25/08/05Аз смартфонҳо то асбобҳои илмӣ, сенсорҳои тасвирӣ дар маркази технологияи визуалии имрӯза қарор доранд. Дар байни онҳо сенсорҳои CMOS ба қувваи бартаридошта табдил ёфта, ҳама чизро аз аксҳои ҳаррӯза то микроскопияи пешрафта ва санҷиши нимноқилҳо таъмин мекунанд.
Технологияи "Нимноқилҳои оксиди металлии иловагӣ" (CMOS) як меъмории электронӣ ва маҷмӯи технологияҳои равандҳои истеҳсолӣ мебошад, ки татбиқи онҳо бениҳоят васеъ аст. Дар ҳақиқат, метавон гуфт, ки технологияи CMOS асри муосири рақамиро пуштибонӣ мекунад.
Сенсори CMOS чист?
Сенсорҳои тасвирии CMOS (ИДМ) пикселҳои фаъолро истифода мебаранд, ки маънои истифодаи се ё зиёда транзисторҳоро дар ҳар як пиксели камераро дорад. Пикселҳои CCD ва EMCCD дорои транзисторҳо нестанд.
Транзисторҳо дар ҳар як пиксел имкон медиҳанд, ки ин пикселҳои "фаъол" идора карда шаванд, сигналҳо тавассути транзисторҳои "таъсири саҳроӣ" пурзӯр карда шаванд ва ба маълумоти онҳо дастрас шаванд. Ба ҷои як роҳи хониш барои тамоми сенсор ё як қисми назарраси сенсор, аКамераи CMOSҳадди ақал як сатри пурраи ADC-ҳои хониш, як (ё якчанд) ADC барои ҳар як сутуни сенсорро дар бар мегирад. Ҳар яке аз онҳо метавонанд ҳамзамон арзиши сутуни худро хонанд. Ғайр аз он, ин сенсорҳои "пикселҳои фаъол" бо мантиқи рақамии CMOS мувофиқ буда, функсияҳои эҳтимолии сенсорро афзоиш медиҳанд.
Якҷоя, ин сифатҳо ба сенсорҳои CMOS суръати худро медиҳанд. Бо вуҷуди ин, ба шарофати ин афзоиши параллелизм, ADC-ҳои инфиродӣ метавонанд барои чен кардани сигналҳои ошкоршудаи худ бо дақиқии бештар вақт сарф кунанд. Ин вақтҳои дарозмуддати табдилдиҳӣ имкон медиҳанд, ки кори садои хеле паст, ҳатто барои ҳисобҳои баландтари пикселҳо. Ба шарофати ин ва дигар навовариҳо, садои хондани сенсорҳои CMOS назар ба CCD-ҳо то 5-10 маротиба камтар аст.
Камераҳои муосири илмии CMOS (sCMOS) як зернавъи махсуси CMOS мебошанд, ки барои садои паст ва тасвири баландсуръат дар барномаҳои тадқиқотӣ пешбинӣ шудаанд.
Сенсорҳои CMOS чӣ гуна кор мекунанд? (Аз ҷумла Rolling vs Global Shutter)
Фаъолияти сенсори маъмулии CMOS дар расм нишон дода шудааст ва дар зер нишон дода шудааст. Дар хотир доред, ки дар натиҷаи тафовутҳои амалии дар поён овардашуда, вақт ва амалиёти экспозитсия барои камераҳои глобалӣ ва пардаи пардаи CMOS фарқ мекунанд.
Тасвири: Раванди хондан барои сенсори CMOS
ШАРҲ: Раванди хондан барои камераҳои CMOS дар байни камераҳои "плани парда" ва "глобалӣ парда", тавре ки дар матн баррасӣ шудааст, фарқ мекунад. Дар ҳарду ҳолат, ҳар як пиксел дорои конденсатор ва пурқувваткунанда мебошад, ки дар асоси ҳисоби фотоэлектронҳои ошкоршуда шиддат тавлид мекунад. Барои ҳар як сатр, шиддат барои ҳар як сутун ҳамзамон аз рӯи аналоги сутун ба конвертерҳои рақамӣ чен карда мешавад.
Пардаи чархзананда
1. Барои сенсори пардаи CMOS, ки аз сатри боло (ё марказ барои камераҳои сплитсенсор) сар карда, зарядро аз сатр тоза кунед, то экспозитсияи он сатрро оғоз кунед.
2. Пас аз гузаштани "вақти сатр" (одатан 5-20 мкс), ба сатри дигар гузаред ва аз қадами 1 то он даме, ки тамоми сенсор ошкор шавад, такрор кунед.
3. Барои ҳар як сатр зарядҳо дар давоми экспозитсия ҷамъ мешаванд, то он даме, ки ин сатр вақти экспозицияро ба охир нарасонад. Сатри аввал, ки оғоз мешавад, аввал ба итмом мерасад.
4. Пас аз ба охир расидани экспозитсия барои як қатор, зарядҳоро ба конденсатори хондан ва пурқувват интиқол диҳед.
5. Шиддати ҳар як пурқувваткунандаи ин сатр ба сутуни ADC пайваст карда мешавад ва сигнал барои ҳар як пиксели сатр чен карда мешавад.
6. Амали хониш ва аз нав танзимкунии "вақти сатр" ба анҷом мерасад, ки пас аз он сатри оянда барои оғоз кардани экспозитсия ба охири вақти экспозитсия мерасад ва ин раванд аз қадами 4 такрор мешавад.
7. Ҳамин ки хондани сатри боло ба итмом расид, ба шарте ки сатри поён ба фош кардани чаҳорчӯбаи ҷорӣ шурӯъ кунад, сатри боло метавонад экспозицияи чаҳорчӯбаи навбатиро оғоз кунад (ҳолати такрорӣ). Агар вақти экспозитсия аз вақти чаҳорчӯба кӯтоҳтар бошад, сатри боло бояд интизор шавад, ки сатри поён оғоз карда шавад. Кӯтоҳтарин таъсири имконпазир одатан як вақт аст.
Камераи CMOS сардшудаи FL 26BW Tucsen кард, ки дорои сенсори Sony IMX533 мебошад, ин технологияи пардаро истифода мебарад.
Шабакаи глобалӣ
1. Барои оғози ба даст овардан, заряд ҳамзамон аз тамоми сенсор тоза карда мешавад (аз нав танзимкунии глобалии чоҳи пиксел).
2. Ҳангоми таъсир заряд ҷамъ мешавад.
3. Дар охири экспозиция зарядҳои ҷамъшуда ба чоҳи ниқобшуда дар дохили ҳар як пиксел интиқол дода мешаванд, ки дар онҷо онҳо метавонанд бидуни ҳисоб кардани фотонҳои нави ошкоршуда хонданро интизор шаванд. Баъзе камераҳо дар ин марҳила зарядҳоро ба конденсатори пиксел интиқол медиҳанд.
4. Бо зарядҳои ошкоршуда, ки дар майдони ниқобшудаи ҳар як пиксел нигоҳ дошта мешаванд, майдони фаъоли пиксел метавонад экспозицияи чаҳорчӯбаи навбатиро оғоз кунад (режими такрорӣ).
5. Раванди хондан аз минтақаи ниқобшуда мисли датчикҳои парпечшуда давом мекунад: Як қатор дар як вақт аз болои сенсор зарядҳо аз чоҳи ниқобшуда ба конденсатор ва пурқувваткунандаи хондан интиқол дода мешаванд.
6. Шиддати ҳар як пурқувваткунанда дар он сатр ба сутуни ADC пайваст карда мешавад ва сигнал барои ҳар як пиксели сатр чен карда мешавад.
7. Амали хониш ва аз нав танзимкунии "вақти сатр" ба анҷом мерасад ва пас аз он раванд барои сатри оянда аз қадами 5 такрор мешавад.
8. Пас аз хондани ҳамаи сатрҳо, камера барои хондани чаҳорчӯбаи навбатӣ омода аст ва ин равандро метавон аз қадами 2 ё қадами 3 такрор кард, агар вақти экспозиция аллакай гузашта бошад.
Камераи Tucsen Libra 3412M Mono sCMOSтехнологияи глобалии пардаро истифода мебарад, ки имкон медиҳад, ки намунаҳои ҳаракаткунанда равшан ва зуд ба даст оранд.
Тарафҳои мусбат ва манфии сенсорҳои CMOS
Тарафдор
● Суръатҳои баландтар: Сенсорҳои CMOS одатан дар интиқоли маълумот нисбат ба сенсорҳои CCD ё EMCCD аз 1 то 2 дараҷа тезтаранд.
● Сенсорҳои калонтар: Гузариши зудтари маълумот имкон медиҳад, ки шумори пикселҳои баландтар ва майдонҳои васеътари дидан то даҳҳо ё садҳо мегапикселҳо.
● Садои паст: Баъзе сенсорҳои CMOS метавонанд садои хонданро то 0.25e- дошта бошанд, ки бо EMCCD-ҳои рақиб бидуни зарбкунии заряд, ки сарчашмаҳои иловагии садоро илова мекунанд, рақобат кунанд.
● чандирии андозаи пиксел: Сенсорҳои камераҳои истеъмолӣ ва смартфон андозаи пикселро то диапазони ~1 мкм меронанд ва камераҳои илмии то 11 мкм дар андозаи пиксел маъмуланд ва то 16 мкм дастрасанд.
● Истеъмоли нерӯи барқ камтар: Талаботи ками нерӯи камераҳои CMOS имкон медиҳад, ки онҳоро дар барномаҳои гуногуни илмӣ ва саноатӣ истифода баранд.
● Нарх ва мӯҳлати истифода: Камераҳои CMOS-и паст одатан ба камераҳои CCD шабеҳ ё арзонтаранд ва камераҳои баландсифати CMOS аз ҷиҳати арзиш нисбат ба камераҳои EMCCD хеле пасттаранд. Мӯҳлати хидматрасонии интизории онҳо бояд аз камераи EMCCD хеле зиёдтар бошад.
Манфиатҳо
● Сарпӯши чархзананда: Аксарияти камераҳои илмии CMOS дорои пардаи чархзананда мебошанд, ки метавонад ба ҷараёни кории таҷрибавӣ мураккабӣ зам кунад ё баъзе барномаҳоро рад кунад.
● Ҷараёни торикии баландтарt: Аксари камераҳои CMOS назар ба сенсорҳои CCD ва EMCCD ҷараёни торикии хеле баландтар доранд, ки баъзан садои назаррасро дар экспозицияҳои дароз (> 1 сония) ҷорӣ мекунанд.
Дар куҷо сенсорҳои CMOS имрӯз истифода мешаванд
Бо шарофати универсалии онҳо, сенсорҳои CMOS дар доираи васеи барномаҳо пайдо мешаванд:
● Электроникаи маишӣ: Смартфонҳо, веб-камераҳо, DSLRҳо, камераҳои амалиётӣ.
● Илмҳои ҳаёт: Қувваи сенсорҳои CMOSкамераҳои микроскопӣдар ташхиси флуоресцентӣ ва ташхиси тиббӣ истифода мешавад.
● Астрономия: Телескопҳо ва дастгоҳҳои тасвири кайҳонӣ аксар вақт CMOS-и илмиро (sCMOS) барои ҳалли баланд ва садои паст истифода мебаранд.
● Бозрасии саноатӣ: Бозрасии автоматии оптикӣ (AOI), робототехника вакамераҳо барои тафтиши нимноқилҳобарои суръат ва дақиқ ба сенсорҳои CMOS такя кунед.
● Мошинсозӣ: Systems Advanced Assistance Driver (ADAS), камераҳои ақиббинӣ ва таваққуфгоҳ.
● Назорат ва Амният: Системаҳои равшании кам ва муайянкунии ҳаракат.
Суръат ва камхарҷ будани онҳо CMOS-ро ҳам барои истифодаи ҳаҷми зиёди тиҷоратӣ ва ҳам корҳои махсуси илмӣ ҳалкунанда месозад.
Чаро CMOS ҳоло стандарти муосир аст
Гузариш аз CCD ба CMOS дар як шаб рух надодааст, аммо ин ногузир буд. Ин аст, ки чаро CMOS ҳоло санги асосии саноати тасвирӣ мебошад:
● Бартарии истеҳсолӣ: Дар хатҳои стандартии истеҳсоли нимноқилҳо сохта шудааст, ки хароҷотро коҳиш медиҳад ва миқёспазириро беҳтар мекунад.
● Муваффақиятҳо: Вариантҳои парпеч ва глобалӣ, ҳассосияти беҳтар ба рӯшноӣ ва суръати баландтари кадр.
● Интегратсия ва иктишоф: Сенсорҳои CMOS ҳоло коркарди чипҳои AI, ҳисоббарории канорӣ ва таҳлили вақти воқеиро дастгирӣ мекунанд.
● Инноватсия: Навъҳои пайдошавандаи сенсорҳо ба монанди CMOS-и stacked, сенсорҳои тасвири квантӣ ва сенсорҳои каҷ дар платформаҳои CMOS сохта шудаанд.
Аз смартфонҳо токамераҳои илмӣ, CMOS собит кардааст, ки мутобиқшаванда, тавоно ва барои оянда омода аст.
Хулоса
Сенсорҳои CMOS ба шарофати тавозуни фаъолият, самаранокӣ ва арзиши онҳо ба стандарти муосир барои аксари барномаҳои тасвирӣ табдил ёфтанд. Новобаста аз он ки хотираҳои ҳаррӯзаро сабт кунед ё таҳлили баландсуръати илмӣ, технологияи CMOS барои ҷаҳони визуалии имрӯза замина фароҳам меорад.
Азбаски навовариҳо ба монанди пардаи глобалии CMOS ва sCMOS қобилияти васеъ кардани технологияро идома медиҳанд, бартарияти он барои солҳои оянда идома хоҳад ёфт.
Саволҳо
Фарқи байни пардаи чархзананда ва пардаи глобалӣ чӣ гуна аст?
Пардаи чархзананда маълумоти тасвирро сатр ба сатр мехонад, ки метавонад ҳангоми гирифтани объектҳои зудҳаракат ба артефактҳои ҳаракат (масалан, каҷ ё ларзиш) оварда расонад.
Парвози глобалӣ тамоми чаҳорчӯбро дар як вақт сабт мекунад ва таҳрифро аз ҳаракат нест мекунад. Он барои барномаҳои баландсуръати тасвирсозӣ, ба монанди биниши мошин ва таҷрибаҳои илмӣ беҳтарин аст.
Ҳолати такрории Rolling Shutter CMOS чист?
Барои камераҳои пардаи пардаи CMOS, дар ҳолати такрорӣ, экспозицияи чаҳорчӯбаи навбатӣ метавонад пеш аз пурра ба итмом расидани чаҳорчӯбаи ҷорӣ оғоз шавад ва имкон медиҳад, ки суръати кадрҳои баландтарро фароҳам оранд. Ин имконпазир аст, зеро экспозитсия ва хондани ҳар як сатр бо сари вақт зич мешаванд.
Ин режим дар барномаҳое муфид аст, ки суръати ҳадди аксар чаҳорчӯба ва интиқоли он муҳиманд, ба монанди ҳангоми санҷиши баландсуръат ё пайгирии вақти воқеӣ. Бо вуҷуди ин, он метавонад каме мураккабии вақт ва ҳамоҳангсозиро афзоиш диҳад.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Ҳама ҳуқуқҳо ҳифз шудаанд. Ҳангоми истинод, лутфан манбаъро тасдиқ кунед:www.tucsen.com
