CMOS الیکٹرانک شٹر: گلوبل بمقابلہ رولنگ اور کیسے منتخب کریں |

ڈیجیٹل امیجنگ کی دنیا میں، چند تکنیکی عوامل تصویر کے معیار کو اتنا ہی متاثر کرتے ہیں جتنا کہ آپ کے سینسر میں الیکٹرانک شٹر کی قسم۔ چاہے آپ تیز رفتار صنعتی عمل کی شوٹنگ کر رہے ہوں، سنیما کے سلسلے کو فلما رہے ہوں، یا دھندلے فلکیاتی مظاہر کو کیپچر کر رہے ہوں، آپ کے CMOS کیمرہ کے اندر موجود شٹر ٹیکنالوجی آپ کی حتمی تصویر کیسے نکلتی ہے اس میں اہم کردار ادا کرتی ہے۔

CMOS الیکٹرانک شٹر کی دو غالب قسمیں، عالمی شٹر اور رولنگ شٹر، سینسر سے روشنی کو ظاہر کرنے اور پڑھنے کے لیے بہت مختلف انداز اختیار کرتے ہیں۔ اگر آپ اپنے امیجنگ سسٹم کو اپنی ایپلی کیشن سے مماثل بنانا چاہتے ہیں تو ان کے اختلافات، طاقتوں، اور تجارتی تعلقات کو سمجھنا ضروری ہے۔

یہ مضمون وضاحت کرے گا کہ CMOS الیکٹرانک شٹر کیا ہیں، عالمی اور رولنگ شٹر کیسے کام کرتے ہیں، وہ حقیقی دنیا کے حالات میں کس طرح کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں، اور یہ کیسے طے کریں کہ آپ کے لیے کون سا بہترین ہے۔

CMOS الیکٹرانک شٹر کیا ہیں؟

ایک CMOS سینسر زیادہ تر جدید کیمروں کا مرکز ہے۔ یہ آنے والی روشنی کو برقی سگنلز میں تبدیل کرنے کے لیے ذمہ دار ہے جسے تصویر میں پروسیس کیا جا سکتا ہے۔ ایک میں "شٹر"CMOS کیمرہضروری نہیں کہ میکانی پردہ ہو — بہت سے جدید ڈیزائن ایک الیکٹرانک شٹر پر انحصار کرتے ہیں جو یہ کنٹرول کرتا ہے کہ پکسلز روشنی کیسے اور کب پکڑتے ہیں۔

ایک مکینیکل شٹر کے برعکس جو روشنی کو جسمانی طور پر روکتا ہے، ایک الیکٹرانک شٹر ہر پکسل کے اندر چارج کے بہاؤ کو شروع اور روک کر کام کرتا ہے۔ CMOS امیجنگ میں، دو بنیادی الیکٹرانک شٹر آرکیٹیکچرز ہیں: گلوبل شٹر اور رولنگ شٹر۔

تفریق کیوں اہم ہے؟ کیونکہ نمائش اور پڑھنے کا طریقہ براہ راست متاثر کرتا ہے:

● موشن رینڈرنگ اور ڈسٹورشن
● تصویر کی نفاست
● کم روشنی کی حساسیت
● فریم کی شرح اور تاخیر
● مختلف قسم کی فوٹو گرافی، ویڈیو، اور سائنسی امیجنگ کے لیے مجموعی طور پر موزوں

گلوبل شٹر کو سمجھنا

ماخذ: GMAX3405 گلوبل شٹر سینسر

گلوبل شٹر کیسے کام کرتا ہے۔

CMOS گلوبل شٹر کیمرے پورے سینسر پر بیک وقت اپنی نمائش شروع اور ختم کرتے ہیں۔ یہ 5 یا اس سے زیادہ ٹرانجسٹرز فی پکسل، اور ایک 'اسٹوریج نوڈ' کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیا جاتا ہے جو پڑھنے کے دوران فوٹو الیکٹران چارجز حاصل کرتا ہے۔ نمائش کی ترتیب مندرجہ ذیل ہے:

1. حاصل شدہ چارجز کو زمین پر صاف کرکے ہر پکسل میں بیک وقت نمائش شروع کریں۔

2. منتخب کردہ نمائش کے وقت کا انتظار کریں۔

3. نمائش کے اختتام پر، حاصل شدہ چارجز کو ہر پکسل میں اسٹوریج نوڈ میں منتقل کریں، اس فریم کی نمائش کو ختم کریں۔

4. قطار در قطار، الیکٹرانوں کو پکسل کے ریڈ آؤٹ کیپسیٹر میں منتقل کریں، اور جمع شدہ وولٹیج کو ریڈ آؤٹ فن تعمیر میں ریلے کریں، جس کا اختتام ینالاگ سے ڈیجیٹل کنورٹرز (ADCs) میں ہوتا ہے۔ اگلی نمائش عام طور پر اس قدم کے ساتھ بیک وقت کی جا سکتی ہے۔

گلوبل شٹر کے فوائد

● کوئی حرکت کی تحریف نہیں - متحرک مضامین اپنی شکل اور جیومیٹری کو بغیر ترچھے یا ڈوبنے کے برقرار رکھتے ہیں جو ترتیب وار پڑھنے کے ساتھ ہو سکتا ہے۔
● تیز رفتار کیپچر – تیزی سے حرکت کرنے والے مناظر، جیسے کھیلوں، روبوٹکس، یا مینوفیکچرنگ کوالٹی کنٹرول میں جمنے والی حرکت کے لیے مثالی۔
● کم لیٹنسی – تمام تصویری ڈیٹا ایک ساتھ دستیاب ہوتا ہے، جو بیرونی واقعات، جیسے لیزر پلس یا اسٹروب لائٹس کے ساتھ عین مطابق مطابقت پذیری کو فعال کرتا ہے۔

گلوبل شٹر کی حدود

● کم روشنی کی حساسیت - بیک وقت نمائش کے لیے درکار سرکٹری کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے کچھ عالمی شٹر پکسل ڈیزائن روشنی جمع کرنے کی کارکردگی کو قربان کرتے ہیں۔
● زیادہ لاگت اور پیچیدگی - فیبریکیشن زیادہ مشکل ہے، جس کے نتیجے میں اکثر رولنگ شٹر ہم منصبوں کے مقابلے میں زیادہ قیمتیں ہوتی ہیں۔
● بڑھے ہوئے شور کا امکان - سینسر کے ڈیزائن پر منحصر ہے، اضافی الیکٹرانکس فی پکسل تھوڑا زیادہ پڑھنے والے شور کا باعث بن سکتے ہیں۔

رولنگ شٹر کو سمجھنا

رولنگ شٹر کیسے کام کرتا ہے۔

صرف 4 ٹرانزسٹروں کا استعمال کرتے ہوئے اور کوئی اسٹوریج نوڈ نہیں، CMOS پکسل ڈیزائن کی یہ آسان شکل زیادہ پیچیدہ الیکٹرانک شٹر آپریشن کی طرف لے جاتی ہے۔ رولنگ شٹر پکسلز ایک وقت میں ایک قطار میں سینسر کی نمائش کو شروع اور روکتے ہیں، سینسر کو نیچے 'رولنگ' کرتے ہیں۔ ہر ایک نمائش کے لیے متضاد ترتیب (تصویر میں بھی دکھایا گیا ہے) کی پیروی کی جاتی ہے:

تصویر: 6x6 پکسل کیمرہ سینسر کے لیے رولنگ شٹر کا عمل

پہلا فریم سینسر کے اوپری حصے سے نمائش (پیلا) شروع کرتا ہے، فی لائن وقت میں ایک لائن کی شرح سے نیچے کی طرف جھاڑو دیتا ہے۔ اوپری لائن کے لیے ایکسپوزر مکمل ہونے کے بعد، ریڈ آؤٹ (جامنی) اور اس کے بعد اگلی نمائش کا آغاز (نیلے) سینسر کے نیچے جھاڑو۔

1. حاصل شدہ چارجز کو زمین پر صاف کرکے سینسر کی اوپری قطار کی نمائش شروع کریں۔
2. 'قطار کا وقت' گزر جانے کے بعد، سینسر کی دوسری قطار میں جائیں اور سینسر کو دہراتے ہوئے نمائش شروع کریں۔
3. اوپر کی قطار کے لیے مطلوبہ نمائش کا وقت ختم ہونے کے بعد، ریڈ آؤٹ آرکیٹیکچر کے ذریعے حاصل شدہ چارجز بھیج کر نمائش کو ختم کریں۔ ایسا کرنے میں لگنے والا وقت 'صف کا وقت' ہے۔
4. جیسے ہی ایک قطار کے لیے ریڈ آؤٹ مکمل ہوجاتا ہے، یہ مرحلہ 1 سے دوبارہ نمائش شروع کرنے کے لیے تیار ہے، چاہے اس کا مطلب پچھلی نمائش کو انجام دینے والی دوسری قطاروں کے ساتھ اوورلیپنگ ہو۔

رولنگ شٹر کے فوائد

●کم روشنی کی بہتر کارکردگی- پکسل ڈیزائن روشنی کو جمع کرنے کو ترجیح دے سکتے ہیں، مدھم حالات میں سگنل ٹو شور کے تناسب کو بہتر بنا سکتے ہیں۔
●ہائی ڈائنامک رینج- ترتیب وار ریڈ آؤٹ ڈیزائن روشن جھلکیوں اور گہرے سائے کو زیادہ خوبصورتی سے سنبھال سکتے ہیں۔
●زیادہ سستی- رولنگ شٹر CMOS سینسرز زیادہ عام ہیں اور بنانے میں لاگت سے موثر ہیں۔

رولنگ شٹر کی حدود

●حرکتی نمونے- تیزی سے حرکت کرنے والے مضامین ترچھے یا جھکے ہوئے دکھائی دے سکتے ہیں، جسے "رولنگ شٹر اثر" کہا جاتا ہے۔
●ویڈیو میں جیلو ایفیکٹ- ہینڈ ہیلڈ فوٹیج کے ساتھ وائبریشن یا فوری پیننگ تصویر میں ڈوبنے کا سبب بن سکتی ہے۔
●ہم وقت سازی کے چیلنجز- بیرونی واقعات کے ساتھ عین وقت کی ضرورت والی ایپلیکیشنز کے لیے کم مثالی۔

عالمی بمقابلہ رولنگ شٹر: پہلو بہ پہلو موازنہ

یہاں ایک اعلی سطحی نقطہ نظر ہے کہ رولنگ اور عالمی شٹر کا موازنہ کیسے ہوتا ہے:

فیچر	رولنگ شٹر	عالمی شٹر
پکسل ڈیزائن	4-ٹرانزسٹر (4T)، کوئی اسٹوریج نوڈ نہیں۔	5+ ٹرانزسٹرز، اسٹوریج نوڈ پر مشتمل ہے۔
روشنی کی حساسیت	زیادہ بھرنے کا عنصر، آسانی سے بیک الیومینیٹڈ فارمیٹ → اعلی QE میں ڈھال لیا جاتا ہے۔	لوئر فل فیکٹر، BSI زیادہ پیچیدہ
شور کی کارکردگی	عام طور پر کم پڑھنے کا شور	اضافی سرکٹری کی وجہ سے تھوڑا زیادہ شور ہوسکتا ہے۔
حرکت کی تحریف	ممکنہ (سکیو، ڈوبنا، جیلو اثر)	کوئی نہیں - تمام پکسلز بیک وقت سامنے آئے
سپیڈ پوٹینشل	ایکسپوژرز کو اوورلیپ کر سکتے ہیں اور متعدد قطاروں کو پڑھ سکتے ہیں۔ اکثر کچھ ڈیزائنوں میں تیز	مکمل فریم ریڈ آؤٹ کے ذریعے محدود، حالانکہ اسپلٹ ریڈ آؤٹ مدد کر سکتا ہے۔
لاگت	کم مینوفیکچرنگ لاگت	اعلی مینوفیکچرنگ لاگت
بہترین استعمال کے کیسز	کم روشنی والی امیجنگ، سینماٹوگرافی، جنرل فوٹوگرافی۔	تیز رفتار حرکت کی گرفتاری، صنعتی معائنہ، صحت سے متعلق میٹرولوجی

بنیادی کارکردگی کے فرق

رولنگ شٹر پکسلز عام طور پر سٹوریج نوڈ کے بغیر 4-ٹرانزسٹر (4T) ڈیزائن کا استعمال کرتے ہیں، جبکہ عالمی شٹر کو پڑھنے سے پہلے فوٹو الیکٹران کو ذخیرہ کرنے کے لیے فی پکسل 5 یا اس سے زیادہ ٹرانزسٹر کے علاوہ اضافی سرکٹری کی ضرورت ہوتی ہے۔

●فیکٹر اور حساسیت کو بھریں۔- آسان 4T فن تعمیر زیادہ پکسل فل فیکٹر کی اجازت دیتا ہے، یعنی ہر پکسل کی زیادہ سطح روشنی کے مجموعہ کے لیے وقف ہے۔ یہ ڈیزائن، اس حقیقت کے ساتھ مل کر کہ رولنگ شٹر سینسرز کو بیک الیومینیٹڈ فارمیٹ میں زیادہ آسانی سے ڈھال لیا جا سکتا ہے، اکثر اعلی کوانٹم کارکردگی کا نتیجہ ہوتا ہے۔
●شور کی کارکردگی- کم ٹرانجسٹرز اور کم پیچیدہ سرکٹری کا عام طور پر مطلب ہے کہ رولنگ شٹر کم پڑھنے والے شور کی نمائش کرتے ہیں، جس سے وہ کم روشنی والی ایپلی کیشنز کے لیے بہتر ہوتے ہیں۔
●سپیڈ پوٹینشل- رولنگ شٹر کچھ مخصوص فن تعمیر میں تیز تر ہو سکتے ہیں کیونکہ وہ اوور لیپنگ ایکسپوژر اور ریڈ آؤٹ کی اجازت دیتے ہیں، حالانکہ یہ سینسر ڈیزائن اور ریڈ آؤٹ الیکٹرانکس پر بہت زیادہ انحصار کرتا ہے۔

لاگت اور مینوفیکچرنگ - رولنگ شٹر پکسلز کی سادگی عام طور پر عالمی شٹر کے مقابلے میں کم پیداواری لاگت کا ترجمہ کرتی ہے۔

اعلی درجے کی غور و فکر اور تکنیک

سیوڈو-گلوبل شٹر

ایسی حالتوں میں جہاں آپ درست طریقے سے کنٹرول کر سکتے ہیں جب روشنی سینسر تک پہنچتی ہے — جیسے کہ ہارڈ ویئر کے ذریعے متحرک LED یا لیزر لائٹ سورس کا استعمال — آپ رولنگ شٹر کے ساتھ "عالمی سطح کے" نتائج حاصل کر سکتے ہیں۔ یہ سیوڈو-گلوبل شٹر طریقہ روشنی کو ایکسپوزر ونڈو کے ساتھ ہم آہنگ کرتا ہے، بغیر کسی حقیقی عالمی شٹر ڈیزائن کی ضرورت کے حرکت کے نمونے کو کم سے کم کرتا ہے۔

امیج اوورلیپ

رولنگ شٹر سینسر موجودہ فریم کی ریڈ آؤٹ مکمل ہونے سے پہلے اگلے فریم کو بے نقاب کرنا شروع کر سکتے ہیں۔ یہ اوور لیپنگ ایکسپوژر ڈیوٹی سائیکل کو بہتر بناتا ہے اور تیز رفتار ایپلی کیشنز کے لیے فائدہ مند ہے جہاں زیادہ سے زیادہ تعداد میں فریم فی سیکنڈ کیپچر کرنا بہت ضروری ہے، لیکن یہ وقت کے لحاظ سے حساس تجربات کو پیچیدہ بنا سکتا ہے۔

ایک سے زیادہ قطار ریڈ آؤٹ

بہت سے تیز رفتار CMOS کیمرے ایک وقت میں ایک سے زیادہ پکسلز کو پڑھ سکتے ہیں۔ کچھ طریقوں میں، قطاروں کو جوڑوں میں پڑھا جاتا ہے۔ اعلی درجے کے ڈیزائن میں، چار قطاروں کو ایک ساتھ پڑھا جا سکتا ہے، مؤثر طریقے سے کل فریم پڑھنے کے وقت کو کم کرتا ہے۔

سپلٹ سینسر آرکیٹیکچر

رولنگ اور گلوبل شٹر دونوں ہی اسپلٹ سینسر لے آؤٹ کا استعمال کر سکتے ہیں، جہاں امیج سینسر کو عمودی طور پر دو حصوں میں تقسیم کیا گیا ہے، ہر ایک ADCs کی اپنی قطار کے ساتھ۔

● رولنگ شٹر سپلٹ سینسرز میں، ریڈ آؤٹ اکثر مرکز سے شروع ہوتا ہے اور اوپر اور نیچے دونوں طرف باہر کی طرف گھومتا ہے، جس سے تاخیر مزید کم ہوتی ہے۔
● عالمی شٹر ڈیزائنز میں، اسپلٹ ریڈ آؤٹ ایکسپوژر بیک وقت تبدیل کیے بغیر فریم کی شرح کو بہتر بنا سکتا ہے۔

اپنی درخواست کے لیے کیسے انتخاب کریں: رولنگ یا گلوبل شٹر؟

عالمی شٹر ایپلی کیشنز کو فائدہ پہنچا سکتا ہے۔

● واقعات کی اعلی درستگی کا وقت درکار ہے۔

● بہت مختصر نمائش کا وقت درکار ہے۔

● کسی ایونٹ کے ساتھ مطابقت پذیر ہونے کے لیے حصول کے آغاز سے پہلے ذیلی ملی سیکنڈ کی تاخیر کی ضرورت ہے

● بڑے پیمانے پر حرکت یا حرکیات کو رولنگ شٹر سے ملتے جلتے یا تیز ٹائم اسکیل پر کیپچر کریں۔

● پورے سینسر میں بیک وقت حصول کی ضرورت ہے، لیکن ایک بڑے علاقے میں سیوڈو گلوبل شٹر استعمال کرنے کے لیے روشنی کے ذرائع کو کنٹرول نہیں کر سکتا

رولنگ شٹر ایپلی کیشنز کو فائدہ پہنچا سکتا ہے۔

● چیلنجنگ کم روشنی والی ایپلی کیشنز: اضافی کوانٹم کارکردگی اور رولنگ شٹر کیمروں کا کم شور اکثر بہتر SNR کا باعث بنتا ہے۔

● تیز رفتار ایپلی کیشنز جہاں پورے سینسر میں عین ہم آہنگی اہم نہیں ہے، یا تجرباتی اوقات کے مقابلے میں تاخیر چھوٹی ہے

● دیگر عام ایپلی کیشنز جہاں مینوفیکچرنگ کی سادگی اور رولنگ شٹر کیمروں کی کم قیمت فائدہ مند ہے

عام غلط فہمیاں

1. "رولنگ شٹر ہمیشہ خراب ہوتا ہے۔"

درست نہیں — رولنگ شٹر استعمال کے بہت سے معاملات کے لیے مثالی ہیں اور اکثر کم روشنی اور متحرک رینج میں عالمی شٹر سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں۔

2. "عالمی شٹر ہمیشہ بہتر ہوتا ہے۔"

جب کہ تحریف سے پاک کیپچر ایک فائدہ ہے، لیکن لاگت، شور اور حساسیت میں ہونے والی تجارت سست رفتار امیجنگ کے فوائد سے کہیں زیادہ ہو سکتی ہے۔

3. "آپ رولنگ شٹر کے ساتھ ویڈیو شوٹ نہیں کر سکتے۔"

بہت سے اعلیٰ درجے کے سنیما کیمرے رولنگ شٹر کو مؤثر طریقے سے استعمال کرتے ہیں۔ محتاط شوٹنگ کی تکنیک نمونے کو کم سے کم کر سکتی ہیں۔

4. "عالمی شٹر تمام موشن بلر کو ختم کرتے ہیں۔"

وہ ہندسی تحریف کو روکتے ہیں، لیکن طویل نمائش کے اوقات سے موشن بلر اب بھی ہو سکتا ہے۔

نتیجہ

CMOS کیمرے میں عالمی اور رولنگ شٹر ٹیکنالوجی کے درمیان انتخاب موشن ہینڈلنگ، روشنی کی حساسیت، لاگت، اور آپ کی مخصوص ایپلی کیشن کی ضروریات کے درمیان توازن پر ابلتا ہے۔

● اگر آپ کو تیزی سے حرکت کرنے والے مناظر کے لیے تحریف سے پاک کیپچر کی ضرورت ہے، تو عالمی شٹر واضح انتخاب ہے۔

● اگر آپ کم روشنی والی کارکردگی، متحرک رینج، اور بجٹ کو ترجیح دیتے ہیں، تو رولنگ شٹر اکثر بہترین نتائج فراہم کرتا ہے۔

ان اختلافات کو سمجھنا اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ آپ صحیح ٹول کا انتخاب کر سکتے ہیں—چاہے یہ سائنسی امیجنگ، صنعتی نگرانی، یا تخلیقی پیداوار کے لیے ہو۔

اکثر پوچھے گئے سوالات

فضائی فوٹو گرافی یا ڈرون میپنگ کے لیے کون سا شٹر بہتر ہے؟

نقشہ سازی، سروے اور معائنہ کے لیے جہاں جیومیٹرک درستگی بہت ضروری ہے، بگاڑ سے بچنے کے لیے عالمی شٹر کو ترجیح دی جاتی ہے۔ تاہم، تخلیقی ہوائی ویڈیو کے لیے، ایک رولنگ شٹر اب بھی بہترین نتائج دے سکتا ہے اگر حرکات کو کنٹرول کیا جائے۔

شٹر کا انتخاب کم روشنی والی امیجنگ کو کیسے متاثر کرتا ہے؟

رولنگ شٹر کو عام طور پر کم روشنی والی کارکردگی میں فائدہ ہوتا ہے کیونکہ ان کے پکسل ڈیزائن روشنی کو جمع کرنے کی کارکردگی کو ترجیح دے سکتے ہیں۔ عالمی شٹر کو زیادہ پیچیدہ سرکٹری کی ضرورت ہو سکتی ہے جو حساسیت کو قدرے کم کر سکتی ہے، حالانکہ جدید ڈیزائن اس خلا کو ختم کر رہے ہیں۔

شٹر کی قسم a کو کیسے متاثر کرتی ہے۔سائنسی کیمرے?

تیز رفتار سائنسی امیجنگ میں — جیسے پارٹیکل ٹریکنگ، سیل ڈائنامکس، یا بیلسٹکس — حرکت کی تحریف سے بچنے کے لیے ایک عالمی شٹر اکثر ضروری ہوتا ہے۔ لیکن کم روشنی والی فلوروسینس مائکروسکوپی کے لیے، ایکsCMOS کیمرہایک رولنگ شٹر کے ساتھ حساسیت اور متحرک حد کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے منتخب کیا جا سکتا ہے۔

صنعتی معائنہ کے لیے کون سا بہتر ہے؟

زیادہ تر صنعتی معائنے کے کاموں میں—خاص طور پر جن میں کنویئر بیلٹ، روبوٹکس، یا مشین ویژن شامل ہوتے ہیں— ایک عالمی شٹر حرکت کی حوصلہ افزائی ہندسی غلطیوں کے بغیر درست پیمائش کو یقینی بنانے کے لیے محفوظ انتخاب ہے۔