25/07/312025 లో, CMOS సెన్సార్లు శాస్త్రీయ మరియు వినియోగదారు ఇమేజింగ్‌లో ఒకే విధంగా ఆధిపత్యం చెలాయించినప్పటికీ, ఇది ఎల్లప్పుడూ అలా ఉండదు.
CCD అంటే 'ఛార్జ్-కపుల్డ్ డివైస్', మరియు CCD సెన్సార్లు 1970లో మొదట అభివృద్ధి చేయబడిన అసలు డిజిటల్ కెమెరా సెన్సార్లు. CCD- మరియు EMCCD-ఆధారిత కెమెరాలు సాధారణంగా కొన్ని సంవత్సరాల క్రితం వరకు శాస్త్రీయ అనువర్తనాల కోసం సిఫార్సు చేయబడ్డాయి. రెండు సాంకేతికతలు నేటికీ మనుగడలో ఉన్నాయి, అయినప్పటికీ వాటి ఉపయోగాలు సముచితంగా మారాయి.
CMOS సెన్సార్ల అభివృద్ధి మరియు అభివృద్ధి రేటు పెరుగుతూనే ఉంది. ఈ సాంకేతికతల మధ్య వ్యత్యాసం ప్రధానంగా అవి గుర్తించిన ఎలక్ట్రానిక్ ఛార్జ్‌ను ప్రాసెస్ చేసే మరియు చదివే విధానంలో ఉంటుంది.
CCD సెన్సార్ అంటే ఏమిటి?
CCD సెన్సార్ అనేది కాంతిని సంగ్రహించి డిజిటల్ సిగ్నల్‌లుగా మార్చడానికి ఉపయోగించే ఒక రకమైన ఇమేజ్ సెన్సార్. ఇది ఫోటాన్‌లను సేకరించి వాటిని విద్యుత్ ఛార్జీలుగా మార్చే కాంతి-సున్నితమైన పిక్సెల్‌ల శ్రేణిని కలిగి ఉంటుంది.
CCD సెన్సార్ రీడౌట్ CMOS నుండి మూడు ముఖ్యమైన మార్గాల్లో భిన్నంగా ఉంటుంది:
● ఛార్జ్ బదిలీ: సంగ్రహించబడిన ఫోటోఎలక్ట్రాన్లు సెన్సార్ అంతటా ఎలెక్ట్రోస్టాటికల్‌గా పిక్సెల్-టు-పిక్సెల్‌గా దిగువన ఉన్న రీడౌట్ ప్రాంతానికి తరలించబడతాయి.
● రీడౌట్ మెకానిజం: సమాంతరంగా పనిచేసే అనలాగ్ టు డిజిటల్ కన్వర్టర్లు (ADCలు) మొత్తం వరుసకు బదులుగా, CCDలు వరుసగా పిక్సెల్‌లను చదివే ఒకటి లేదా రెండు ADCలను (లేదా కొన్నిసార్లు అంతకంటే ఎక్కువ) మాత్రమే ఉపయోగిస్తాయి.
కెపాసిటర్ మరియు యాంప్లిఫైయర్ ప్లేస్‌మెంట్: ప్రతి పిక్సెల్‌లోని కెపాసిటర్లు మరియు యాంప్లిఫైయర్‌ల స్థానంలో, ప్రతి ADCకి ఒక కెపాసిటర్ మరియు యాంప్లిఫైయర్ ఉంటాయి.
CCD సెన్సార్ ఎలా పనిచేస్తుంది?
ఒక చిత్రాన్ని పొందేందుకు మరియు ప్రాసెస్ చేయడానికి CCD సెన్సార్ ఎలా పనిచేస్తుందో ఇక్కడ ఉంది:
చిత్రం: CCD సెన్సార్ కోసం రీడౌట్ ప్రక్రియ
వాటి ఎక్స్పోజర్ ముగింపులో, CCD సెన్సార్లు ముందుగా సేకరించిన ఛార్జీలను ప్రతి పిక్సెల్ లోపల ఉన్న మాస్క్డ్ స్టోరేజ్ ఏరియాలోకి తరలిస్తాయి (చూపబడలేదు). తరువాత, ఒక సమయంలో ఒక వరుసలో, ఛార్జీలు రీడౌట్ రిజిస్టర్‌లోకి తరలించబడతాయి. ఒక సమయంలో ఒక నిలువు వరుసలో, రీడౌట్ రిజిస్టర్‌లోని ఛార్జీలు చదవబడతాయి.
1. ఛార్జ్ క్లియరింగ్: సముపార్జనను ప్రారంభించడానికి, మొత్తం సెన్సార్ (గ్లోబల్ షట్టర్) నుండి ఛార్జ్ ఏకకాలంలో క్లియర్ చేయబడుతుంది.
2. ఛార్జ్ చేరడం: ఎక్స్పోజర్ సమయంలో ఛార్జ్ పేరుకుపోతుంది.
3. ఛార్జ్ నిల్వ: ఎక్స్పోజర్ చివరిలో, సేకరించిన ఛార్జీలు ప్రతి పిక్సెల్ లోపల ఒక మాస్క్డ్ ప్రాంతానికి తరలించబడతాయి (ఇంటర్‌లైన్ ట్రాన్స్‌ఫర్ CCD అని పిలుస్తారు), అక్కడ అవి కొత్తగా కనుగొనబడిన ఫోటాన్‌లను లెక్కించకుండానే రీడౌట్ కోసం వేచి ఉండవచ్చు.
4. తదుపరి ఫ్రేమ్ యొక్క ఎక్స్పోజర్: గుర్తించబడిన ఛార్జీలు పిక్సెల్‌ల యొక్క మాస్క్డ్ ప్రాంతంలో నిల్వ చేయబడి, పిక్సెల్‌ల యొక్క క్రియాశీల ప్రాంతం తదుపరి ఫ్రేమ్ (ఓవర్‌లాప్ మోడ్) యొక్క ఎక్స్‌పోజర్‌ను ప్రారంభించగలదు.
5. సీక్వెన్షియల్ రీడౌట్: పూర్తయిన ఫ్రేమ్‌లోని ప్రతి వరుస నుండి ఒక్కో వరుసలో ఛార్జీలు 'రీడౌట్ రిజిస్టర్'లోకి తరలించబడతాయి.
6. తుది పఠనం: ఒక సమయంలో ఒక నిలువు వరుస, ప్రతి పిక్సెల్ నుండి ఛార్జీలు ADC వద్ద రీడౌట్ కోసం రీడౌట్ నోడ్‌లోకి షటిల్ చేయబడతాయి.
7. పునరావృతం: అన్ని పిక్సెల్‌లలో గుర్తించబడిన ఛార్జీలు లెక్కించబడే వరకు ఈ ప్రక్రియ పునరావృతమవుతుంది.
గుర్తించబడిన అన్ని ఛార్జీలను తక్కువ సంఖ్యలో (కొన్నిసార్లు ఒకటి) రీడౌట్ పాయింట్ల ద్వారా చదవడం వల్ల కలిగే ఈ అడ్డంకి, CMOS తో పోలిస్తే CCD సెన్సార్ల డేటా నిర్గమాంశలో తీవ్రమైన పరిమితులకు దారితీస్తుంది.
CCD సెన్సార్ల యొక్క లాభాలు మరియు నష్టాలు
| ప్రోస్ | కాన్స్ |
| తక్కువ డార్క్ కరెంట్ సాధారణంగా చల్లబడినప్పుడు ~0.001 e⁻/p/s. | పరిమిత వేగం సాధారణ నిర్గమాంశ ~20 MP/s — CMOS కంటే చాలా నెమ్మదిగా ఉంటుంది. |
| ఆన్-పిక్సెల్ బిన్నింగ్ ఛార్జీలు రీడౌట్ చేయడానికి ముందు సంగ్రహించబడతాయి, శబ్దాన్ని తగ్గిస్తాయి. | సింగిల్-పాయింట్ ADC రీడౌట్ కారణంగా హై రీడ్ నాయిస్ 5–10 e⁻ సాధారణం. |
| గ్లోబల్ షట్టర్ ఇంటర్‌లైన్/ఫ్రేమ్-ట్రాన్స్‌ఫర్ CCDలలో నిజమైన గ్లోబల్ లేదా నియర్-గ్లోబల్ షట్టర్. | పెద్ద పిక్సెల్ పరిమాణాలు CMOS అందించే సూక్ష్మీకరణకు సరిపోలడం లేదు. |
| అధిక చిత్ర ఏకరూపత పరిమాణాత్మక ఇమేజింగ్‌కు అద్భుతమైనది. | అధిక విద్యుత్ వినియోగం ఛార్జ్ షిఫ్టింగ్ మరియు రీడౌట్ కోసం ఎక్కువ విద్యుత్ అవసరం. |
CCD సెన్సార్ యొక్క ప్రయోజనాలు
● తక్కువ చీకటి కరెంట్: స్వాభావికంగా ఒక సాంకేతికతగా, CCD సెన్సార్లు చాలా తక్కువ డార్క్ కరెంట్‌ను కలిగి ఉంటాయి, సాధారణంగా చల్లబడినప్పుడు 0.001 e-/p/s క్రమంలో ఉంటాయి.
● 'ఆన్-పిక్సెల్' బిన్నింగ్: బిన్నింగ్ చేసేటప్పుడు, CCDలు రీడౌట్ తర్వాత కాకుండా ముందు ఛార్జీలను జోడిస్తాయి, అంటే అదనపు రీడ్ శబ్దం ప్రవేశపెట్టబడదు. డార్క్ కరెంట్ పెరుగుతుంది, కానీ పైన పేర్కొన్నట్లుగా, ఇది సాధారణంగా చాలా తక్కువగా ఉంటుంది.
● గ్లోబల్ షట్టర్: 'ఇంటర్‌లైన్' CCD సెన్సార్లు నిజమైన గ్లోబల్ షట్టర్‌తో పనిచేస్తాయి. 'ఫ్రేమ్ ట్రాన్స్‌ఫర్' CCD సెన్సార్లు 'హాఫ్ గ్లోబల్' షట్టర్‌ను ఉపయోగిస్తాయి (చిత్రం 45లోని 'మాస్క్డ్' ప్రాంతాన్ని చూడండి) - ఎక్స్‌పోజర్‌ను ప్రారంభించడానికి మరియు ముగించడానికి ఫ్రేమ్ బదిలీ ప్రక్రియ నిజంగా ఏకకాలంలో ఉండదు, కానీ సాధారణంగా 1-10 మైక్రోసెకన్ల క్రమాన్ని తీసుకుంటుంది. కొన్ని CCDలు యాంత్రిక షట్టరింగ్‌ను ఉపయోగిస్తాయి.
CCD సెన్సార్ల యొక్క ప్రతికూలతలు
● పరిమిత వేగం: సెకనుకు పిక్సెల్‌లలో సాధారణ డేటా నిర్గమాంశ సెకనుకు 20 మెగాపిక్సెల్‌లు (MP/s) ఉంటుంది, ఇది 5 fps వద్ద 4 MP ఇమేజ్‌కి సమానం. ఇది సమానమైన CMOS కంటే దాదాపు 20x నెమ్మదిగా ఉంటుంది మరియు హై-స్పీడ్ CMOS కంటే కనీసం 100x నెమ్మదిగా ఉంటుంది.
● అధిక రీడ్ శబ్దం: CCDలలో రీడ్ నాయిస్ ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఉపయోగించదగిన కెమెరా వేగాన్ని సాధించడానికి ADC(లు) అధిక రేటుతో అమలు చేయవలసిన అవసరం ఎక్కువగా ఉంటుంది. హై-ఎండ్ CCD కెమెరాలకు 5 నుండి 10 e- సాధారణం.
● పెద్ద పిక్సెల్‌లు: చాలా అప్లికేషన్లకు, చిన్న పిక్సెల్‌లు ప్రయోజనాలను అందిస్తాయి. సాధారణ CMOS ఆర్కిటెక్చర్ CCD కంటే చిన్న కనీస పిక్సెల్ పరిమాణాలను అనుమతిస్తుంది.
● అధిక విద్యుత్ వినియోగం: CCD సెన్సార్లను అమలు చేయడానికి విద్యుత్ అవసరాలు CMOS కంటే చాలా ఎక్కువ.
సైంటిఫిక్ ఇమేజింగ్‌లో CCD సెన్సార్ల అప్లికేషన్లు
CMOS టెక్నాలజీ ప్రజాదరణ పొందినప్పటికీ, చిత్ర నాణ్యత, సున్నితత్వం మరియు స్థిరత్వం అత్యంత ముఖ్యమైన కొన్ని శాస్త్రీయ ఇమేజింగ్ అనువర్తనాల్లో CCD సెన్సార్లకు ఇప్పటికీ ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది. తక్కువ-కాంతి సంకేతాలను తక్కువ శబ్దంతో సంగ్రహించగల వాటి అత్యున్నత సామర్థ్యం వాటిని ఖచ్చితమైన అనువర్తనాలకు అనువైనదిగా చేస్తుంది.
ఖగోళ శాస్త్రం
సుదూర నక్షత్రాలు మరియు గెలాక్సీల నుండి వచ్చే మందమైన కాంతిని సంగ్రహించగల సామర్థ్యం కారణంగా CCD సెన్సార్లు ఖగోళ ఇమేజింగ్‌లో కీలకం. వీటిని అబ్జర్వేటరీలు మరియు అధునాతన అమెచ్యూర్ ఖగోళశాస్త్రం రెండింటిలోనూ దీర్ఘ-ఎక్స్పోజర్ ఆస్ట్రోఫోటోగ్రఫీ కోసం విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తున్నారు, స్పష్టమైన, వివరణాత్మక చిత్రాలను అందిస్తారు.
మైక్రోస్కోపీ మరియు లైఫ్ సైన్సెస్
లైఫ్ సైన్సెస్‌లో, బలహీనమైన ఫ్లోరోసెన్స్ సిగ్నల్‌లను లేదా సూక్ష్మ సెల్యులార్ నిర్మాణాలను సంగ్రహించడానికి CCD సెన్సార్లను ఉపయోగిస్తారు. వాటి అధిక సున్నితత్వం మరియు ఏకరూపత ఫ్లోరోసెన్స్ మైక్రోస్కోపీ, లైవ్ సెల్ ఇమేజింగ్ మరియు డిజిటల్ పాథాలజీ వంటి అనువర్తనాలకు వాటిని పరిపూర్ణంగా చేస్తాయి. వాటి లీనియర్ లైట్ రెస్పాన్స్ ఖచ్చితమైన పరిమాణాత్మక విశ్లేషణను నిర్ధారిస్తుంది.
సెమీకండక్టర్ తనిఖీ
సెమీకండక్టర్ తయారీలో, ముఖ్యంగా వేఫర్ తనిఖీకి CCD సెన్సార్లు కీలకమైనవి. చిప్‌లలో సూక్ష్మ-స్థాయి లోపాలను గుర్తించడానికి, సెమీకండక్టర్ ఉత్పత్తిలో అవసరమైన ఖచ్చితత్వాన్ని నిర్ధారించడానికి వాటి అధిక రిజల్యూషన్ మరియు స్థిరమైన ఇమేజింగ్ నాణ్యత చాలా అవసరం.
ఎక్స్-రే మరియు సైంటిఫిక్ ఇమేజింగ్
CCD సెన్సార్లను ఎక్స్-రే డిటెక్షన్ సిస్టమ్‌లు మరియు ఇతర ప్రత్యేక ఇమేజింగ్ అప్లికేషన్‌లలో కూడా ఉపయోగిస్తారు. క్రిస్టలోగ్రఫీ, మెటీరియల్ విశ్లేషణ మరియు నాన్-డిస్ట్రక్టివ్ టెస్టింగ్ వంటి సవాలుతో కూడిన పరిస్థితులలో స్పష్టమైన ఇమేజింగ్ కోసం, ముఖ్యంగా చల్లబడినప్పుడు, అధిక సిగ్నల్-టు-నాయిస్ నిష్పత్తులను నిర్వహించగల వాటి సామర్థ్యం చాలా ముఖ్యమైనది.
CCD సెన్సార్లు నేటికీ సంబంధితంగా ఉన్నాయా?
టక్సెన్ H-694 & 674 CCD కెమెరా
CMOS టెక్నాలజీ వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతున్నప్పటికీ, CCD సెన్సార్లు వాడుకలో లేవు. అల్ట్రా-తక్కువ కాంతి మరియు అధిక-ఖచ్చితత్వ ఇమేజింగ్ పనులలో అవి ప్రాధాన్యత ఎంపికగా ఉన్నాయి, ఇక్కడ వాటి సాటిలేని చిత్ర నాణ్యత మరియు శబ్ద లక్షణాలు చాలా ముఖ్యమైనవి. డీప్-స్పేస్ ఖగోళ శాస్త్రం లేదా అధునాతన ఫ్లోరోసెన్స్ మైక్రోస్కోపీ వంటి రంగాలలో, CCD కెమెరాలు తరచుగా అనేక CMOS ప్రత్యామ్నాయాలను అధిగమిస్తాయి.
CCD సెన్సార్ల బలాలు మరియు బలహీనతలను అర్థం చేసుకోవడం వలన పరిశోధకులు మరియు ఇంజనీర్లు వారి నిర్దిష్ట అవసరాలకు సరైన సాంకేతికతను ఎంచుకోవడానికి సహాయపడుతుంది, వారి శాస్త్రీయ లేదా పారిశ్రామిక అనువర్తనాల్లో సరైన పనితీరును నిర్ధారిస్తుంది.
తరచుగా అడిగే ప్రశ్నలు
నేను ఎప్పుడు CCD సెన్సార్‌ను ఎంచుకోవాలి?
CCD సెన్సార్లు పదేళ్ల క్రితం కంటే నేడు చాలా అరుదుగా కనిపిస్తున్నాయి, ఎందుకంటే CMOS టెక్నాలజీ వాటి తక్కువ డార్క్ కరెంట్ పనితీరును కూడా ఆక్రమించడం ప్రారంభించింది. అయితే, వాటి పనితీరు లక్షణాల కలయిక - ఉన్నతమైన చిత్ర నాణ్యత, తక్కువ శబ్దం మరియు అధిక సున్నితత్వం - ఎల్లప్పుడూ ప్రయోజనాన్ని అందించే అప్లికేషన్లు ఉంటాయి.
శాస్త్రీయ కెమెరాలు చల్లబడిన CCD సెన్సార్లను ఎందుకు ఉపయోగిస్తాయి?
శీతలీకరణ చిత్రం సంగ్రహణ సమయంలో ఉష్ణ శబ్దాన్ని తగ్గిస్తుంది, చిత్రం స్పష్టత మరియు సున్నితత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది. ఇది తక్కువ-కాంతి మరియు దీర్ఘ-ఎక్స్పోజర్ శాస్త్రీయ ఇమేజింగ్‌కు చాలా ముఖ్యమైనది, అందుకే అనేక హై-ఎండ్శాస్త్రీయ కెమెరాలుమరింత శుభ్రమైన, ఖచ్చితమైన ఫలితాల కోసం చల్లబడిన CCDలపై ఆధారపడండి.
CCD మరియు EMCCD సెన్సార్లలో అతివ్యాప్తి మోడ్ అంటే ఏమిటి మరియు అది కెమెరా పనితీరును ఎలా మెరుగుపరుస్తుంది?
CCD మరియు EMCCD సెన్సార్లు సాధారణంగా 'ఓవర్‌లాప్ మోడ్' సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. గ్లోబల్ షట్టర్ కెమెరాల కోసం, ఇది తదుపరి ఫ్రేమ్ యొక్క ఎక్స్పోజర్ సమయంలో మునుపటి ఫ్రేమ్‌ను చదవగల సామర్థ్యాన్ని సూచిస్తుంది. ఇది అధిక (దాదాపు 100%) డ్యూటీ సైకిల్‌కు దారితీస్తుంది, అంటే ఫ్రేమ్‌లను కాంతికి గురిచేయకుండా కనీస సమయం వృధా అవుతుంది మరియు అందువల్ల అధిక ఫ్రేమ్ రేట్లు ఉంటాయి.
గమనిక: రోలింగ్ షట్టర్ సెన్సార్లకు ఓవర్‌లాప్ మోడ్ వేరే అర్థాన్ని కలిగి ఉంది.
మీరు రోలింగ్ షట్టర్ల గురించి మరింత తెలుసుకోవాలనుకుంటే, దయచేసి క్లిక్ చేయండి:
రోలింగ్ షట్టర్ కంట్రోల్ మోడ్ ఎలా పనిచేస్తుంది మరియు దానిని ఎలా ఉపయోగించాలి
టక్సెన్ ఫోటోనిక్స్ కో., లిమిటెడ్. అన్ని హక్కులూ ప్రత్యేకించుకోవడమైనది. ఉదహరించేటప్పుడు, దయచేసి మూలాన్ని గుర్తించండి:www.టక్సెన్.కామ్
