२५/०७/३१यद्यपि २०२५ मा, CMOS सेन्सरहरूले वैज्ञानिक र उपभोक्ता इमेजिङ दुवैमा प्रभुत्व जमाएका थिए, तर यो सधैं त्यस्तो थिएन।
CCD को अर्थ 'चार्ज-कपल्ड डिभाइस' हो, र CCD सेन्सरहरू मूल डिजिटल क्यामेरा सेन्सरहरू थिए, जुन पहिलो पटक १९७० मा विकसित गरिएको थियो। केही वर्ष अघिसम्म CCD- र EMCCD-आधारित क्यामेराहरू सामान्यतया वैज्ञानिक अनुप्रयोगहरूको लागि सिफारिस गरिन्थ्यो। दुवै प्रविधिहरू आज पनि जीवित छन्, यद्यपि तिनीहरूको प्रयोग विशिष्ट भएको छ।
CMOS सेन्सरहरूको सुधार र विकासको दर बढ्दै गइरहेको छ। यी प्रविधिहरू बीचको भिन्नता मुख्यतया तिनीहरूले पत्ता लगाएको इलेक्ट्रोनिक चार्जलाई प्रशोधन गर्ने र पढ्ने तरिकामा निहित छ।
सीसीडी सेन्सर भनेको के हो?
CCD सेन्सर एक प्रकारको छवि सेन्सर हो जुन प्रकाश खिच्न र यसलाई डिजिटल सिग्नलमा रूपान्तरण गर्न प्रयोग गरिन्छ। यसमा प्रकाश-संवेदनशील पिक्सेलहरूको एर्रे हुन्छ जसले फोटोनहरू सङ्कलन गर्दछ र तिनीहरूलाई विद्युतीय चार्जमा परिणत गर्दछ।
CCD सेन्सर रिडआउट तीन महत्त्वपूर्ण तरिकामा CMOS भन्दा फरक छ:
● शुल्क स्थानान्तरण: क्याप्चर गरिएका फोटोइलेक्ट्रोनहरूलाई सेन्सर पार गरेर इलेक्ट्रोस्टेटिक रूपमा पिक्सेल-टु-पिक्सेल तलको रिडआउट क्षेत्रमा सारिन्छ।
● पढ्ने संयन्त्र: समानान्तरमा सञ्चालन हुने एनालग देखि डिजिटल कन्भर्टरहरू (ADCs) को सम्पूर्ण पङ्क्तिको सट्टा, CCD हरूले क्रमिक रूपमा पिक्सेल पढ्ने एक वा दुई ADCs (वा कहिलेकाहीं बढी) मात्र प्रयोग गर्छन्।
क्यापेसिटर र एम्पलीफायर प्लेसमेन्ट: प्रत्येक पिक्सेलमा क्यापेसिटर र एम्पलीफायरहरूको सट्टा, प्रत्येक ADC मा एउटा क्यापेसिटर र एम्पलीफायर हुन्छ।
CCD सेन्सरले कसरी काम गर्छ?
CCD सेन्सरले छवि प्राप्त गर्न र प्रशोधन गर्न कसरी काम गर्छ भन्ने कुरा यहाँ छ:
चित्र: CCD सेन्सरको लागि पढ्ने प्रक्रिया
आफ्नो एक्सपोजरको अन्त्यमा, CCD सेन्सरहरूले पहिले प्रत्येक पिक्सेल भित्रको मास्क गरिएको भण्डारण क्षेत्र भित्र सङ्कलन गरिएका चार्जहरू सार्छन् (देखाइएको छैन)। त्यसपछि, एक पटकमा एक पङ्क्तिमा, चार्जहरू रिडआउट दर्तामा सारिन्छन्। एक पटकमा एक स्तम्भमा, रिडआउट दर्ता भित्रका चार्जहरू पढिन्छन्।
1. शुल्क क्लियरिङ्ग: अधिग्रहण सुरु गर्न, सम्पूर्ण सेन्सर (ग्लोबल शटर) बाट चार्ज एकैसाथ खाली गरिन्छ।
2. शुल्क संचय: एक्सपोजरको समयमा चार्ज जम्मा हुन्छ।
3. चार्ज भण्डारण: एक्सपोजरको अन्त्यमा, सङ्कलन गरिएका चार्जहरूलाई प्रत्येक पिक्सेल भित्रको मास्क गरिएको क्षेत्रमा सारिन्छ (जसलाई इन्टरलाइन ट्रान्सफर CCD भनिन्छ), जहाँ तिनीहरू नयाँ पत्ता लागेको फोटनहरू गणना नगरी रिडआउटको प्रतीक्षा गर्न सक्छन्।
4. अर्को फ्रेमको एक्सपोजर: पत्ता लगाइएका चार्जहरू पिक्सेलको मास्क गरिएको क्षेत्रमा भण्डारण गरिएपछि, पिक्सेलको सक्रिय क्षेत्रले अर्को फ्रेम (ओभरल्याप मोड) को एक्सपोजर सुरु गर्न सक्छ।
5. क्रमिक पठन: एक पटकमा एक पङ्क्ति, समाप्त फ्रेमको प्रत्येक पङ्क्तिबाट शुल्कहरू 'रिडआउट दर्ता' मा सारिन्छन्।
6. अन्तिम पठन: एक पटकमा एक स्तम्भ, प्रत्येक पिक्सेलबाट चार्जहरू ADC मा रिडआउटको लागि रिडआउट नोडमा शटल गरिन्छ।
7. पुनरावृत्ति: यो प्रक्रिया सबै पिक्सेलमा पत्ता लागेका चार्जहरू गणना नभएसम्म दोहोरिन्छ।
सबै पत्ता लगाइएका चार्जहरू थोरै संख्यामा (कहिलेकाहीं एक) रिडआउट पोइन्टहरूद्वारा पढ्ने कारणले गर्दा हुने यो अवरोधले CMOS को तुलनामा CCD सेन्सरहरूको डेटा थ्रुपुटमा गम्भीर सीमितताहरू निम्त्याउँछ।
सीसीडी सेन्सरका फाइदा र बेफाइदाहरू
| विशेषज्ञहरूले | विपक्ष |
| कम अँध्यारो धारा सामान्यतया ~०.००१ e⁻/p/s चिसो हुँदा। | सीमित गति सामान्य थ्रुपुट ~२० MP/s — CMOS भन्दा धेरै ढिलो। |
| अन-पिक्सेल बिनिङ शुल्कहरू रिडआउट गर्नु अघि संक्षेप गरिन्छ, जसले गर्दा आवाज कम हुन्छ। | एकल-बिन्दु ADC रिडआउटको कारणले गर्दा उच्च पढ्ने आवाज 5-10 e⁻ सामान्य छ। |
| ग्लोबल शटर इन्टरलाइन/फ्रेम-ट्रान्सफर सीसीडीहरूमा ट्रु ग्लोबल वा नियर-ग्लोबल शटर। | ठूला पिक्सेल आकारहरू मिनिएचराइजेसन CMOS प्रस्तावहरूसँग मेल खाँदैन। |
| उच्च छवि एकरूपता मात्रात्मक इमेजिङको लागि उत्कृष्ट। | उच्च पावर खपत चार्ज सिफ्टिङ र रिडआउटको लागि बढी पावर चाहिन्छ। |
सीसीडी सेन्सरका फाइदाहरू
● कम अँध्यारो धारा: स्वाभाविक रूपमा प्रविधिको रूपमा, CCD सेन्सरहरूमा धेरै कम गाढा प्रवाह हुन्छ, सामान्यतया चिसो हुँदा ०.००१ e-/p/s को क्रम मा।
● 'अन-पिक्सेल' बिनिङ: बिनिङ गर्दा, CCD हरूले रिडआउट अघि चार्जहरू थप्छन्, पछि होइन, जसको अर्थ कुनै अतिरिक्त रिड नाइज प्रस्तुत हुँदैन। गाढा प्रवाह बढ्छ, तर माथि उल्लेख गरिएझैं, यो सामान्यतया धेरै कम हुन्छ।
● ग्लोबल शटर: 'इन्टरलाइन' सीसीडी सेन्सरहरूले वास्तविक ग्लोबल शटरसँग काम गर्छन्। 'फ्रेम ट्रान्सफर' सीसीडी सेन्सरहरूले 'आधा ग्लोबल' शटर प्रयोग गर्छन् (चित्र ४५ को 'मास्क्ड' क्षेत्र हेर्नुहोस्) - सुरु र अन्त्य एक्सपोजरको लागि फ्रेम ट्रान्सफर प्रक्रिया साँच्चै एकैसाथ हुँदैन, तर सामान्यतया १-१० माइक्रोसेकेन्डको क्रममा लिन्छ। केही सीसीडीहरूले मेकानिकल शटरिङ प्रयोग गर्छन्।
सीसीडी सेन्सरका बेफाइदाहरू
● सीमित गति: पिक्सेल प्रति सेकेन्डमा सामान्य डेटा थ्रुपुट लगभग २० मेगापिक्सेल प्रति सेकेन्ड (MP/s) हुन सक्छ, जुन ५ fps मा ४ MP छवि बराबर हो। यो समकक्ष CMOS भन्दा लगभग २० गुणा ढिलो छ, र उच्च-गति CMOS भन्दा कम्तिमा १०० गुणा ढिलो छ।
● उच्च पढ्ने आवाज: CCD हरूमा पढ्ने आवाज उच्च हुन्छ, मुख्यतया प्रयोगयोग्य क्यामेरा गति प्राप्त गर्न उच्च दरमा ADC(हरू) चलाउनुपर्ने आवश्यकताको कारणले। उच्च-अन्त CCD क्यामेराहरूको लागि ५ देखि १० e- सामान्य छ।
● ठूला पिक्सेलहरू: धेरै अनुप्रयोगहरूको लागि, साना पिक्सेलहरूले फाइदाहरू प्रदान गर्दछ। विशिष्ट CMOS वास्तुकलाले CCD भन्दा सानो न्यूनतम पिक्सेल आकारहरूलाई अनुमति दिन्छ।
● उच्च पावर खपत: CCD सेन्सरहरू चलाउनको लागि पावर आवश्यकताहरू CMOS भन्दा धेरै बढी छन्।
वैज्ञानिक इमेजिङमा सीसीडी सेन्सरहरूको प्रयोग
CMOS प्रविधिले लोकप्रियता हासिल गरेको भए तापनि, CCD सेन्सरहरू अझै पनि केही वैज्ञानिक इमेजिङ अनुप्रयोगहरूमा रुचाइन्छ जहाँ छवि गुणस्तर, संवेदनशीलता र स्थिरता सर्वोपरि हुन्छ। न्यूनतम आवाजमा कम-प्रकाश संकेतहरू खिच्ने तिनीहरूको उच्च क्षमताले तिनीहरूलाई सटीक अनुप्रयोगहरूको लागि आदर्श बनाउँछ।
खगोल विज्ञान
टाढाका ताराहरू र आकाशगंगाहरूबाट हल्का प्रकाश खिच्ने क्षमताको कारणले गर्दा सीसीडी सेन्सरहरू खगोलीय इमेजिङमा महत्त्वपूर्ण छन्। तिनीहरू लामो-एक्सपोजर एस्ट्रोफोटोग्राफीको लागि वेधशालाहरू र उन्नत एमेच्योर खगोल विज्ञान दुवैमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ, स्पष्ट, विस्तृत छविहरू प्रदान गर्दछ।
माइक्रोस्कोपी र जीवन विज्ञान
जीवन विज्ञानमा, सीसीडी सेन्सरहरू कमजोर प्रतिदीप्ति संकेतहरू वा सूक्ष्म सेलुलर संरचनाहरू खिच्न प्रयोग गरिन्छ। तिनीहरूको उच्च संवेदनशीलता र एकरूपताले तिनीहरूलाई प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी, प्रत्यक्ष सेल इमेजिङ, र डिजिटल रोगविज्ञान जस्ता अनुप्रयोगहरूको लागि उत्तम बनाउँछ। तिनीहरूको रेखीय प्रकाश प्रतिक्रियाले सही मात्रात्मक विश्लेषण सुनिश्चित गर्दछ।
अर्धचालक निरीक्षण
सीसीडी सेन्सरहरू अर्धचालक निर्माणमा, विशेष गरी वेफर निरीक्षणको लागि महत्त्वपूर्ण हुन्छन्। तिनीहरूको उच्च रिजोल्युसन र स्थिर इमेजिङ गुणस्तर चिप्समा माइक्रो-स्केल दोषहरू पहिचान गर्न, अर्धचालक उत्पादनमा आवश्यक परिशुद्धता सुनिश्चित गर्न आवश्यक छ।
एक्स-रे र वैज्ञानिक इमेजिङ
सीसीडी सेन्सरहरू एक्स-रे पत्ता लगाउने प्रणाली र अन्य विशेष इमेजिङ अनुप्रयोगहरूमा पनि प्रयोग गरिन्छ। क्रिस्टलोग्राफी, सामग्री विश्लेषण, र गैर-विनाशकारी परीक्षण जस्ता चुनौतीपूर्ण अवस्थाहरूमा स्पष्ट इमेजिङको लागि उच्च सिग्नल-टु-नाइज अनुपात कायम राख्ने तिनीहरूको क्षमता महत्त्वपूर्ण छ।
के सीसीडी सेन्सरहरू आज पनि सान्दर्भिक छन्?
Tucsen H-694 र 674 CCD क्यामेरा
CMOS प्रविधिको द्रुत विकासको बावजुद, CCD सेन्सरहरू अप्रचलित छैनन्। तिनीहरू अल्ट्रा-कम प्रकाश र उच्च-परिशुद्धता इमेजिङ कार्यहरूमा मनपर्ने विकल्प बनेका छन्, जहाँ तिनीहरूको अतुलनीय छवि गुणस्तर र आवाज विशेषताहरू महत्त्वपूर्ण छन्। गहिरो-अन्तरिक्ष खगोल विज्ञान वा उन्नत फ्लोरोसेन्स माइक्रोस्कोपी जस्ता क्षेत्रहरूमा, CCD क्यामेराहरूले प्रायः धेरै CMOS विकल्पहरूलाई पछाडि पार्छन्।
सीसीडी सेन्सरहरूको शक्ति र कमजोरीहरू बुझ्दा अनुसन्धानकर्ताहरू र इन्जिनियरहरूलाई उनीहरूको वैज्ञानिक वा औद्योगिक अनुप्रयोगहरूमा इष्टतम प्रदर्शन सुनिश्चित गर्दै उनीहरूको विशेष आवश्यकताहरूको लागि सही प्रविधि चयन गर्न मद्दत गर्दछ।
सोधिने प्रश्नहरू
मैले कहिले CCD सेन्सर छनौट गर्नुपर्छ?
CCD सेन्सरहरू आज दस वर्ष पहिलेको तुलनामा धेरै दुर्लभ छन्, किनकि CMOS प्रविधिले तिनीहरूको कम अँध्यारो वर्तमान प्रदर्शनमा पनि अतिक्रमण गर्न थाल्छ। यद्यपि, त्यहाँ सधैं अनुप्रयोगहरू हुनेछन् जहाँ तिनीहरूको प्रदर्शन विशेषताहरूको संयोजन - जस्तै उच्च छवि गुणस्तर, कम आवाज, र उच्च संवेदनशीलता - ले फाइदा प्रदान गर्दछ।
वैज्ञानिक क्यामेराहरूले किन चिसो सीसीडी सेन्सर प्रयोग गर्छन्?
छवि खिच्ने क्रममा शीतलनले थर्मल आवाज कम गर्छ, छवि स्पष्टता र संवेदनशीलतामा सुधार गर्छ। यो विशेष गरी कम प्रकाश र लामो-एक्सपोजर वैज्ञानिक इमेजिङको लागि महत्त्वपूर्ण छ, त्यसैले धेरै उच्च-अन्तवैज्ञानिक क्यामेराहरूसफा, अझ सटीक नतिजाहरूको लागि चिसो CCD मा भर पर्नुहोस्।
CCD र EMCCD सेन्सरहरूमा ओभरल्याप मोड के हो, र यसले क्यामेराको कार्यसम्पादनलाई कसरी सुधार गर्छ?
CCD र EMCCD सेन्सरहरू सामान्यतया 'ओभरल्याप मोड' गर्न सक्षम हुन्छन्। विश्वव्यापी शटर क्यामेराहरूको लागि, यसले अर्को फ्रेमको एक्सपोजरको समयमा अघिल्लो फ्रेम पढ्ने क्षमतालाई जनाउँछ। यसले उच्च (लगभग १००%) कर्तव्य चक्र निम्त्याउँछ, जसको अर्थ फ्रेमहरूलाई प्रकाशमा नदेखाई न्यूनतम समय बर्बाद हुन्छ, र त्यसैले उच्च फ्रेम दरहरू हुन्छन्।
नोट: ओभरल्याप मोडको रोलिङ शटर सेन्सरहरूको लागि फरक अर्थ हुन्छ।
यदि तपाईं रोलिङ शटरहरूको बारेमा थप जान्न चाहनुहुन्छ भने, कृपया क्लिक गर्नुहोस्:
रोलिङ शटर कन्ट्रोल मोडले कसरी काम गर्छ र यसलाई कसरी प्रयोग गर्ने
टक्सेन फोटोनिक्स कं, लिमिटेड। सबै अधिकार सुरक्षित। उद्धृत गर्दा, कृपया स्रोत स्वीकार गर्नुहोस्:www.tucsen.com
