shutter globali veru. Sensuri CCD 'Trasferiment ta' Qafas' jużaw shutter 'nofs globali' (ara r-reġjun 'Maskjat' tal-Figura 45) – il-proċess ta' trasferiment ta' qafas biex tibda u tintemm l-espożizzjoni mhuwiex tassew simultanju, iżda tipikament jieħu madwar 1-10 mikrosekondi. Xi CCDs jużaw shuttering mekkaniku.
Żvantaġġi tas-Sensuri CCD
● Veloċità Limitata: ir-rata tipika ta' dejta mgħoddija f'pixels kull sekonda tista' tkun madwar 20 Megapixels kull sekonda (MP/s), ekwivalenti għal immaġni ta' 4 MP b'5 fps. Dan huwa madwar 20 darba aktar bil-mod minn CMOS ekwivalenti, u mill-inqas 100 darba aktar bil-mod minn CMOS b'veloċità għolja.
● Storbju Għoli tal-QariL-istorbju tal-qari fis-CCDs huwa għoli, l-aktar minħabba l-ħtieġa li l-ADC(s) jitħaddmu b'rata għolja biex tinkiseb veloċità tal-kamera użabbli. 5 sa 10 e- huwa komuni għal kameras CCD ta' kwalità għolja.
● Pixels IkbarGħal ħafna applikazzjonijiet, pixels iżgħar jipprovdu vantaġġi. L-arkitettura CMOS tipika tippermetti daqsijiet minimi ta' pixels iżgħar mis-CCD.
● Konsum Għoli ta' EnerġijaIr-rekwiżiti tal-enerġija għat-tħaddim tas-sensuri CCD huma ħafna ogħla minn dawk tas-CMOS.
Applikazzjonijiet tas-Sensuri CCD fl-Immaġini Xjentifiċi
Għalkemm it-teknoloġija CMOS kisbet popolarità, is-sensuri CCD għadhom preferuti f'ċerti applikazzjonijiet ta' immaġini xjentifiċi fejn il-kwalità tal-immaġni, is-sensittività u l-konsistenza huma importanti ħafna. Il-kapaċità superjuri tagħhom li jaqbdu sinjali ta' dawl baxx b'ħoss minimu tagħmilhom ideali għal applikazzjonijiet ta' preċiżjoni.
Astronomija
Is-sensuri CCD huma kritiċi fl-immaġini astronomiċi minħabba l-abbiltà tagħhom li jaqbdu dawl dgħajjef minn stilel u galassji 'l bogħod. Jintużaw ħafna kemm fl-osservatorji kif ukoll fl-astronomija dilettanti avvanzata għall-astrofotografija b'espożizzjoni twila, u jagħtu immaġini ċari u dettaljati.
Mikroskopija u Xjenzi tal-Ħajja
Fix-xjenzi tal-ħajja, is-sensuri CCD jintużaw biex jaqbdu sinjali fluworexxenti dgħajfa jew strutturi ċellulari sottili. Is-sensittività għolja u l-uniformità tagħhom jagħmluhom perfetti għal applikazzjonijiet bħall-mikroskopija fluworexxenti, l-immaġini taċ-ċelluli ħajjin, u l-patoloġija diġitali. Ir-rispons lineari tad-dawl tagħhom jiżgura analiżi kwantitattiva preċiża.
Spezzjoni tas-Semikondutturi
Is-sensers CCD huma kruċjali fil-manifattura tas-semikondutturi, partikolarment għall-ispezzjoni tal-wejfers. Ir-riżoluzzjoni għolja u l-kwalità konsistenti tal-immaġini tagħhom huma essenzjali għall-identifikazzjoni ta' difetti fuq skala mikro fiċ-ċipep, u b'hekk jiżguraw il-preċiżjoni meħtieġa fil-produzzjoni tas-semikondutturi.
X-ray u Immaġini Xjentifiċi
Sensuri CCD jintużaw ukoll f'sistemi ta' skoperta bir-raġġi-X u applikazzjonijiet oħra ta' immaġini speċjalizzati. Il-kapaċità tagħhom li jżommu proporzjonijiet għoljin ta' sinjal għall-ħoss, speċjalment meta mkessħin, hija vitali għal immaġini ċari f'kundizzjonijiet diffiċli bħal kristalografija, analiżi tal-materjali, u ttestjar mhux distruttiv.
Is-Sensuri CCD Għadhom Rilevanti Illum?
Kamera CCD Tucsen H-694 u 674
Minkejja l-iżvilupp mgħaġġel tat-teknoloġija CMOS, is-sensuri CCD għadhom 'il bogħod milli jkunu skaduti. Għadhom għażla preferuta f'kompiti ta' immaġini b'dawl ultra-baxx u preċiżjoni għolja, fejn il-kwalità tal-immaġni u l-karatteristiċi tal-istorbju mhux imqabbla tagħhom huma kruċjali. F'oqsma bħall-astronomija fl-ispazju fond jew il-mikroskopija avvanzata tal-fluworexxenza, il-kameras CCD spiss jegħlbu ħafna alternattivi CMOS.
Il-fehim tal-punti tajbin u d-dgħufijiet tas-sensuri CCD jgħin lir-riċerkaturi u lill-inġiniera jagħżlu t-teknoloġija t-tajba għall-bżonnijiet speċifiċi tagħhom, u jiżgura prestazzjoni ottimali fl-applikazzjonijiet xjentifiċi jew industrijali tagħhom.
Mistoqsijiet Frekwenti
Meta għandi nagħżel sensur CCD?
Is-sensuri CCD huma ħafna aktar rari llum milli għaxar snin ilu, hekk kif it-teknoloġija CMOS tibda tinvadi anke l-prestazzjoni baxxa tagħhom ta' kurrent skur. Madankollu, dejjem se jkun hemm applikazzjonijiet fejn il-kombinazzjoni tal-karatteristiċi tal-prestazzjoni tagħhom—bħal kwalità superjuri tal-immaġni, storbju baxx, u sensittività għolja—tipprovdi vantaġġ.
Għaliex il-kameras xjentifiċi jużaw sensuri CCD imkessħin?
It-tkessiħ inaqqas l-istorbju termali waqt il-qbid tal-immaġni, u b'hekk itejjeb iċ-ċarezza u s-sensittività tal-immaġni. Dan huwa partikolarment importanti għal immaġini xjentifiċi b'dawl baxx u b'espożizzjoni twila, u huwa għalhekk li ħafna apparati high-endkameras xjentifiċiiddependi fuq CCDs imkessħin għal riżultati aktar nodfa u preċiżi.
X'inhi l-modalità ta' sovrappożizzjoni fis-sensuri CCD u EMCCD, u kif ittejjeb il-prestazzjoni tal-kamera?
Is-sensuri CCD u EMCCD huma tipikament kapaċi għal 'modalità ta' sovrappożizzjoni'. Għal kameras b'xater globali, dan jirreferi għall-abbiltà li jinqara l-frejm preċedenti waqt l-espożizzjoni tal-frejm li jmiss. Dan iwassal għal ċiklu ta' xogħol għoli (kważi 100%), li jfisser li jinħela ħin minimu meta l-frejms ma jiġux esposti għad-dawl, u għalhekk rati ta' frejms ogħla.
Nota: Il-modalità ta' sovrappożizzjoni għandha tifsira differenti għas-sensuri tax-shutter rolling.
Jekk trid titgħallem aktar dwar ix-xaters li jduru, jekk jogħġbok ikklikkja:
Kif Taħdem il-Modalità ta' Kontroll tax-Xatter Rolling u Kif Tużaha
Tucsen Photonics Co., Ltd. Id-drittijiet kollha riżervati. Meta tikkwota, jekk jogħġbok agħraf is-sors:www.tucsen.com
