CCD சென்சார்களைப் புரிந்துகொள்வது: அவை என்ன, அவை எவ்வாறு செயல்படுகின்றன |

2025 ஆம் ஆண்டில், CMOS சென்சார்கள் அறிவியல் மற்றும் நுகர்வோர் இமேஜிங்கில் ஒரே மாதிரியாக ஆதிக்கம் செலுத்தினாலும், இது எப்போதும் அப்படி இல்லை.

CCD என்பது 'சார்ஜ்-கப்பிள்ட் டிவைஸ்' என்பதைக் குறிக்கிறது, மேலும் CCD சென்சார்கள் 1970 இல் முதன்முதலில் உருவாக்கப்பட்ட அசல் டிஜிட்டல் கேமரா சென்சார்கள் ஆகும். CCD- மற்றும் EMCCD- அடிப்படையிலான கேமராக்கள் பொதுவாக சில ஆண்டுகளுக்கு முன்பு வரை அறிவியல் பயன்பாடுகளுக்கு பரிந்துரைக்கப்பட்டன. இரண்டு தொழில்நுட்பங்களும் இன்றும் உயிர்வாழ்கின்றன, இருப்பினும் அவற்றின் பயன்பாடுகள் முக்கிய இடத்தைப் பிடித்துள்ளன.

CMOS சென்சார்களின் மேம்பாடு மற்றும் மேம்பாட்டின் விகிதம் தொடர்ந்து அதிகரித்து வருகிறது. இந்த தொழில்நுட்பங்களுக்கு இடையிலான வேறுபாடு முதன்மையாக அவை கண்டறியப்பட்ட மின்னணு மின்னூட்டத்தை செயலாக்கி வாசிக்கும் விதத்தில் உள்ளது.

சிசிடி சென்சார் என்றால் என்ன?

1-இன்ச் வடிவமைப்பு பகுதி CCD பட சென்சார்

CCD சென்சார் என்பது ஒளியைப் பிடித்து டிஜிட்டல் சிக்னல்களாக மாற்றப் பயன்படும் ஒரு வகை பட சென்சார் ஆகும். இது ஃபோட்டான்களைச் சேகரித்து அவற்றை மின் கட்டணங்களாக மாற்றும் ஒளி-உணர்திறன் பிக்சல்களின் வரிசையைக் கொண்டுள்ளது.

CCD சென்சார் ரீட்அவுட் CMOS இலிருந்து மூன்று குறிப்பிடத்தக்க வழிகளில் வேறுபடுகிறது:

● கட்டண மாற்றம்: கைப்பற்றப்பட்ட ஃபோட்டோ எலக்ட்ரான்கள் சென்சார் முழுவதும் கீழே உள்ள ஒரு ரீட்அவுட் பகுதிக்கு மின்னியல் ரீதியாக பிக்சல்-க்கு-பிக்சல் நகர்த்தப்படுகின்றன.
● வாசிப்பு வழிமுறை: இணையாக இயங்கும் அனலாக் டு டிஜிட்டல் மாற்றிகள் (ADCகள்) முழு வரிசைக்கும் பதிலாக, CCDகள் பிக்சல்களை தொடர்ச்சியாகப் படிக்கும் ஒன்று அல்லது இரண்டு ADCகளை (அல்லது சில நேரங்களில் அதற்கு மேற்பட்டவை) மட்டுமே பயன்படுத்துகின்றன.

மின்தேக்கி மற்றும் பெருக்கி இடம்: ஒவ்வொரு பிக்சலிலும் மின்தேக்கிகள் மற்றும் பெருக்கிகளுக்குப் பதிலாக, ஒவ்வொரு ADC யிலும் ஒரு மின்தேக்கி மற்றும் பெருக்கி உள்ளது.

ஒரு CCD சென்சார் எவ்வாறு செயல்படுகிறது?

ஒரு படத்தைப் பெற்று செயலாக்க CCD சென்சார் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பது இங்கே:

படம்: ஒரு CCD சென்சாருக்கான ரீட்அவுட் செயல்முறை

அவற்றின் வெளிப்பாட்டின் முடிவில், CCD சென்சார்கள் முதலில் சேகரிக்கப்பட்ட கட்டணங்களை ஒவ்வொரு பிக்சலுக்குள் உள்ள ஒரு மறைக்கப்பட்ட சேமிப்புப் பகுதிக்குள் நகர்த்துகின்றன (காட்டப்படவில்லை). பின்னர், ஒரு நேரத்தில் ஒரு வரிசையில், கட்டணங்கள் ஒரு ரீட்அவுட் பதிவேட்டில் நகர்த்தப்படுகின்றன. ஒரு நேரத்தில் ஒரு நெடுவரிசை, ரீட்அவுட் பதிவேட்டில் உள்ள கட்டணங்கள் படிக்கப்படுகின்றன.

1. கட்டணம் நீக்குதல்: கையகப்படுத்துதலைத் தொடங்க, முழு சென்சாரிலிருந்தும் (உலகளாவிய ஷட்டர்) சார்ஜ் ஒரே நேரத்தில் அழிக்கப்படுகிறது.
2. கட்டணம் குவிப்பு: வெளிப்பாட்டின் போது மின்னூட்டம் குவிகிறது.
3. சார்ஜ் சேமிப்பு: வெளிப்பாட்டின் முடிவில், சேகரிக்கப்பட்ட மின்னூட்டங்கள் ஒவ்வொரு பிக்சலுக்குள் உள்ள ஒரு மறைக்கப்பட்ட பகுதிக்கு நகர்த்தப்படுகின்றன (இன்டர்லைன் டிரான்ஸ்ஃபர் CCD என அழைக்கப்படுகிறது), அங்கு அவை புதிய கண்டறியப்பட்ட ஃபோட்டான்கள் கணக்கிடப்படாமல் வாசிப்புக்காக காத்திருக்கலாம்.
4. அடுத்த சட்டகத்தின் வெளிப்பாடு: கண்டறியப்பட்ட கட்டணங்கள் பிக்சல்களின் மறைக்கப்பட்ட பகுதியில் சேமிக்கப்படுவதால், பிக்சல்களின் செயலில் உள்ள பகுதி அடுத்த சட்டகத்தின் வெளிப்பாட்டைத் தொடங்கலாம் (ஒன்றுடன் ஒன்று பயன்முறை).
5. தொடர் வாசிப்பு வெளியீடு: ஒரு நேரத்தில் ஒரு வரிசையாக, முடிக்கப்பட்ட சட்டத்தின் ஒவ்வொரு வரிசையிலிருந்தும் கட்டணங்கள் 'படிப்புப் பதிவேட்டிற்கு' நகர்த்தப்படுகின்றன.
6. இறுதி வாசிப்பு வெளியீடு: ஒரு நேரத்தில் ஒரு நெடுவரிசையாக, ஒவ்வொரு பிக்சலிலிருந்தும் கட்டணங்கள் ADC இல் வாசிப்புக்காக வாசிப்பு முனைக்குள் செலுத்தப்படுகின்றன.
7. மீண்டும் மீண்டும்: அனைத்து பிக்சல்களிலும் கண்டறியப்பட்ட கட்டணங்கள் கணக்கிடப்படும் வரை இந்த செயல்முறை மீண்டும் நிகழும்.

கண்டறியப்பட்ட அனைத்து கட்டணங்களும் குறைந்த எண்ணிக்கையிலான (சில நேரங்களில் ஒன்று) ரீட்அவுட் புள்ளிகளால் படிக்கப்படுவதால் ஏற்படும் இந்த இடையூறு, CMOS உடன் ஒப்பிடும்போது CCD சென்சார்களின் தரவு செயல்திறனில் கடுமையான வரம்புகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.

CCD சென்சார்களின் நன்மை தீமைகள்

நன்மை	பாதகம்
குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டம் பொதுவாக குளிர்விக்கும்போது ~0.001 e⁻/p/s.	வரையறுக்கப்பட்ட வேகம் வழக்கமான செயல்திறன் ~20 MP/s — CMOS ஐ விட மிகவும் மெதுவானது.
பிக்சல் பின்னிங் கட்டணங்கள் வாசிப்புக்கு முன் சுருக்கமாகக் கூறப்படுகின்றன, இதனால் சத்தம் குறைகிறது.	ஒற்றை-புள்ளி ADC ரீட்அவுட் காரணமாக அதிக வாசிப்பு இரைச்சல் 5–10 e⁻ பொதுவானது.
இன்டர்லைன்/ஃபிரேம்-டிரான்ஸ்ஃபர் CCDகளில் உண்மையான உலகளாவிய அல்லது கிட்டத்தட்ட உலகளாவிய ஷட்டர்.	பெரிய பிக்சல் அளவுகள் மினியேட்டரைசேஷன் CMOS சலுகைகளுடன் பொருந்தவில்லை.
உயர் பட சீரான தன்மை அளவு இமேஜிங்கிற்கு சிறந்தது.	அதிக மின் நுகர்வு சார்ஜ் ஷிஃப்டிங் மற்றும் ரீட்அவுட்டுக்கு அதிக சக்தி தேவைப்படுகிறது.

CCD சென்சாரின் நன்மைகள்

● குறைந்த அடர் மின்னோட்டம்: இயல்பாகவே ஒரு தொழில்நுட்பமாக, CCD சென்சார்கள் மிகக் குறைந்த இருண்ட மின்னோட்டத்தைக் கொண்டிருக்கின்றன, பொதுவாக குளிர்விக்கும்போது 0.001 e-/p/s வரிசையில் இருக்கும்.
● 'ஆன்-பிக்சல்' பின்னிங்: பின்னிங் செய்யும்போது, CCDகள் ரீட்அவுட்டுக்கு முன் சார்ஜ்களைச் சேர்க்கின்றன, பிறகு அல்ல, அதாவது கூடுதல் ரீட்அவுட் சத்தம் அறிமுகப்படுத்தப்படாது. டார்க் மின்னோட்டம் அதிகரிக்கும், ஆனால் மேலே குறிப்பிட்டுள்ளபடி, இது பொதுவாக மிகக் குறைவாகவே இருக்கும்.
● உலகளாவிய ஷட்டர்: 'இன்டர்லைன்' சிசிடி சென்சார்கள் உண்மையான உலகளாவிய ஷட்டருடன் இயங்குகின்றன. 'பிரேம் டிரான்ஸ்ஃபர்' சிசிடி சென்சார்கள் 'அரை உலகளாவிய' ஷட்டரைப் பயன்படுத்துகின்றன (படம் 45 இன் 'மாஸ்க்டு' பகுதியைப் பார்க்கவும்) - வெளிப்பாட்டைத் தொடங்குவதற்கும் முடிப்பதற்கும் பிரேம் பரிமாற்ற செயல்முறை உண்மையிலேயே ஒரே நேரத்தில் இல்லை, ஆனால் பொதுவாக 1-10 மைக்ரோ விநாடிகள் வரிசையில் எடுக்கும். சில சிசிடிகள் இயந்திர ஷட்டரிங்கைப் பயன்படுத்துகின்றன.

CCD சென்சார்களின் தீமைகள்

● வரையறுக்கப்பட்ட வேகம்: வினாடிக்கு பிக்சல்களில் வழக்கமான தரவு வெளியீடு வினாடிக்கு 20 மெகாபிக்சல்கள் (MP/s) ஆக இருக்கலாம், இது 5 fps இல் 4 MP படத்திற்கு சமம். இது சமமான CMOS ஐ விட 20 மடங்கு மெதுவாகவும், அதிவேக CMOS ஐ விட குறைந்தது 100 மடங்கு மெதுவாகவும் இருக்கும்.
● அதிக வாசிப்பு இரைச்சல்: CCD-களில் வாசிப்பு சத்தம் அதிகமாக உள்ளது, பெரும்பாலும் பயன்படுத்தக்கூடிய கேமரா வேகத்தை அடைய ADC(களை) அதிக விகிதத்தில் இயக்க வேண்டியதன் காரணமாக. உயர்நிலை CCD கேமராக்களுக்கு 5 முதல் 10 e- வரை பொதுவானது.
● பெரிய பிக்சல்கள்: பல பயன்பாடுகளுக்கு, சிறிய பிக்சல்கள் நன்மைகளை வழங்குகின்றன. வழக்கமான CMOS கட்டமைப்பு CCD ஐ விட சிறிய குறைந்தபட்ச பிக்சல் அளவுகளை அனுமதிக்கிறது.
● அதிக மின் நுகர்வு: CCD சென்சார்களை இயக்குவதற்கான மின் தேவைகள் CMOS ஐ விட மிக அதிகம்.

அறிவியல் இமேஜிங்கில் CCD சென்சார்களின் பயன்பாடுகள்

CMOS தொழில்நுட்பம் பிரபலமடைந்திருந்தாலும், படத் தரம், உணர்திறன் மற்றும் நிலைத்தன்மை மிக முக்கியமான சில அறிவியல் இமேஜிங் பயன்பாடுகளில் CCD சென்சார்கள் இன்னும் விரும்பப்படுகின்றன. குறைந்த சத்தத்துடன் குறைந்த-ஒளி சிக்னல்களைப் பிடிக்கும் அவற்றின் உயர்ந்த திறன் அவற்றை துல்லியமான பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக ஆக்குகிறது.

வானியல்

தொலைதூர நட்சத்திரங்கள் மற்றும் விண்மீன் திரள்களிலிருந்து மங்கலான ஒளியைப் பிடிக்கும் திறன் காரணமாக, வானியல் இமேஜிங்கில் CCD சென்சார்கள் முக்கியமானவை. நீண்ட நேர வெளிப்பாடு வானியல் புகைப்படக் கலைக்காக, ஆய்வகங்கள் மற்றும் மேம்பட்ட அமெச்சூர் வானியல் இரண்டிலும் அவை பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, தெளிவான, விரிவான படங்களை வழங்குகின்றன.

நுண்ணோக்கி மற்றும் வாழ்க்கை அறிவியல்

உயிரியல் அறிவியலில், பலவீனமான ஒளிரும் சமிக்ஞைகள் அல்லது நுட்பமான செல்லுலார் கட்டமைப்புகளைப் பிடிக்க CCD சென்சார்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவற்றின் அதிக உணர்திறன் மற்றும் சீரான தன்மை, ஒளிரும் நுண்ணோக்கி, நேரடி செல் இமேஜிங் மற்றும் டிஜிட்டல் நோயியல் போன்ற பயன்பாடுகளுக்கு அவற்றை சரியானதாக ஆக்குகிறது. அவற்றின் நேரியல் ஒளி பதில் துல்லியமான அளவு பகுப்பாய்வை உறுதி செய்கிறது.

குறைக்கடத்தி ஆய்வு

குறைக்கடத்தி உற்பத்தியில், குறிப்பாக வேஃபர் ஆய்வுக்கு, CCD சென்சார்கள் மிக முக்கியமானவை. சில்லுகளில் உள்ள நுண்ணிய அளவிலான குறைபாடுகளைக் கண்டறிந்து, குறைக்கடத்தி உற்பத்தியில் தேவையான துல்லியத்தை உறுதி செய்வதற்கு அவற்றின் உயர் தெளிவுத்திறன் மற்றும் நிலையான இமேஜிங் தரம் அவசியம்.

எக்ஸ்-கதிர் மற்றும் அறிவியல் இமேஜிங்

CCD சென்சார்கள் எக்ஸ்-கதிர் கண்டறிதல் அமைப்புகள் மற்றும் பிற சிறப்பு இமேஜிங் பயன்பாடுகளிலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. படிகவியல், பொருட்கள் பகுப்பாய்வு மற்றும் அழிவில்லாத சோதனை போன்ற சவாலான சூழ்நிலைகளில் தெளிவான இமேஜிங்கிற்கு, குறிப்பாக குளிரூட்டப்படும்போது, அதிக சிக்னல்-இரைச்சல் விகிதங்களை பராமரிக்கும் அவற்றின் திறன் மிக முக்கியமானது.

CCD சென்சார்கள் இன்றும் பொருத்தமானவையா?

டக்சன் H-694 & 674 CCD கேமரா

CMOS தொழில்நுட்பத்தின் விரைவான வளர்ச்சி இருந்தபோதிலும், CCD சென்சார்கள் காலாவதியாகிவிடவில்லை. மிகக் குறைந்த ஒளி மற்றும் உயர் துல்லிய இமேஜிங் பணிகளில் அவை விருப்பமான தேர்வாகவே இருக்கின்றன, அங்கு அவற்றின் ஒப்பிடமுடியாத படத் தரம் மற்றும் இரைச்சல் பண்புகள் மிக முக்கியமானவை. ஆழமான விண்வெளி வானியல் அல்லது மேம்பட்ட ஃப்ளோரசன்சன் நுண்ணோக்கி போன்ற துறைகளில், CCD கேமராக்கள் பெரும்பாலும் பல CMOS மாற்றுகளை விட சிறப்பாக செயல்படுகின்றன.

CCD சென்சார்களின் பலம் மற்றும் பலவீனங்களைப் புரிந்துகொள்வது, ஆராய்ச்சியாளர்கள் மற்றும் பொறியியலாளர்கள் தங்கள் குறிப்பிட்ட தேவைகளுக்கு ஏற்ற சரியான தொழில்நுட்பத்தைத் தேர்ந்தெடுக்க உதவுகிறது, இது அவர்களின் அறிவியல் அல்லது தொழில்துறை பயன்பாடுகளில் உகந்த செயல்திறனை உறுதி செய்கிறது.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

நான் எப்போது CCD சென்சாரைத் தேர்வு செய்ய வேண்டும்?

பத்து ஆண்டுகளுக்கு முன்பு இருந்ததை விட இன்று CCD சென்சார்கள் மிகவும் அரிதானவை, ஏனெனில் CMOS தொழில்நுட்பம் அவற்றின் குறைந்த டார்க் மின்னோட்ட செயல்திறனைக் கூட ஆக்கிரமிக்கத் தொடங்குகிறது. இருப்பினும், சிறந்த படத் தரம், குறைந்த இரைச்சல் மற்றும் அதிக உணர்திறன் போன்ற செயல்திறன் பண்புகளின் கலவையானது ஒரு நன்மையை வழங்கும் பயன்பாடுகள் எப்போதும் இருக்கும்.

அறிவியல் கேமராக்கள் ஏன் குளிரூட்டப்பட்ட CCD சென்சார்களைப் பயன்படுத்துகின்றன?

குளிர்வித்தல் படத்தைப் பிடிக்கும் போது வெப்ப இரைச்சலைக் குறைத்து, படத்தின் தெளிவு மற்றும் உணர்திறனை மேம்படுத்துகிறது. குறைந்த ஒளி மற்றும் நீண்ட வெளிப்பாடு அறிவியல் இமேஜிங்கிற்கு இது மிகவும் முக்கியமானது, அதனால்தான் பல உயர்நிலைஅறிவியல் கேமராக்கள்தூய்மையான, மிகவும் துல்லியமான முடிவுகளுக்கு குளிரூட்டப்பட்ட CCD-களை நம்புங்கள்.

CCD மற்றும் EMCCD சென்சார்களில் ஓவர்லேப் பயன்முறை என்றால் என்ன, அது கேமரா செயல்திறனை எவ்வாறு மேம்படுத்துகிறது?

CCD மற்றும் EMCCD சென்சார்கள் பொதுவாக 'ஒன்றுடன் ஒன்று பயன்முறை' திறன் கொண்டவை. உலகளாவிய ஷட்டர் கேமராக்களைப் பொறுத்தவரை, இது அடுத்த பிரேமின் வெளிப்பாட்டின் போது முந்தைய பிரேமைப் படிக்கும் திறனைக் குறிக்கிறது. இது அதிக (கிட்டத்தட்ட 100%) கடமை சுழற்சிக்கு வழிவகுக்கிறது, அதாவது பிரேம்களை வெளிச்சத்திற்கு வெளிப்படுத்தாமல் குறைந்தபட்ச நேரம் வீணடிக்கப்படுகிறது, எனவே அதிக பிரேம் விகிதங்கள்.

குறிப்பு: ரோலிங் ஷட்டர் சென்சார்களுக்கு ஓவர்லேப் பயன்முறை வேறுபட்ட பொருளைக் கொண்டுள்ளது.

உருளும் அடைப்புகளைப் பற்றி மேலும் அறிய விரும்பினால், தயவுசெய்து கிளிக் செய்யவும்:

ரோலிங் ஷட்டர் கட்டுப்பாட்டு முறை எவ்வாறு செயல்படுகிறது மற்றும் அதை எவ்வாறு பயன்படுத்துவது

டக்சன் ஃபோட்டோனிக்ஸ் கோ., லிமிடெட். அனைத்து உரிமைகளும் பாதுகாக்கப்பட்டவை. மேற்கோள் காட்டும்போது, தயவுசெய்து மூலத்தை ஒப்புக்கொள்ளவும்:www.டக்ஸன்.காம்