25/08/05Mill-ismartphones sal-istrumenti xjentifiċi, is-sensuri tal-immaġni huma fil-qalba tat-teknoloġija viżwali tal-lum. Fost dawn, is-sensuri CMOS saru l-forza dominanti, u jagħtu s-saħħa lil kollox, minn ritratti ta’ kuljum sa mikroskopija avvanzata u spezzjoni tas-semikondutturi.
It-teknoloġija tas-'Semikonduttur tal-Ossidu tal-Metall Komplementari' (CMOS) hija arkitettura elettronika u sett ta' teknoloġiji ta' proċessi ta' fabbrikazzjoni li l-applikazzjonijiet tagħhom huma wiesgħa ħafna. Tabilħaqq, jista' jingħad li t-teknoloġija CMOS hija l-bażi tal-era diġitali moderna.
X'inhu Sensor CMOS?
Is-sensuri tal-immaġni CMOS (CIS) jużaw pixels attivi, jiġifieri l-użu ta’ tlieta jew aktar transistors f’kull pixel tal-kamera. Il-pixels CCD u EMCCD ma fihomx transistors.
It-transistors f'kull pixel jippermettu li dawn il-pixels 'attivi' jiġu kkontrollati, is-sinjali amplifikati permezz ta' transistors 'tal-effett tal-kamp', u d-dejta tagħhom tiġi aċċessata, kollox b'mod parallel. Minflok mogħdija waħda tal-qari għal sensur sħiħ jew frazzjoni sinifikanti ta' sensur,Kamera CMOSjinkludi mill-inqas ringiela sħiħa ta' ADCs tal-qari, ADC wieħed (jew aktar) għal kull kolonna tas-sensor. Kull wieħed minn dawn jista' jaqra l-valur tal-kolonna tiegħu simultanjament. Barra minn hekk, dawn is-sensuri ta' 'pixel attiv' huma kompatibbli mal-loġika diġitali CMOS, u b'hekk iżidu l-funzjonalità potenzjali tas-sensor.
Flimkien, dawn il-kwalitajiet jagħtu lis-sensuri CMOS il-veloċità tagħhom. Madankollu, grazzi għal din iż-żieda fil-paralleliżmu, l-ADCs individwali jistgħu jieħdu aktar żmien biex ikejlu s-sinjali skoperti tagħhom b'aktar preċiżjoni. Dawn il-ħinijiet ta' konverżjoni itwal jippermettu tħaddim b'ħoss baxx ħafna, anke għal għadd ogħla ta' pixels. Grazzi għal dan, u innovazzjonijiet oħra, il-ħoss tal-qari tas-sensuri CMOS għandu t-tendenza li jkun sa 5x – 10x inqas minn dak tas-CCDs.
Il-kameras CMOS xjentifiċi moderni (sCMOS) huma sottotip speċjalizzat ta' CMOS iddisinjat għal immaġini b'ħoss baxx u veloċità għolja f'applikazzjonijiet ta' riċerka.
Kif Jaħdmu s-Sensuri CMOS? (Inkluż Rolling vs Global Shutter)
L-operazzjoni ta' sensur CMOS tipiku hija murija fil-figura u deskritta hawn taħt. Innota li bħala riżultat tad-differenzi operattivi hawn taħt, il-ħin u l-operazzjoni tal-espożizzjoni se jkunu differenti għal kameras CMOS b'shutter globali kontra dawk b'shutter rolling.
Figura: Proċess tal-qari għas-sensor CMOS
NOTAIl-proċess tal-qari għall-kameras CMOS ivarja bejn kameras 'rolling shutter' u 'global shutter', kif diskuss fit-test. Fiż-żewġ każijiet, kull pixel fih kapaċitatur u amplifikatur li jipproduċu vultaġġ ibbażat fuq l-għadd ta' fotoelettroni skopert. Għal kull ringiela, il-vultaġġi għal kull kolonna jitkejlu simultanjament permezz ta' konvertituri analogi għal diġitali tal-kolonna.
Xater li Jirrollja
1. Għal sensur CMOS b'rolling shutter, ibda mir-ringiela ta' fuq (jew miċ-ċentru għal kameras splitsensor), neħħi l-ċarġ mir-ringiela biex tibda l-espożizzjoni ta' dik ir-ringiela.
2. Wara li jkun għadda l-'ħin tal-linja' (tipikament 5-20 μs), mur għar-ringiela li jmiss u rrepeti mill-pass 1, sakemm is-sensor kollu jkun qed jiġi espost.
3. Għal kull ringiela, iċ-ċarġijiet jakkumulaw matul l-espożizzjoni, sakemm dik ir-ringiela tkun lestiet il-ħin tal-espożizzjoni tagħha. L-ewwel ringiela li tibda tispiċċa l-ewwel.
4. Ladarba l-espożizzjoni tkun lesta għal ringiela, ittrasferixxi l-ċarġijiet għall-kapaċitatur tal-qari u l-amplifikatur.
5. Il-vultaġġ f'kull amplifikatur f'dik ir-ringiela mbagħad jiġi konness mal-ADC tal-kolonna, u s-sinjal jitkejjel għal kull pixel fir-ringiela.
6. L-operazzjoni tal-qari u r-reset se tieħu l-'ħin tal-linja' biex titlesta, u wara dan ir-ringiela li jmiss biex tibda l-espożizzjoni tkun laħqet it-tmiem tal-ħin tal-espożizzjoni tagħha, u l-proċess jiġi ripetut mill-pass 4.
7. Hekk kif il-qari jkun komplut għar-ringiela ta' fuq, sakemm ir-ringiela ta' isfel tkun bdiet tesponi l-frejm attwali, ir-ringiela ta' fuq tista' tibda l-espożizzjoni tal-frejm li jmiss (modalità ta' sovrappożizzjoni). Jekk il-ħin tal-espożizzjoni jkun iqsar mill-ħin tal-frejm, ir-ringiela ta' fuq trid tistenna li r-ringiela ta' isfel tibda l-espożizzjoni. L-iqsar espożizzjoni possibbli tipikament tkun ħin ta' linja waħda.
Kamera CMOS Imkessħa FL 26BW ta' Tucsen, li fih is-sensor Sony IMX533, juża din it-teknoloġija tar-rolling shutter.
Xater Globali
1. Biex tibda l-akkwist, iċ-ċarġ jitneħħa simultanjament mis-sensor kollu (reset globali tal-pixel well).
2. Iċ-ċarġ jakkumula waqt l-espożizzjoni.
3. Fi tmiem l-espożizzjoni, il-kargi miġbura jiġu mċaqalqa lejn bir mgħotti f'kull pixel, fejn jistgħu jistennew il-qari mingħajr ma jingħaddu fotoni ġodda skoperti. Xi kameras iċċaqalqu l-kargi fil-kapaċitatur tal-pixel f'dan l-istadju.
4. Bil-kargi skoperti maħżuna fiż-żona mgħottija ta' kull pixel, iż-żona attiva tal-pixel tista' tibda l-espożizzjoni tal-frejm li jmiss (modalità ta' sovrappożizzjoni).
5. Il-proċess tal-qari miż-żona mgħottija jipproċedi bħal fil-każ tas-sensuri tar-rolling shutter: Ringiela waħda kull darba, minn fuq is-sensur, iċ-ċarġijiet jiġu trasferiti mill-bir mgħotti għall-kapaċitatur u l-amplifikatur tal-qari.
6. Il-vultaġġ f'kull amplifikatur f'dik ir-ringiela huwa konness mal-ADC tal-kolonna, u s-sinjal jitkejjel għal kull pixel fir-ringiela.
7. L-operazzjoni tal-qari u r-reset se tieħu l-'ħin tal-linja' biex titlesta, u mbagħad il-proċess se jirrepeti għar-ringiela li jmiss mill-pass 5.
8. Ladarba jkunu nqraw ir-ringieli kollha, il-kamera tkun lesta biex taqra l-frejm li jmiss, u l-proċess jista' jiġi ripetut mill-pass 2, jew mill-pass 3 jekk il-ħin tal-espożizzjoni jkun diġà skada.
Il-Kamera Libra 3412M Mono sCMOS ta' Tucsentutilizza t-teknoloġija tax-shutter globali, li tippermetti qbid ċar u rapidu ta' kampjuni li jiċċaqalqu.
Vantaġġi u Żvantaġġi tas-Sensuri CMOS
Vantaġġi
● Veloċitajiet ogħlaIs-sensuri CMOS huma tipikament minn ordni ta' kobor waħda sa żewġ ordnijiet ta' kobor aktar mgħaġġla fil-fluss tad-dejta mis-sensuri CCD jew EMCCD.
● Sensuri akbarRata ta' dejta aktar mgħaġġla tippermetti għadd ogħla ta' pixels u kampi viżivi akbar, sa għexieren jew mijiet ta' megapixels.
● Ħoss baxxXi sensuri CMOS jista' jkollhom ħoss ta' qari baxx daqs 0.25e-, u b'hekk jikkompetu mal-EMCCDs mingħajr il-ħtieġa ta' multiplikazzjoni ta' ċarġ li żżid sorsi addizzjonali ta' ħoss.
● Flessibbiltà fid-daqs tal-pixelSensuri tal-kameras tal-konsumatur u tal-ismartphones inaqqsu d-daqsijiet tal-pixel sal-medda ta' ~1 μm, u kameras xjentifiċi sa 11 μm fid-daqs tal-pixel huma komuni, u sa 16 μm huma disponibbli.
● Konsum aktar baxx ta' enerġijaIr-rekwiżiti baxxi ta' enerġija tal-kameras CMOS jippermettulhom l-użu f'varjetà usa' ta' applikazzjonijiet xjentifiċi u industrijali.
● Prezz u tul ta' żmienKameras CMOS ta' kwalità baxxa huma tipikament simili jew irħas għall-kameras CCD, u kameras CMOS ta' kwalità għolja huma ħafna irħas mill-kameras EMCCD. Il-ħajja tas-servizz mistennija tagħhom għandha taqbeż bil-kbir dik ta' kamera EMCCD.
Żvantaġġi
● Xater li jdurIl-maġġoranza tal-kameras CMOS xjentifiċi għandhom rolling shutter, li jista' jżid kumplessità għall-flussi tax-xogħol sperimentali jew jeskludi xi applikazzjonijiet.
● Munita skura ogħlat: Il-biċċa l-kbira tal-kameras CMOS għandhom kurrent tad-dlam ħafna ogħla mis-sensuri CCD u EMCCD, u xi kultant jintroduċu storbju sinifikanti fuq espożizzjonijiet twal (> 1 sekonda).
Fejn Jintużaw is-Sensuri CMOS Illum
Bis-saħħa tal-versatilità tagħhom, is-sensuri CMOS jinstabu f'firxa vasta ta' applikazzjonijiet:
● Elettronika għall-KonsumaturSmartphones, webcams, DSLRs, action cams.
● Xjenzi tal-ĦajjaQawwa tas-sensuri CMOSkameras tal-mikroskopijaużat fl-immaġini bil-fluworexxenza u fid-dijanjostika medika.
● AstronomijaIt-teleskopji u l-apparati tal-immaġini spazjali spiss jużaw CMOS xjentifiku (sCMOS) għal riżoluzzjoni għolja u storbju baxx.
● Spezzjoni IndustrijaliSpezzjoni ottika awtomatizzata (AOI), robotika, ukameras għall-ispezzjoni tas-semikondutturijiddependu fuq sensuri CMOS għall-veloċità u l-preċiżjoni.
● KarozziSistemi Avvanzati ta' Assistenza għas-Sewwieq (ADAS), kameras ta' wara u tal-parkeġġ.
● Sorveljanza u SigurtàSistemi ta' skoperta ta' dawl baxx u moviment.
Il-veloċità u l-effiċjenza fl-ispejjeż tagħhom jagħmlu s-CMOS is-soluzzjoni ideali kemm għall-użu kummerċjali ta' volum għoli kif ukoll għal xogħol xjentifiku speċjalizzat.
Għaliex is-CMOS Issa Huwa l-Istandard Modern
Il-bidla minn CCD għal CMOS ma seħħitx mil-lum għal għada, iżda kienet inevitabbli. Hawn għaliex is-CMOS issa huwa l-pedament tal-industrija tal-immaġini:
● Vantaġġ tal-ManifatturaMibni fuq linji standard ta' fabbrikazzjoni ta' semikondutturi, inaqqas l-ispejjeż u jtejjeb l-iskalabbiltà.
● Żidiet fil-PrestazzjoniGħażliet ta' rolling u global shutter, sensittività mtejba f'dawl baxx, u rati ta' frejms ogħla.
● Integrazzjoni u IntelliġenzaIs-sensuri CMOS issa jappoġġjaw l-ipproċessar tal-AI on-chip, il-komputazzjoni tat-tarf, u l-analiżi f'ħin reali.
● InnovazzjoniTipi ta' sensuri emerġenti bħal CMOS f'munzelli, sensuri tal-immaġni kwanti, u sensuri mgħawġa huma mibnija fuq pjattaformi CMOS.
Minn smartphones għalkameras xjentifiċiIs-CMOS wera li huwa adattabbli, qawwi, u lest għall-futur.
Konklużjoni
Is-sensuri CMOS evolvew fl-istandard modern għall-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet tal-immaġini, grazzi għall-bilanċ tagħhom bejn il-prestazzjoni, l-effiċjenza u l-ispiża. Kemm jekk jaqbdu memorji ta’ kuljum jew iwettqu analiżi xjentifika b’veloċità għolja, it-teknoloġija CMOS tipprovdi l-pedament għad-dinja viżwali tal-lum.
Hekk kif innovazzjonijiet bħal global shutter CMOS u sCMOS ikomplu jespandu l-kapaċitajiet tat-teknoloġija, id-dominanza tagħha mistennija tkompli għas-snin li ġejjin.
Mistoqsijiet Frekwenti
X'inhi d-differenza bejn rolling shutter u global shutter?
Shutter rolling jaqra d-dejta tal-immaġni linja b'linja, li jista' jikkawża artefatti tal-moviment (eż., skew jew wobble) meta jinqabdu suġġetti li jiċċaqalqu malajr.
Shutter globali jaqbad il-frejm kollu simultanjament, u jelimina d-distorsjoni mill-moviment. Huwa ideali għal applikazzjonijiet ta' immaġini b'veloċità għolja bħall-viżjoni bil-magna u esperimenti xjentifiċi.
X'inhi l-Modalità ta' Sovrappożizzjoni tas-CMOS Rolling Shutter?
Għal kameras CMOS b'rolling shutter, fil-modalità ta' overlap, l-espożizzjoni tal-frejm li jmiss tista' tibda qabel ma jkun tlesta kompletament dak attwali, u b'hekk ikun hemm rati ta' frejms ogħla. Dan huwa possibbli għaliex l-espożizzjoni u l-qari ta' kull ringiela huma mqassma fil-ħin.
Din il-modalità hija utli f'applikazzjonijiet fejn ir-rata massima tal-frejms u l-throughput huma kritiċi, bħal fl-ispezzjoni b'veloċità għolja jew fit-traċċar f'ħin reali. Madankollu, tista' żżid xi ftit il-kumplessità tal-ħin u s-sinkronizzazzjoni.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Id-drittijiet kollha riżervati. Meta tikkwota, jekk jogħġbok agħraf is-sors:www.tucsen.com
