25/07/31Edhe pse në vitin 2025, sensorët CMOS dominojnë si në imazhet shkencore ashtu edhe në ato për konsumatorët, nuk ka qenë gjithmonë kështu.
CCD qëndron për 'Pajisje e Lidhur me Ngarkimin', dhe sensorët CCD ishin sensorët origjinalë të kamerave dixhitale, të zhvilluar për herë të parë në vitin 1970. Kamerat e bazuara në CCD dhe EMCCD rekomandoheshin zakonisht për aplikime shkencore deri vetëm pak vite më parë. Të dyja teknologjitë mbijetojnë edhe sot, megjithëse përdorimet e tyre janë bërë të veçanta.
Shkalla e përmirësimit dhe zhvillimit të sensorëve CMOS vazhdon të rritet. Dallimi midis këtyre teknologjive qëndron kryesisht në mënyrën se si ato përpunojnë dhe lexojnë ngarkesën elektronike të zbuluar.
Çfarë është një sensor CCD?
Sensori CCD është një lloj sensori imazhi që përdoret për të kapur dritën dhe për ta kthyer atë në sinjale dixhitale. Ai përbëhet nga një grup pikselësh të ndjeshëm ndaj dritës që mbledhin fotone dhe i shndërrojnë ato në ngarkesa elektrike.
Leximi i sensorit CCD ndryshon nga ai i sensorit CMOS në tre mënyra të rëndësishme:
● Transferimi i tarifësFotoelektronet e kapura lëvizin elektrostatikisht piksel-me-piksel përgjatë sensorit në një zonë leximi në pjesën e poshtme.
● Mekanizmi i LeximitNë vend të një rreshti të tërë konvertuesish analogë-dixhitalë (ADC) që veprojnë paralelisht, CCD-të përdorin vetëm një ose dy ADC (ose ndonjëherë më shumë) që lexojnë pikselët në mënyrë sekuenciale.
Vendosja e kondensatorit dhe amplifikatorit: Në vend të kondensatorëve dhe amplifikatorëve në secilin piksel, secili ADC ka një kondensator dhe amplifikator.
Si funksionon një sensor CCD?
Ja se si funksionon një sensor CCD për të kapur dhe përpunuar një imazh:
Figura: Procesi i leximit të të dhënave për një sensor CCD
Në fund të ekspozimit të tyre, sensorët CCD së pari i zhvendosin ngarkesat e mbledhura brenda një zone të maskuar ruajtjeje brenda çdo pikseli (nuk tregohet). Pastaj, një rresht në të njëjtën kohë, ngarkesat zhvendosen në një regjistër leximi. Një kolonë në të njëjtën kohë, ngarkesat brenda regjistrit të leximit lexohen.
1. Zbritje pagesashPër të filluar marrjen, karikimi pastrohet njëkohësisht nga i gjithë sensori (objekt global i shkrehjes).
2. Akumulimi i ngarkesësNgarkesa grumbullohet gjatë ekspozimit.
3. Ruajtja e karikimitNë fund të ekspozimit, ngarkesat e mbledhura zhvendosen në një zonë të maskuar brenda secilit piksel (e quajtur CCD me transferim ndërvijë), ku ato mund të presin leximin pa u numëruar fotonet e reja të zbuluara.
4. Ekspozimi i Kuadrit të ArdhshëmMe ngarkesat e zbuluara të ruajtura në zonën e maskuar të pikselëve, zona aktive e pikselëve mund të fillojë ekspozimin e kuadrit tjetër (modaliteti i mbivendosjes).
5. Lexim SekuencialNjë rresht në të njëjtën kohë, ngarkesat nga secili rresht i kornizës së përfunduar zhvendosen në një 'regjistër leximi'.
6. Leximi përfundimtarNjë kolonë në të njëjtën kohë, ngarkesat nga secili piksel transportohen në nyjen e leximit për lexim në ADC.
7. PërsëritjeKy proces përsëritet derisa të numërohen ngarkesat e zbuluara në të gjithë pikselët.
Kjo pengesë e shkaktuar nga leximi i të gjitha ngarkesave të zbuluara nga një numër i vogël (ndonjëherë një) pikash leximi, çon në kufizime të rënda në transmetimin e të dhënave të sensorëve CCD krahasuar me CMOS.
Pro dhe kundër të sensorëve CCD
| Pro | Kundër |
| Rrymë e Ulët e Errësirës. Zakonisht ~0.001 e⁻/p/s kur ftohet. | Shpejtësi e Kufizuar Rendimenti tipik ~20 MP/s — shumë më i ngadaltë se CMOS. |
| Ngarkesat e grumbullimit në piksel mblidhen para leximit, duke zvogëluar zhurmën. | Zhurma e lartë e leximit 5–10 e⁻ është e zakonshme për shkak të leximit të ADC-së me një pikë të vetme. |
| Global Shutter Shkrehës i vërtetë global ose pothuajse global në CCD-të me transferim të ndërlinjave/kuadrosh. | Madhësitë e pikselëve më të mëdhenj nuk mund të krahasohen me ofertat e CMOS-it të miniaturizimit. |
| Uniformitet i Lartë i Imazhit. I shkëlqyer për imazhe sasiore. | Konsum i lartë i energjisë Kërkon më shumë energji për zhvendosjen e karikimit dhe leximin e tij. |
Përparësitë e sensorit CCD
● Rrymë e ulët e errëtSi teknologji, sensorët CCD kanë tendencë të kenë rrymë shumë të ulët të errësirës, zakonisht rreth 0.001 e-/p/s kur ftohen.
● Grumbullim 'në piksel'Gjatë ndarjes në binarë, CCD-të shtojnë ngarkesa para leximit, jo pas, që do të thotë se nuk futet zhurmë shtesë leximi. Rryma e errët rritet, por siç u përmend më sipër, kjo zakonisht është shumë e ulët.
● Global ShutterSensorët CCD 'ndërlidhës' funksionojnë me një qepen të vërtetë global. Sensorët CCD 'transferimi i kuadrove' përdorin një qepen 'gjysmë global' (shih rajonin 'i maskuar' të Figurës 45) – procesi i transferimit të kuadrove për të filluar dhe mbaruar ekspozimin nuk është vërtet i njëkohshëm, por zakonisht zgjat rreth 1-10 mikrosekonda. Disa CCD përdorin qepen mekanik.
Disavantazhet e sensorëve CCD
● Shpejtësi e kufizuarRendimenti tipik i të dhënave në piksel për sekondë mund të jetë rreth 20 Megapiksel për sekondë (MP/s), ekuivalent me një imazh 4 MP me 5 kuadro për sekondë. Kjo është rreth 20 herë më e ngadaltë se CMOS ekuivalente dhe të paktën 100 herë më e ngadaltë se CMOS me shpejtësi të lartë.
● Zhurmë e Lartë LeximiZhurma e leximit në CCD është e lartë, kryesisht për shkak të nevojës për të përdorur ADC-të me një shpejtësi të lartë për të arritur shpejtësi të përdorshme të kamerës. 5 deri në 10 e- është e zakonshme për kamerat CCD të nivelit të lartë.
● Piksel më të mëdhenjPër shumë aplikime, pikselët më të vegjël ofrojnë përparësi. Arkitektura tipike CMOS lejon madhësi minimale pikselësh më të vogla sesa CCD.
● Konsum i Lartë i EnergjisëKërkesat për energji për funksionimin e sensorëve CCD janë shumë më të larta se ato të CMOS.
Zbatimet e sensorëve CCD në imazherinë shkencore
Edhe pse teknologjia CMOS ka fituar popullaritet, sensorët CCD janë ende të preferuar në disa aplikacione të imazherisë shkencore ku cilësia e imazhit, ndjeshmëria dhe qëndrueshmëria janë parësore. Aftësia e tyre superiore për të kapur sinjale me dritë të ulët me zhurmë minimale i bën ato ideale për aplikacione precize.
Astronomi
Sensorët CCD janë kritikë në imazhet astronomike për shkak të aftësisë së tyre për të kapur dritën e zbehtë nga yjet dhe galaktikat e largëta. Ato përdoren gjerësisht si në observatorë ashtu edhe në astronomi të avancuar amatore për astrofotografi me ekspozim të gjatë, duke ofruar imazhe të qarta dhe të detajuara.
Mikroskopi dhe Shkencat e Jetës
Në shkencat e jetës, sensorët CCD përdoren për të kapur sinjale të dobëta fluoreshente ose struktura qelizore delikate. Ndjeshmëria dhe uniformiteti i tyre i bëjnë ato perfekte për aplikime si mikroskopia fluoreshente, imazheria e qelizave të gjalla dhe patologjia dixhitale. Përgjigja e tyre lineare ndaj dritës siguron analiza sasiore të sakta.
Inspektimi i gjysmëpërçuesve
Sensorët CCD janë thelbësorë në prodhimin e gjysmëpërçuesve, veçanërisht për inspektimin e pllakave të montimit. Rezolucioni i tyre i lartë dhe cilësia e qëndrueshme e imazhit janë thelbësore për identifikimin e defekteve në shkallë mikro në çipa, duke siguruar saktësinë e kërkuar në prodhimin e gjysmëpërçuesve.
Rrezet X dhe Imazheria Shkencore
Sensorët CCD përdoren gjithashtu në sistemet e zbulimit të rrezeve X dhe në aplikacione të tjera të specializuara të imazherisë. Aftësia e tyre për të ruajtur raporte të larta sinjal-zhurmë, veçanërisht kur ftohen, është jetike për imazhe të qarta në kushte sfiduese si kristalografia, analiza e materialeve dhe testimi jo-shkatërrues.
A janë ende të rëndësishëm sensorët CCD sot?
Kamera CCD Tucsen H-694 dhe 674
Pavarësisht zhvillimit të shpejtë të teknologjisë CMOS, sensorët CCD janë larg të qenit të vjetëruar. Ata mbeten një zgjedhje e preferuar në detyrat e imazhit me dritë ultra të ulët dhe saktësi të lartë, ku cilësia e tyre e pakrahasueshme e imazhit dhe karakteristikat e zhurmës janë thelbësore. Në fusha si astronomia në hapësirën e thellë ose mikroskopia e përparuar e fluoreshencës, kamerat CCD shpesh i tejkalojnë shumë alternativa CMOS.
Të kuptuarit e pikave të forta dhe të dobëta të sensorëve CCD i ndihmon studiuesit dhe inxhinierët të zgjedhin teknologjinë e duhur për nevojat e tyre specifike, duke siguruar performancë optimale në aplikimet e tyre shkencore ose industriale.
Pyetje të shpeshta
Kur duhet të zgjedh një sensor CCD?
Sensorët CCD janë shumë më të rrallë sot sesa dhjetë vjet më parë, pasi teknologjia CMOS fillon të cenojë edhe performancën e tyre me rrymë të ulët në errësirë. Megjithatë, gjithmonë do të ketë aplikime ku kombinimi i karakteristikave të tyre të performancës - siç janë cilësia superiore e imazhit, zhurma e ulët dhe ndjeshmëria e lartë - ofron një avantazh.
Pse kamerat shkencore përdorin sensorë CCD të ftohur?
Ftohja zvogëlon zhurmën termike gjatë kapjes së imazhit, duke përmirësuar qartësinë dhe ndjeshmërinë e imazhit. Kjo është veçanërisht e rëndësishme për imazhet shkencore në dritë të ulët dhe me ekspozim të gjatë, prandaj shumë aparate të nivelit të lartë...kamera shkencoreMbështetuni në CCD-të e ftohura për rezultate më të pastra dhe më të sakta.
Çfarë është modaliteti i mbivendosjes në sensorët CCD dhe EMCCD, dhe si e përmirëson performancën e kamerës?
Sensorët CCD dhe EMCCD zakonisht janë të aftë për 'modalitetin e mbivendosjes'. Për kamerat me qepen global, kjo i referohet aftësisë për të lexuar kuadrin e mëparshëm gjatë ekspozimit të kuadrit tjetër. Kjo çon në një cikël pune të lartë (afërsisht 100%), që do të thotë se humbet kohë minimale duke mos i ekspozuar kuadrot ndaj dritës, dhe për këtë arsye shpejtësi më të larta të kuadrove.
Shënim: Modaliteti i mbivendosjes ka një kuptim të ndryshëm për sensorët e qepenave me rrotullim.
Nëse doni të mësoni më shumë rreth grilave me rrotulla, ju lutemi klikoni:
Si funksionon modaliteti i kontrollit të qepenave me rrotullim dhe si ta përdorni atë
Tucsen Photonics Co., Ltd. Të gjitha të drejtat e rezervuara. Kur citoni, ju lutemi përmendni burimin:www.tucsen.com
