25/07/312025 yilda CMOS sensorlari ilmiy va iste'molchi tasvirlarida ustunlik qilgan bo'lsa-da, bu har doim ham shunday emas edi.
CCD "zaryadga ulangan qurilma" degan ma'noni anglatadi va CCD sensorlar birinchi marta 1970 yilda ishlab chiqilgan raqamli kamera sensorlari bo'lgan. CCD va EMCCD asosidagi kameralar bir necha yil oldin ilmiy ilovalar uchun tavsiya etilgan. Ikkala texnologiya ham bugungi kungacha saqlanib qolgan, ammo ulardan foydalanish o'z joyiga aylandi.
CMOS sensorlarini takomillashtirish va rivojlanish sur'ati o'sishda davom etmoqda. Ushbu texnologiyalar o'rtasidagi farq, birinchi navbatda, aniqlangan elektron zaryadni qayta ishlash va o'qish usulidadir.
CCD sensori nima?
CCD sensori yorug'likni olish va uni raqamli signallarga aylantirish uchun ishlatiladigan tasvir sensori turidir. U fotonlarni to'playdigan va ularni elektr zaryadiga aylantiradigan yorug'likka sezgir piksellar majmuasidan iborat.
CCD sensorini o'qish CMOS-dan uchta muhim jihatdan farq qiladi:
● To‘lovni o‘tkazish: Olingan fotoelektronlar elektrostatik ravishda sensor bo'ylab pikseldan pikselga pastdagi o'qish maydoniga o'tkaziladi.
● O‘qish mexanizmi: Parallel ishlaydigan analog-raqamli konvertorlarning (ADC) butun qatori o'rniga, CCD'lar piksellarni ketma-ket o'qiydigan faqat bitta yoki ikkita ADC (yoki ba'zan ko'proq) dan foydalanadi.
Kondensator va kuchaytirgichni joylashtirish: Har bir pikseldagi kondensatorlar va kuchaytirgichlar o'rniga har bir ADC bitta kondansatör va kuchaytirgichga ega.
CCD sensori qanday ishlaydi?
CCD sensori tasvirni olish va qayta ishlash uchun qanday ishlaydi:
Rasm: CCD sensori uchun o'qish jarayoni
Ta'sir qilishning oxirida CCD sensorlari birinchi navbatda yig'ilgan zaryadlarni har bir piksel ichidagi niqoblangan saqlash maydoniga ko'chiradi (ko'rsatilmagan). Keyin, bir vaqtning o'zida bir qatorda, to'lovlar o'qish registriga ko'chiriladi. Bir vaqtning o'zida bitta ustun, o'qish registridagi to'lovlar o'qiladi.
1. Zaryadni tozalash: Qabul qilishni boshlash uchun zaryad bir vaqtning o'zida butun sensordan tozalanadi (global deklanşör).
2. Zaryad to'planishi: Ta'sir qilish vaqtida zaryad to'planadi.
3. Zaryad saqlash: Ta'sir qilish oxirida yig'ilgan zaryadlar har bir piksel ichidagi niqoblangan maydonga (interline transfer CCD deb ataladi) ko'chiriladi, u erda ular yangi aniqlangan fotonlar hisoblanmasdan o'qishni kutishlari mumkin.
4. Keyingi kadrning ekspozitsiyasi: Piksellarning niqoblangan maydonida saqlangan aniqlangan zaryadlar bilan piksellarning faol maydoni keyingi kadrning ekspozitsiyasini boshlashi mumkin (bir-biriga yopishish rejimi).
5. Ketma-ket o'qish: Bir vaqtning o'zida bir qator, tayyor ramkaning har bir qatoridagi to'lovlar "o'qish registriga" ko'chiriladi.
6. Yakuniy o'qish: Bir vaqtning o'zida bitta ustun, har bir pikseldan to'lovlar ADCda o'qish uchun o'qish tuguniga yuboriladi.
7. Takrorlash: Bu jarayon barcha piksellardagi aniqlangan zaryadlar hisoblanmaguncha takrorlanadi.
Aniqlangan barcha to'lovlarni oz sonli (ba'zan bitta) o'qish nuqtalari tomonidan o'qilishi natijasida yuzaga kelgan bu to'siq, CMOS bilan solishtirganda CCD sensorlarining ma'lumotlar o'tkazuvchanligida jiddiy cheklovlarga olib keladi.
CCD sensorlarining afzalliklari va kamchiliklari
| Pros | Kamchiliklari |
| Past qorong'u oqim Odatda sovutilganda ~0,001 e⁻/p/s. | Cheklangan tezlik Odatiy o'tkazish qobiliyati ~20 MP/s — CMOSdan ancha sekin. |
| Pikselda yigʻish toʻlovlari oʻqishdan oldin yigʻilib, shovqinni kamaytiradi. | Yuqori shovqin 5–10 e⁻ bir nuqtali ADC ko'rsatkichi tufayli keng tarqalgan. |
| Global deklanşör Interline/frame-transfer CCD-larda haqiqiy global yoki deyarli global tortishish. | Kattaroq piksel o'lchamlari CMOS takliflarini kichraytirishga mos kelmaydi. |
| Yuqori tasvir bir xilligi Miqdoriy tasvir uchun juda yaxshi. | Yuqori quvvat iste'moli Zaryadni almashtirish va o'qish uchun ko'proq quvvat talab qiladi. |
CCD sensorining afzalliklari
● Past qorong'u oqim: Texnologiya sifatida, CCD sensorlari odatda sovutilganda 0,001 e-/p/s darajasida juda past qorong'u oqimga ega.
● "Pikselda" birlashtirish: Bog'lashda CCD'lar o'qishdan keyin emas, oldin to'lovlarni qo'shadi, ya'ni qo'shimcha o'qish shovqini kiritilmaydi. Qorong'u oqim kuchayadi, lekin yuqorida aytib o'tilganidek, bu odatda juda past.
● Global shutter: "Interline" CCD sensorlari haqiqiy global deklanşör bilan ishlaydi. "Frame Transfer" CCD sensorlari "yarim global" deklanşörden foydalanadi (45-rasmdagi "Niqoblangan" hududga qarang) - ekspozitsiyani boshlash va tugatish uchun kadrlarni uzatish jarayoni haqiqatan ham bir vaqtning o'zida emas, lekin odatda 1-10 mikrosekundni oladi. Ba'zi CCD'lar mexanik yopishdan foydalanadi.
CCD sensorlarining kamchiliklari
● Cheklangan tezlik: sekundiga pikseldagi odatiy ma'lumot uzatish tezligi sekundiga 20 megapiksel (MP/s) bo'lishi mumkin, bu 5 kadr tezlikda 4 MP tasvirga teng. Bu ekvivalent CMOS-dan taxminan 20 marta sekinroq va yuqori tezlikdagi CMOS-dan kamida 100 marta sekinroq.
● Yuqori shovqin: CCD-larda o'qish shovqini yuqori, bu asosan kamera tezligiga erishish uchun ADC(lar) ni yuqori tezlikda ishga tushirish zarurati bilan bog'liq. 5 dan 10 e - yuqori darajadagi CCD kameralar uchun keng tarqalgan.
● Kattaroq piksellar: Ko'pgina ilovalar uchun kichikroq piksellar afzalliklarni beradi. Oddiy CMOS arxitekturasi CCDga qaraganda kichikroq minimal piksel o'lchamlariga imkon beradi.
● Yuqori quvvat sarfi: CCD sensorlarini ishga tushirish uchun quvvat talablari CMOSga qaraganda ancha yuqori.
CCD sensorlarining ilmiy tasvirlashda qo'llanilishi
CMOS texnologiyasi mashhurlikka erishgan bo'lsa-da, CCD sensorlari hali ham tasvir sifati, sezgirligi va mustahkamligi muhim bo'lgan ba'zi ilmiy tasvirlash ilovalarida afzallik beriladi. Kam yorug'lik signallarini minimal shovqin bilan olishning yuqori qobiliyati ularni aniq ilovalar uchun ideal qiladi.
Astronomiya
CCD sensorlari uzoq yulduzlar va galaktikalardan zaif yorug'likni olish qobiliyati tufayli astronomik tasvirlarda juda muhimdir. Ular rasadxonalarda ham, ilg'or havaskor astronomiyada ham uzoq muddatli astrofotografiya uchun keng qo'llaniladi va aniq, batafsil tasvirlarni beradi.
Mikroskopiya va hayot fanlari
Hayotiy fanlarda CCD sensorlari zaif floresan signallarni yoki nozik uyali tuzilmalarni olish uchun ishlatiladi. Ularning yuqori sezuvchanligi va bir xilligi ularni floresan mikroskopiya, jonli hujayra tasviri va raqamli patologiya kabi ilovalar uchun mukammal qiladi. Ularning chiziqli yorug'lik reaktsiyasi aniq miqdoriy tahlilni ta'minlaydi.
Yarimo'tkazgichlarni tekshirish
CCD sensorlari yarimo'tkazgichlarni ishlab chiqarishda, ayniqsa gofretni tekshirish uchun juda muhimdir. Ularning yuqori aniqligi va izchil tasvir sifati chiplardagi mikro miqyosdagi nuqsonlarni aniqlash, yarimo'tkazgich ishlab chiqarishda talab qilinadigan aniqlikni ta'minlash uchun juda muhimdir.
Rentgen va ilmiy tasvirlar
CCD sensorlari rentgen nurlarini aniqlash tizimlarida va boshqa maxsus tasvirlash dasturlarida ham qo'llaniladi. Ularning yuqori signal-shovqin nisbatlarini saqlab turish qobiliyati, ayniqsa sovutilganda, kristallografiya, materiallar tahlili va buzilmaydigan sinov kabi qiyin sharoitlarda aniq tasvirlash uchun juda muhimdir.
CCD sensorlari bugungi kunda ham dolzarbmi?
Tucsen H-694 & 674 CCD kamera
CMOS texnologiyasining jadal rivojlanishiga qaramay, CCD sensorlari eskirgan emas. Ular ultra past yorug'lik va yuqori aniqlikdagi tasvirlash vazifalarida afzal tanlov bo'lib qoladi, bunda ularning tengsiz tasvir sifati va shovqin xususiyatlari hal qiluvchi ahamiyatga ega. Chuqur fazoviy astronomiya yoki ilg'or floresan mikroskopiya kabi sohalarda CCD kameralar ko'pincha CMOS alternativalaridan ustun turadi.
CCD sensorlarining kuchli va zaif tomonlarini tushunish tadqiqotchilar va muhandislarga o'zlarining maxsus ehtiyojlari uchun to'g'ri texnologiyani tanlashga yordam beradi, ularning ilmiy yoki sanoat ilovalarida optimal ishlashni ta'minlaydi.
Tez-tez so'raladigan savollar
CCD sensorini qachon tanlashim kerak?
CCD sensorlari bugungi kunda o'n yil oldingiga qaraganda ancha kam uchraydi, chunki CMOS texnologiyasi hatto ularning past qorong'u oqim ko'rsatkichlariga ham tajovuz qila boshlaydi. Biroq, har doim yuqori tasvir sifati, past shovqin va yuqori sezuvchanlik kabi ishlash xususiyatlarining kombinatsiyasi afzallik beruvchi ilovalar mavjud bo'ladi.
Nima uchun ilmiy kameralar sovutilgan CCD sensorlaridan foydalanadi?
Sovutish tasvirni olish paytida termal shovqinni pasaytiradi, tasvir ravshanligi va sezgirligini oshiradi. Bu, ayniqsa, past yorug'lik va uzoq ta'sirli ilmiy tasvirlar uchun juda muhimdir, shuning uchun ko'pchilik yuqori darajaliilmiy kameralartoza, aniqroq natijalar uchun sovutilgan CCD-larga tayaning.
CCD va EMCCD datchiklarida bir-biriga yopishish rejimi nima va u kamera ish faoliyatini qanday yaxshilaydi?
CCD va EMCCD sensorlari odatda "bir-biriga yopishish rejimi" ga ega. Global deklanşör kameralari uchun bu keyingi kadrning ekspozitsiyasi paytida oldingi kadrni o'qish qobiliyatini anglatadi. Bu yuqori (100% ga yaqin) ish aylanishiga olib keladi, ya'ni kadrlarni yorug'likka ta'sir qilmaslik uchun minimal vaqt behuda sarflanadi va shuning uchun yuqori kadr tezligi.
Eslatma: Qoplama rejimi aylanma panjur sensorlari uchun boshqa ma'noga ega.
Agar siz panjurlar haqida ko'proq bilmoqchi bo'lsangiz, iltimos, bosing:
Rolling panjurni boshqarish rejimi qanday ishlaydi va undan qanday foydalanish kerak
Tucsen Photonics Co., Ltd. Barcha huquqlar himoyalangan. Iqtibos keltirayotganda manbani ko'rsating:www.tucsen.com
