స్మార్ట్ఫోన్ల నుండి శాస్త్రీయ పరికరాల వరకు, ఇమేజ్ సెన్సార్లు నేటి దృశ్య సాంకేతికతకు గుండెకాయ లాంటివి. వీటిలో, CMOS సెన్సార్లు ఆధిపత్య శక్తిగా మారాయి, రోజువారీ ఫోటోల నుండి అధునాతన మైక్రోస్కోపీ మరియు సెమీకండక్టర్ తనిఖీ వరకు ప్రతిదానికీ శక్తినిస్తున్నాయి.
'కాంప్లిమెంటరీ మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్' (CMOS) టెక్నాలజీ అనేది ఒక ఎలక్ట్రానిక్ ఆర్కిటెక్చర్ మరియు ఫాబ్రికేషన్ ప్రక్రియల సాంకేతికతల సమితి, దీని అప్లికేషన్లు చాలా విస్తృతంగా ఉన్నాయి. నిజానికి, CMOS టెక్నాలజీ ఆధునిక డిజిటల్ యుగానికి మద్దతు ఇస్తుందని చెప్పవచ్చు.
CMOS సెన్సార్ అంటే ఏమిటి?
CMOS ఇమేజ్ సెన్సార్లు (CIS) యాక్టివ్ పిక్సెల్లను ఉపయోగిస్తాయి, అంటే కెమెరా యొక్క ప్రతి పిక్సెల్లో మూడు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ట్రాన్సిస్టర్లను ఉపయోగించడం. CCD మరియు EMCCD పిక్సెల్లు ట్రాన్సిస్టర్లను కలిగి ఉండవు.
ప్రతి పిక్సెల్లోని ట్రాన్సిస్టర్లు ఈ 'యాక్టివ్' పిక్సెల్లను నియంత్రించడానికి, 'ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్' ట్రాన్సిస్టర్ల ద్వారా సిగ్నల్లను విస్తరించడానికి మరియు వాటి డేటాను యాక్సెస్ చేయడానికి, అన్నీ సమాంతరంగా వీలు కల్పిస్తాయి. మొత్తం సెన్సార్ లేదా సెన్సార్ యొక్క గణనీయమైన భాగానికి ఒకే రీడౌట్ మార్గం స్థానంలో, aCMOS కెమెరాసెన్సార్ యొక్క ప్రతి కాలమ్కు కనీసం ఒక పూర్తి వరుస రీడౌట్ ADCలు, ఒకటి (లేదా అంతకంటే ఎక్కువ) ADCలు ఉంటాయి. వీటిలో ప్రతి ఒక్కటి వాటి కాలమ్ విలువను ఏకకాలంలో చదవగలవు. ఇంకా, ఈ 'యాక్టివ్ పిక్సెల్' సెన్సార్లు CMOS డిజిటల్ లాజిక్తో అనుకూలంగా ఉంటాయి, సంభావ్య సెన్సార్ కార్యాచరణను పెంచుతాయి.
ఈ లక్షణాలు కలిసి CMOS సెన్సార్లకు వేగాన్ని అందిస్తాయి. అయినప్పటికీ, సమాంతరతలో ఈ పెరుగుదల కారణంగా, వ్యక్తిగత ADCలు తాము గుర్తించిన సిగ్నల్లను మరింత ఖచ్చితత్వంతో కొలవడానికి ఎక్కువ సమయం తీసుకోగలుగుతాయి. ఈ ఎక్కువ మార్పిడి సమయాలు అధిక పిక్సెల్ గణనలకు కూడా చాలా తక్కువ శబ్దం ఆపరేషన్ను అనుమతిస్తాయి. దీని కారణంగా మరియు ఇతర ఆవిష్కరణల కారణంగా, CMOS సెన్సార్ల రీడ్ శబ్దం CCDల కంటే 5x - 10x వరకు తక్కువగా ఉంటుంది.
ఆధునిక శాస్త్రీయ CMOS (sCMOS) కెమెరాలు పరిశోధన అనువర్తనాల్లో తక్కువ శబ్దం మరియు అధిక-వేగ ఇమేజింగ్ కోసం రూపొందించబడిన CMOS యొక్క ప్రత్యేక ఉప రకం.
CMOS సెన్సార్లు ఎలా పని చేస్తాయి? (రోలింగ్ vs గ్లోబల్ షట్టర్తో సహా)
ఒక సాధారణ CMOS సెన్సార్ యొక్క ఆపరేషన్ చిత్రంలో చూపబడింది మరియు క్రింద వివరించబడింది. క్రింద ఉన్న ఆపరేషనల్ తేడాల ఫలితంగా, గ్లోబల్ వర్సెస్ రోలింగ్ షట్టర్ CMOS కెమెరాలకు ఎక్స్పోజర్ సమయం మరియు ఆపరేషన్ భిన్నంగా ఉంటాయని గమనించండి.

చిత్రం: CMOS సెన్సార్ కోసం రీడౌట్ ప్రక్రియ
గమనిక: CMOS కెమెరాల రీడౌట్ ప్రక్రియ 'రోలింగ్ షట్టర్' మరియు 'గ్లోబల్ షట్టర్' కెమెరాల మధ్య భిన్నంగా ఉంటుంది, టెక్స్ట్లో చర్చించినట్లుగా. రెండు సందర్భాల్లోనూ, ప్రతి పిక్సెల్లో ఒక కెపాసిటర్ మరియు యాంప్లిఫైయర్ ఉంటాయి, ఇవి గుర్తించబడిన ఫోటోఎలక్ట్రాన్ కౌంట్ ఆధారంగా వోల్టేజ్ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. ప్రతి అడ్డు వరుసకు, ప్రతి నిలువు వరుసకు వోల్టేజ్లను కాలమ్ అనలాగ్ నుండి డిజిటల్ కన్వర్టర్ల ద్వారా ఏకకాలంలో కొలుస్తారు.
రోలింగ్ షట్టర్
1. రోలింగ్ షట్టర్ CMOS సెన్సార్ కోసం, పై వరుస నుండి (లేదా స్ప్లిట్సెన్సార్ కెమెరాల మధ్యలో) ప్రారంభించి, ఆ వరుస యొక్క ఎక్స్పోజర్ను ప్రారంభించడానికి వరుస నుండి ఛార్జ్ను క్లియర్ చేయండి.
2. 'లైన్ సమయం' గడిచిన తర్వాత (సాధారణంగా 5-20 μs), తదుపరి వరుసకు వెళ్లి, మొత్తం సెన్సార్ ఎక్స్పోజ్ అయ్యే వరకు దశ 1 నుండి పునరావృతం చేయండి.
3. ప్రతి వరుసకు, ఎక్స్పోజర్ సమయంలో ఛార్జీలు పేరుకుపోతాయి, ఆ వరుస దాని ఎక్స్పోజర్ సమయం ముగిసే వరకు. ప్రారంభించాల్సిన మొదటి వరుస మొదట ముగుస్తుంది.
4. ఒక వరుసకు ఎక్స్పోజర్ పూర్తయిన తర్వాత, ఛార్జీలను రీడౌట్ కెపాసిటర్ మరియు యాంప్లిఫైయర్కు బదిలీ చేయండి.
5. ఆ వరుసలోని ప్రతి యాంప్లిఫైయర్లోని వోల్టేజ్ తరువాత ADC కాలమ్కి అనుసంధానించబడి, వరుసలోని ప్రతి పిక్సెల్కు సిగ్నల్ కొలుస్తారు.
6. రీడౌట్ మరియు రీసెట్ ఆపరేషన్ పూర్తి కావడానికి 'లైన్ సమయం' పడుతుంది, ఆ తర్వాత ఎక్స్పోజర్ ప్రారంభించడానికి తదుపరి వరుస దాని ఎక్స్పోజర్ సమయం ముగింపుకు చేరుకుంటుంది మరియు దశ 4 నుండి ప్రక్రియ పునరావృతమవుతుంది.
7. పై వరుసకు రీడౌట్ పూర్తయిన వెంటనే, దిగువ వరుస ప్రస్తుత ఫ్రేమ్ను బహిర్గతం చేయడం ప్రారంభించినట్లయితే, పై వరుస తదుపరి ఫ్రేమ్ యొక్క ఎక్స్పోజర్ను ప్రారంభించవచ్చు (ఓవర్లాప్ మోడ్). ఎక్స్పోజర్ సమయం ఫ్రేమ్ సమయం కంటే తక్కువగా ఉంటే, పై వరుస దిగువ వరుస ఎక్స్పోజర్ ప్రారంభించడానికి వేచి ఉండాలి. సాధ్యమైనంత తక్కువ ఎక్స్పోజర్ సాధారణంగా ఒక లైన్ సమయం.
టక్సెన్ యొక్క FL 26BW కూల్డ్ CMOS కెమెరాసోనీ IMX533 సెన్సార్ను కలిగి ఉన్న ఈ కెమెరా, ఈ రోలింగ్ షట్టర్ టెక్నాలజీని ఉపయోగిస్తుంది.
గ్లోబల్ షట్టర్

1. సముపార్జనను ప్రారంభించడానికి, మొత్తం సెన్సార్ నుండి ఛార్జ్ ఏకకాలంలో క్లియర్ చేయబడుతుంది (పిక్సెల్ వెల్ యొక్క గ్లోబల్ రీసెట్).
2. ఎక్స్పోజర్ సమయంలో ఛార్జ్ పేరుకుపోతుంది.
3. ఎక్స్పోజర్ చివరిలో, సేకరించిన ఛార్జీలు ప్రతి పిక్సెల్ లోపల ఉన్న మాస్క్డ్ బావికి తరలించబడతాయి, అక్కడ అవి కొత్తగా కనుగొనబడిన ఫోటాన్లను లెక్కించకుండా రీడౌట్ కోసం వేచి ఉండవచ్చు. కొన్ని కెమెరాలు ఈ దశలో ఛార్జీలను పిక్సెల్ కెపాసిటర్లోకి తరలిస్తాయి.
4. ప్రతి పిక్సెల్ యొక్క మాస్క్డ్ ఏరియాలో నిల్వ చేయబడిన గుర్తించబడిన ఛార్జీలతో, పిక్సెల్ యొక్క క్రియాశీల ప్రాంతం తదుపరి ఫ్రేమ్ (ఓవర్లాప్ మోడ్) యొక్క ఎక్స్పోజర్ను ప్రారంభించవచ్చు.
5. మాస్క్డ్ ఏరియా నుండి రీడౌట్ ప్రక్రియ రోలింగ్ షట్టర్ సెన్సార్ల మాదిరిగానే కొనసాగుతుంది: సెన్సార్ పై నుండి ఒక వరుసలో, మాస్క్డ్ బావి నుండి రీడౌట్ కెపాసిటర్ మరియు యాంప్లిఫైయర్కు ఛార్జీలు బదిలీ చేయబడతాయి.
6. ఆ వరుసలోని ప్రతి యాంప్లిఫైయర్లోని వోల్టేజ్ ADC కాలమ్కి అనుసంధానించబడి ఉంటుంది మరియు వరుసలోని ప్రతి పిక్సెల్కు సిగ్నల్ కొలుస్తారు.
7. రీడౌట్ మరియు రీసెట్ ఆపరేషన్ పూర్తి కావడానికి 'లైన్ సమయం' పడుతుంది, ఆ తర్వాత 5వ దశ నుండి తదుపరి వరుసకు ప్రక్రియ పునరావృతమవుతుంది.
8. అన్ని వరుసలను చదివిన తర్వాత, కెమెరా తదుపరి ఫ్రేమ్ను చదవడానికి సిద్ధంగా ఉంటుంది మరియు ఎక్స్పోజర్ సమయం ఇప్పటికే గడిచిపోయి ఉంటే ఈ ప్రక్రియను దశ 2 నుండి లేదా దశ 3 నుండి పునరావృతం చేయవచ్చు.
టక్సెన్ యొక్క లిబ్రా 3412M మోనో sCMOS కెమెరాగ్లోబల్ షట్టర్ టెక్నాలజీని ఉపయోగిస్తుంది, కదిలే నమూనాలను స్పష్టంగా మరియు వేగంగా సంగ్రహించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.
CMOS సెన్సార్ల యొక్క లాభాలు మరియు నష్టాలు
ప్రోస్
● అధిక వేగం: CMOS సెన్సార్లు సాధారణంగా CCD లేదా EMCCD సెన్సార్ల కంటే డేటా త్రూపుట్లో 1 నుండి 2 ఆర్డర్ల మాగ్నిట్యూడ్ వేగంగా ఉంటాయి.
● పెద్ద సెన్సార్లు: వేగవంతమైన డేటా థ్రూపుట్ పదుల లేదా వందల మెగాపిక్సెల్ల వరకు అధిక పిక్సెల్ గణనలు మరియు పెద్ద వీక్షణ క్షేత్రాలను అనుమతిస్తుంది.
● తక్కువ శబ్దం: కొన్ని CMOS సెన్సార్లు 0.25e- వరకు రీడ్ నాయిస్ను కలిగి ఉంటాయి, అదనపు నాయిస్ మూలాలను జోడించే ఛార్జ్ గుణకారం అవసరం లేకుండా EMCCD లకు పోటీగా ఉంటాయి.
● పిక్సెల్ సైజు సౌలభ్యం: వినియోగదారు మరియు స్మార్ట్ఫోన్ కెమెరా సెన్సార్లు పిక్సెల్ పరిమాణాలను ~1 μm పరిధి వరకు డ్రైవ్ చేస్తాయి మరియు 11 μm వరకు పిక్సెల్ పరిమాణంలో ఉన్న శాస్త్రీయ కెమెరాలు సాధారణం మరియు 16 μm వరకు అందుబాటులో ఉంటాయి.
● తక్కువ విద్యుత్ వినియోగం: CMOS కెమెరాల తక్కువ విద్యుత్ అవసరాలు వాటిని విస్తృత శ్రేణి శాస్త్రీయ మరియు పారిశ్రామిక అనువర్తనాల్లో ఉపయోగించడానికి వీలు కల్పిస్తాయి.
● ధర మరియు జీవితకాలం: తక్కువ-ముగింపు CMOS కెమెరాలు సాధారణంగా CCD కెమెరాల ధరను పోలి ఉంటాయి లేదా తక్కువగా ఉంటాయి మరియు అధిక-ముగింపు CMOS కెమెరాలు EMCCD కెమెరాల కంటే చాలా తక్కువ ధరను కలిగి ఉంటాయి. వాటి అంచనా సేవా జీవితకాలం EMCCD కెమెరా కంటే చాలా ఎక్కువగా ఉండాలి.
కాన్స్
● రోలింగ్ షట్టర్: చాలా శాస్త్రీయ CMOS కెమెరాలు రోలింగ్ షట్టర్ను కలిగి ఉంటాయి, ఇది ప్రయోగాత్మక వర్క్ఫ్లోలకు సంక్లిష్టతను జోడించవచ్చు లేదా కొన్ని అప్లికేషన్లను తోసిపుచ్చవచ్చు.
● అధిక ముదురు కరెన్స్t: చాలా CMOS కెమెరాలు CCD మరియు EMCCD సెన్సార్ల కంటే చాలా ఎక్కువ డార్క్ కరెంట్ను కలిగి ఉంటాయి, కొన్నిసార్లు ఎక్కువ ఎక్స్పోజర్లలో (> 1 సెకను) గణనీయమైన శబ్దాన్ని పరిచయం చేస్తాయి.
నేడు CMOS సెన్సార్లు ఎక్కడ ఉపయోగించబడుతున్నాయి
వాటి బహుముఖ ప్రజ్ఞ కారణంగా, CMOS సెన్సార్లు విస్తృత శ్రేణి అనువర్తనాల్లో కనిపిస్తాయి:
● కన్స్యూమర్ ఎలక్ట్రానిక్స్: స్మార్ట్ఫోన్లు, వెబ్క్యామ్లు, DSLRలు, యాక్షన్ కెమెరాలు.
● జీవ శాస్త్రాలు: CMOS సెన్సార్ల శక్తిమైక్రోస్కోపీ కెమెరాలుఫ్లోరోసెన్స్ ఇమేజింగ్ మరియు వైద్య విశ్లేషణలలో ఉపయోగించబడుతుంది.

● ఖగోళ శాస్త్రం: టెలిస్కోపులు మరియు స్పేస్ ఇమేజింగ్ పరికరాలు తరచుగా అధిక రిజల్యూషన్ మరియు తక్కువ శబ్దం కోసం శాస్త్రీయ CMOS (sCMOS) ను ఉపయోగిస్తాయి.
● పారిశ్రామిక తనిఖీ: ఆటోమేటెడ్ ఆప్టికల్ తనిఖీ (AOI), రోబోటిక్స్, మరియుసెమీకండక్టర్ తనిఖీ కోసం కెమెరాలువేగం మరియు ఖచ్చితత్వం కోసం CMOS సెన్సార్లపై ఆధారపడండి.

● ఆటోమోటివ్: అడ్వాన్స్డ్ డ్రైవర్ అసిస్టెన్స్ సిస్టమ్స్ (ADAS), రియర్-వ్యూ మరియు పార్కింగ్ కెమెరాలు.
● నిఘా & భద్రత: తక్కువ కాంతి మరియు చలన గుర్తింపు వ్యవస్థలు.
వాటి వేగం మరియు వ్యయ-సమర్థత CMOSను అధిక-పరిమాణ వాణిజ్య ఉపయోగం మరియు ప్రత్యేక శాస్త్రీయ పని రెండింటికీ అనువైన పరిష్కారంగా చేస్తాయి.
CMOS ఇప్పుడు ఆధునిక ప్రమాణంగా ఎందుకు మారింది
CCD నుండి CMOS కి మారడం రాత్రికి రాత్రే జరగలేదు, కానీ అది అనివార్యమైంది. CMOS ఇప్పుడు ఇమేజింగ్ పరిశ్రమకు మూలస్తంభంగా ఎందుకు ఉందో ఇక్కడ ఉంది:
● తయారీ ప్రయోజనం: ప్రామాణిక సెమీకండక్టర్ ఫ్యాబ్రికేషన్ లైన్లపై నిర్మించబడింది, ఖర్చును తగ్గిస్తుంది మరియు స్కేలబిలిటీని మెరుగుపరుస్తుంది.
● పనితీరు లాభాలు: రోలింగ్ మరియు గ్లోబల్ షట్టర్ ఎంపికలు, మెరుగైన తక్కువ-కాంతి సున్నితత్వం మరియు అధిక ఫ్రేమ్ రేట్లు.
● ఇంటిగ్రేషన్ & ఇంటెలిజెన్స్: CMOS సెన్సార్లు ఇప్పుడు ఆన్-చిప్ AI ప్రాసెసింగ్, ఎడ్జ్ కంప్యూటింగ్ మరియు రియల్-టైమ్ విశ్లేషణలకు మద్దతు ఇస్తాయి.
● ఆవిష్కరణ: స్టాక్డ్ CMOS, క్వాంటా ఇమేజ్ సెన్సార్లు మరియు కర్వ్డ్ సెన్సార్లు వంటి ఉద్భవిస్తున్న సెన్సార్ రకాలు CMOS ప్లాట్ఫామ్లపై నిర్మించబడ్డాయి.
స్మార్ట్ఫోన్ల నుండిశాస్త్రీయ కెమెరాలు, CMOS అనుకూలత కలిగినది, శక్తివంతమైనది మరియు భవిష్యత్తుకు సిద్ధంగా ఉందని నిరూపించబడింది.
ముగింపు
CMOS సెన్సార్లు వాటి పనితీరు, సామర్థ్యం మరియు ఖర్చు సమతుల్యత కారణంగా చాలా ఇమేజింగ్ అప్లికేషన్లకు ఆధునిక ప్రమాణంగా పరిణామం చెందాయి. రోజువారీ జ్ఞాపకాలను సంగ్రహించినా లేదా హై-స్పీడ్ శాస్త్రీయ విశ్లేషణ నిర్వహించినా, CMOS సాంకేతికత నేటి దృశ్య ప్రపంచానికి పునాదిని అందిస్తుంది.
గ్లోబల్ షట్టర్ CMOS మరియు sCMOS వంటి ఆవిష్కరణలు ఈ సాంకేతికత సామర్థ్యాలను విస్తరిస్తూనే ఉండటంతో, దీని ఆధిపత్యం రాబోయే సంవత్సరాలలో కూడా కొనసాగుతుంది.
తరచుగా అడిగే ప్రశ్నలు
రోలింగ్ షట్టర్ మరియు గ్లోబల్ షట్టర్ మధ్య తేడా ఏమిటి?
వేగంగా కదిలే సబ్జెక్ట్లను క్యాప్చర్ చేసేటప్పుడు, రోలింగ్ షట్టర్ ఇమేజ్ డేటాను లైన్ తర్వాత లైన్లో చదువుతుంది, ఇది మోషన్ ఆర్టిఫ్యాక్ట్లను (ఉదా., స్కేవ్ లేదా వోబుల్) కలిగిస్తుంది.
గ్లోబల్ షట్టర్ మొత్తం ఫ్రేమ్ను ఒకేసారి సంగ్రహిస్తుంది, కదలిక నుండి వక్రీకరణను తొలగిస్తుంది. ఇది యంత్ర దృష్టి మరియు శాస్త్రీయ ప్రయోగాలు వంటి హై-స్పీడ్ ఇమేజింగ్ అనువర్తనాలకు అనువైనది.
రోలింగ్ షట్టర్ CMOS ఓవర్లాప్ మోడ్ అంటే ఏమిటి?
రోలింగ్ షట్టర్ CMOS కెమెరాల కోసం, అతివ్యాప్తి మోడ్లో, ప్రస్తుత ఫ్రేమ్ పూర్తిగా పూర్తయ్యేలోపు తదుపరి ఫ్రేమ్ యొక్క ఎక్స్పోజర్ ప్రారంభమవుతుంది, ఇది అధిక ఫ్రేమ్ రేట్లను అనుమతిస్తుంది. ప్రతి వరుస యొక్క ఎక్స్పోజర్ మరియు రీడౌట్ సమయంలో అస్థిరంగా ఉండటం వలన ఇది సాధ్యమవుతుంది.
గరిష్ట ఫ్రేమ్ రేట్ మరియు థ్రూపుట్ కీలకమైన అప్లికేషన్లలో, హై-స్పీడ్ తనిఖీ లేదా రియల్-టైమ్ ట్రాకింగ్ వంటి వాటిలో ఈ మోడ్ ఉపయోగపడుతుంది. అయితే, ఇది సమయం మరియు సమకాలీకరణ యొక్క సంక్లిష్టతను కొద్దిగా పెంచుతుంది.
టక్సెన్ ఫోటోనిక్స్ కో., లిమిటెడ్. అన్ని హక్కులూ ప్రత్యేకించుకోవడమైనది. ఉదహరించేటప్పుడు, దయచేసి మూలాన్ని గుర్తించండి:www.టక్సెన్.కామ్