25/08/05Ti smartphone nepi ka instrumen ilmiah, sensor gambar aya di jantung téhnologi visual kiwari. Di antara ieu, sénsor CMOS geus jadi kakuatan dominan, powering sagalana ti poto sapopoé pikeun mikroskop canggih tur inspeksi semikonduktor.
Téknologi 'Complementary Metal Oxide Semiconductor' (CMOS) mangrupikeun arsitéktur éléktronik sareng set téknologi prosés fabrikasi anu aplikasina luar biasa lega. Mémang, téknologi CMOS tiasa disarioskeun ngadukung jaman digital modéren.
Naon Dupi CMOS Sénsor?
sensor gambar CMOS (CIS) ngagunakeun piksel aktip, hartina pamakéan tilu atawa leuwih transistor dina unggal piksel kaméra. piksel CCD jeung EMCCD teu ngandung transistor.
Transistor dina unggal piksel ngamungkinkeun piksel 'aktif' ieu dikendali, sinyal diamplifikasi ngaliwatan transistor 'efek lapangan', sarta datana diaksés, sadayana paralel. Di tempat hiji jalur readout tunggal pikeun sakabéh sensor atawa fraksi signifikan tina sensor, akaméra CMOSngawengku sahanteuna hiji sakabéh baris ADCs readout, hiji (atawa leuwih) ADC pikeun tiap kolom sensor. Masing-masing tiasa maca nilai kolomna sakaligus. Salajengna, sénsor 'piksel aktif' ieu cocog sareng logika digital CMOS, ningkatkeun pungsionalitas sénsor poténsial.
Kalawan babarengan, kualitas ieu masihan sensor CMOS speed maranéhanana. Tapi, hatur nuhun kana paningkatan paralelisme ieu, ADC individu tiasa nyandak langkung lami pikeun ngukur sinyal anu dideteksi kalayan langkung akurat. Waktos konvérsi anu langkung panjang ieu ngamungkinkeun operasi sora anu rendah pisan, bahkan pikeun jumlah piksel anu langkung luhur. Hatur nuhun kana ieu, sareng inovasi sanésna, sora anu dibaca tina sensor CMOS condong saloba 5x - 10x langkung handap tina CCD.
Kaméra CMOS ilmiah modern (sCMOS) mangrupikeun subtipe khusus tina CMOS anu dirancang pikeun noise rendah sareng pencitraan gancang-gancang dina aplikasi panalungtikan.
Kumaha Sénsor CMOS Gawé? (Kaasup Rolling vs Global Shutter)
Operasi tina sénsor CMOS has ditémbongkeun dina gambar na outlined handap. Catet yén salaku hasil tina béda operasional di handap, waktos sareng operasi paparan bakal béda pikeun kaméra CMOS jepret global versus rolling shutter.
Gambar: Prosés Readout pikeun sensor CMOS
CATETAN: Prosés readout pikeun kaméra CMOS béda antara kaméra 'rolling shutter' jeung 'jepret global', sakumaha dibahas dina téks. Dina dua kasus, unggal piksel ngandung kapasitor sareng panguat anu ngahasilkeun tegangan dumasar kana jumlah fotoéléktron anu dideteksi. Pikeun unggal baris, tegangan pikeun unggal kolom diukur sakaligus ku analog kolom kana konvérsi digital.
Rolling Shutter
1. Pikeun sénsor CMOS jepret rolling, dimimitian dina baris luhur (atawa puseur pikeun kaméra splitsensor), mupus muatan ti baris dimimitian paparan baris éta.
2. Saatos 'waktos garis' geus kaliwat (ilaharna 5-20 μs), pindah ka baris salajengna jeung ngulang ti hambalan 1, nepi ka sakabeh sensor ieu exposing.
3. Pikeun unggal baris, muatan ngumpulkeun salila paparan, nepi ka baris éta réngsé waktu paparan na. Baris kahiji pikeun ngamimitian bakal rengse munggaran.
4. Sakali paparan rengse pikeun baris, mindahkeun muatan ka kapasitor readout na amplifier.
5. Tegangan dina unggal panguat dina baris ieu lajeng disambungkeun ka kolom ADC, sarta sinyal diukur pikeun unggal piksel dina baris.
6. Operasi readout sareng reset bakal nyandak 'waktos garis' pikeun réngsé, saatos éta barisan salajengna pikeun ngamimitian paparan bakal dugi ka ahir waktos paparanana, sareng prosésna diulang ti lengkah 4.
7. Pas readout geus réngsé pikeun baris luhur, nyadiakeun baris handap geus dimimitian exposing pigura ayeuna, baris luhur bisa ngamimitian paparan pigura salajengna (mode tumpang tindihna). Lamun waktu paparan leuwih pondok ti pigura waktos, baris luhur kudu ngadagoan baris handap pikeun ngamimitian paparan. Paparan anu paling pondok biasana biasana hiji waktos garis.
Tucsen urang FL 26BW tiis CMOS kaméra, Nampilkeun sénsor Sony IMX533, ngagunakeun téhnologi jepret rolling ieu.
Rana Global
1. Pikeun ngawitan akuisisi, muatan sakaligus diberesihan tina sakabeh sensor (ngareset global piksel ogé).
2. Muatan accumulates salila paparan.
3. Dina ahir paparan, muatan dikumpulkeun dipindahkeun ka sumur masked dina unggal piksel, dimana aranjeunna tiasa ngantosan readout tanpa foton kauninga anyar keur diitung. Sababaraha kaméra mindahkeun muatan kana kapasitor piksel dina tahap ieu.
4. Kalawan muatan nu dideteksi disimpen di wewengkon masked unggal piksel, wewengkon aktif piksel bisa ngamimitian paparan pigura salajengna (mode tumpang tindihna).
5. Prosés readout ti wewengkon masked proceeds sakumaha keur rolling sensor jepret: Hiji baris dina hiji waktu, ti luhureun sensor, muatan ditransferkeun ti sumur masked ka kapasitor readout sarta panguat.
6. Tegangan dina unggal panguat dina baris disambungkeun ka ADC kolom, sarta sinyal diukur pikeun unggal piksel dina baris.
7. The readout na reset operasi bakal nyandak 'waktos garis' pikeun réngsé, whereupon prosés bakal ngulang pikeun baris salajengna ti hambalan 5.
8. Sakali sadaya baris geus dibaca, kaméra siap maca pigura salajengna, sarta prosés nu bisa diulang ti hambalan 2, atawa hambalan 3 lamun waktu paparan geus kaliwat.
Tucsen urang Libra 3412M Mono sCMOS kamérangagunakeun téknologi jepret global, ngamungkinkeun néwak anu jelas sareng gancang tina sampel anu gerak.
Pro jeung kontra ngeunaan CMOS Sénsor
Naros
● speeds luhur: sensor CMOS ilaharna 1 nepi ka 2 urutan gedena leuwih gancang dina throughput data ti sensor CCD atawa EMCCD.
● sensor gedé: throughput data nu leuwih gancang ngamungkinkeun jumlah piksel nu leuwih luhur jeung widang pintonan nu leuwih gede, nepi ka puluhan atawa ratusan megapiksel.
● Low noise: Sababaraha sensor CMOS bisa geus maca noise sakumaha low salaku 0.25e-, rivaling EMCCDs tanpa perlu multiplication muatan nu nambihan sumber noise tambahan.
● kalenturan ukuran piksel: Sensor kaméra konsumen sareng smartphone ngajalankeun ukuran piksel dugi ka rentang ~1 μm, sareng kaméra ilmiah dugi ka 11 μm ukuran piksel umum, sareng dugi ka 16 μm sayogi.
● Konsumsi kakuatan handap: Sarat kakuatan low tina kaméra CMOS ngamungkinkeun aranjeunna keur dipake dina rupa-rupa lega aplikasi ilmiah jeung industri.
● Harga jeung hirupna: Kaméra CMOS low-end biasana sami atanapi langkung handap hargana pikeun kaméra CCD, sareng kaméra CMOS high-end hargana langkung handap tibatan kaméra EMCCD. Harepan umur jasana kedah langkung ageung tibatan kaméra EMCCD.
Kontra
● Rolling jepret: Mayoritas kaméra CMOS ilmiah boga jepret rolling, nu bisa nambahan pajeulitna kana workflows eksperimen atawa aturan kaluar sababaraha aplikasi.
● Curren poék luhurt: Kaseueuran kaméra CMOS gaduh arus poék anu langkung luhur tibatan sensor CCD sareng EMCCD, sakapeung ngenalkeun sora anu signifikan dina paparan anu panjang (> 1 detik).
Dimana Sénsor CMOS Dipaké Kiwari
Hatur nuhun kana fleksibilitasna, sénsor CMOS kapanggih dina rupa-rupa aplikasi:
● Consumer Electronics: Smartphone, webcam, DSLR, kaméra aksi.
● Élmu Kahirupan: kakuatan sensor CMOSkaméra mikroskopdipaké dina Imaging fluoresensi sarta diagnostics médis.
● Astronomi: Teleskop jeung alat imaging spasi mindeng ngagunakeun CMOS ilmiah (sCMOS) pikeun resolusi luhur jeung noise low.
● Inspection Industrial: Inspeksi optik otomatis (AOI), robotika, jeungkaméra pikeun inspeksi semikonduktorngandelkeun sensor CMOS pikeun speed na akurasi.
● Otomotif: Advanced Supir Pitulung Systems (ADAS), pungkur-view na parkir kaméra.
● panjagaan & Kaamanan: Sistem deteksi cahaya sareng gerak.
Laju sareng efisiensi biayana ngajantenkeun CMOS janten solusi pikeun pamakean komersil volume tinggi sareng karya ilmiah khusus.
Naha CMOS Ayeuna Standar Modern
Pergeseran tina CCD ka CMOS henteu kajantenan sapeuting, tapi teu tiasa dihindari. Ieu sababna CMOS ayeuna mangrupikeun batu dasar industri pencitraan:
● Manufaktur Kauntungannana: Diwangun dina garis fabrikasi semikonduktor baku, ngurangan biaya jeung ngaronjatkeun scalability.
● Performance gains: Pilihan ngagulung sareng jepret global, ningkat sensitipitas cahaya remen, sareng tingkat pigura anu langkung luhur.
● Pamaduan & AKAL: Sensor CMOS ayeuna ngadukung pamrosesan AI on-chip, komputasi tepi, sareng analisa sacara real-time.
● Inovasi: Jenis sensor anu muncul sapertos CMOS tumpuk, sensor gambar quanta, sareng sensor melengkung diwangun dina platform CMOS.
Ti smartphone kakaméra ilmiah, CMOS geus kabuktian bisa adaptasi, kuat, jeung siap-hareup.
kacindekan
Sensor CMOS parantos mekar janten standar modéren pikeun kalolobaan aplikasi pencitraan, hatur nuhun kana kasaimbangan kinerja, efisiensi, sareng biaya. Naha nyandak kenangan sapopoé atanapi ngalaksanakeun analisa ilmiah anu gancang, téknologi CMOS nyayogikeun pondasi pikeun dunya visual ayeuna.
Kusabab inovasi sapertos CMOS shutter global sareng sCMOS terus ngalegaan kamampuan téknologi, dominasina bakal diteruskeun salami sababaraha taun ka hareup.
FAQs
Naon bédana antara jepret gulung sareng jepret global?
Jepret ngagulung maca kaluar data gambar baris demi baris, nu bisa ngabalukarkeun artefak gerak (misalna, skew atawa wobble) nalika motret subjek nu gerak gancang.
Jepret global ngarebut sakabéh pigura sakaligus, ngaleungitkeun distorsi tina gerak. Éta idéal pikeun aplikasi pencitraan-speed tinggi sapertos visi mesin sareng percobaan ilmiah.
Naon Dupi Rolling Shutter CMOS Overlap Mode?
Pikeun kaméra CMOS shutter rolling, dina mode tumpang tindihna, paparan pigura hareup bisa dimimitian saméméh pigura ayeuna geus pinuh réngsé, sahingga pikeun ongkos pigura nu leuwih luhur. Ieu mungkin sabab paparan sareng pamacaan unggal baris dirobih dina waktosna.
Modeu ieu mangpaat dina aplikasi dimana laju pigura maksimum sarta throughput kritis, kayaning inspeksi-speed tinggi atawa tracking real-time. Nanging, éta tiasa rada ningkatkeun pajeulitna waktos sareng sinkronisasi.
Tucsen Photonics Co., Ltd Sadaya hak ditangtayungan. Nalika ngutip, mangga terang sumberna:www.tucsen.com
