بهار در پاييز

چيپ تصوير CMOS در دوربين مداربسته

چيپ تصوير CMOS در دوربين مداربسته يا به اصطلاح Complementrymetal-oxide semiconductor ابتدا در سال 1963 توسط شركت Fairchild Semiconductor ابداع گرديد. در حال حاضر، بكارگيري اين سنسور ها در دوربين هاي مداربسته بسيار رواج يافته است.

نحوه عملكرد و ساختار سنسور هاي CMOS

به طور كلي، وظيفه سنسور تبديل نور دريافتي از تصاوير به سيگنال الكتريكي است. چيپ هاي تصوير قسمتي از ساختار دوربين ها محسوب مي گردند كه نور دريافتي را به سيگنال هاي الكتريكي تبديل مي كنند. سپس اين سيگنال ها به صورت تصاوير ويدئويي ضبط مي شوند. ساختار سنسور ها بسيار شبيه به سلول هاي خورشيدي است و از چندين ميليون پيكسل، فتوسايد يا فتوديود تشكيل شده است. نور دريافت شده از قسمتي از تصوير، در اين پيكسل ها ذخيره شده و سپس تبديل به الكترون مي شود. اين الكترونهاي آزاد شده سپس به ولتاژي معين تبديل و پس از آن  توسط يك تقويت كننده تبديل به سيگنال آنالوگ مي شوند. سيگنال توليد شده توسط كانورتر  ADC تبديل به سيگنال ديجيتال مي گردد.

سنسور ها توانايي ثبت تصاوير را به صورت رنگي ثبت ندارند. به همين دليل فيلتري در برابر سنسور تعبيه مي شود كه امكان ثبت تصاوير را به صورت رنگي فرآهم مي كند. دو نوع فيلتر رنگ با نام هاي فيلتر RGB براي ثبت رنگ هاي قرمز، سبز و آبي و فيلتر CMYG براي رنگ هاي فيروزه اي، سرخابي، زرد و قرمز وجود دارد.

تصوير چگونه در چيپ تصوير ساخته مي شود؟

زماني كه تصوير به وسيله دوربين ثبت مي گردد، نور از لنز دوربين عبور كرده و به سنسور تصوير دوربين برخورد مي كند. چيپ تصوير از المان هاي بسيار ريزي تشكيل شده كه به آنها پيكسل مي گويند. اين المانهاي بسيار ريز ميزان نوري كه بر روي آنها تابيده مي شود را ثبت مي كنند و آن را به تعداد مشخصي الكترون تبديل مي كنند. اين الكترون ها سپس به ولتاژ تبديل مي شوند. در دوربين هاي آنالوگ اين ولتاژ به وسيله يك تقويت كننده به صورت سيگنال استاندارد درآمده و به خروجي دوربين فرستاده مي شود. در دوربين هاي ديجيتال يك مبدل A/D (آنالوگ به ديجيتال) وظيفه تبديل سيگنال به اطلاعات ديجيتال را بر عهده مي گيرد. در حال حاضر دو تكنولوژي براي ساخت چيپ هاي تصوير مورد استفاده قرار مي گيرد. تكنولوژي CCD يا Charge-coupled Device و تكنولوژي CMOS يا Complementary Metal-oxide Semiconductor.

بيشتر بخوانيد:

انواع دوربين مداربسته    سوييچ شبكه 

توليد رنگ ها در چيپ تصوير چطور صورت مي گيرد؟

چيپ هاي تصوير ميزان و شكل نور تابيده شده بدون هيچ گونه اطلاعات از زنگ ثبت مي كنند. از آنجايي كه چيپ هاي تصوير CCD و CMOS به خودي خود فاقد امكان تشخيص رنگ ها هستند از يك فيلتر رنگ جلوي چيپ تصوير استفاده مي شوند. اين فيلتر امكان تشخيص رنگ ها را براي چيپ تصوير فراهم خواهد كرد.

دو فيلتر بسيار رايج استفاده شده در سيستم هاي مداربسته فيلتر RGB (قرمز، سبز، آبي) و CMYG (فيروزه اي، سرخابي، زرد، قرمز) هستند كه هر يك به روشي جداگانه تركيبي مكمل از رنگ ها را ايجاد مي كنند. هر يك از اين روش ها نقاط قوت و ضعف خاص خود را دارند. به صورت كلي سيستم RGB بيشتر در چيپ هاي Progressive Scan و سيستم CMYG در چيپ هاي interlaced CCD مورد استفاده قرار مي گيرند.

لايه هاي چيپ تصوير دوربين مداربسته و عملكرد نور بر روي آنرا ميتوانيد در اين تصوير بهتر ببينيد.

چيپ هاي تصوير مگا پيكسل

(براي اطلاعات بيشتر در رابطه با دوربين هاي مگا پيكسل مقاله دوربين مداربسته HD را بخوانيد.)

چيپ هاي تصوير مگا پيكسل امكان ايجاد تصاويري با روزولوشن هاي بالا را براي شما فراهم مي كنند. اين رزولوشن بالا امكان تشخيص جزئيات بيشتر در تصوير را براي شما فراهم مي كند.

چيپ هاي مگا پيكسل به چند دليل بيشتر به صورت CMOS طراحي مي شود. توليد چيپ تصوير CCD در رزولوشن بالا بسيار پر هزينه خواهد بود. چيپ هاي تصوير CCD مصرف برقي حدود 100 برابر بيشتر از چيپ هاي CMOS دارند كه گرماي توليد شده در چيپ را نيز افزايش مي دهد و طراحي آن را با مشكلات بيشتري رو به رو مي كند.

چيپ هاي مگا پيكسل معمولا اندازه اي برابر ديگر چيپ هاي تصوير دوربين مداربسته دارند با اين تفاوت كه تعداد ديودهاي موجود بر روي چيپ به مراتب بيشتر است. از همين رو ميزان نور دريافت شده توسط هر ديود به مراتب كمتر است و حساسيت كلي چيپ تصوير كمتر خواهد بود. البته تكنولوژي ساخت چيپ هاي تصوير به سرعت در حال پيشرفت است و اين مشكل روز به روز در اين چيپ ها كمتر خواهد شد.

مزاياي استفاده از سنسور CMOS

استفاده از تكنولوژي سنسور هاي CMOS در دوربين هاي مدار بسته شامل مزايا و معايبي است كه در ادامه به طور خلاصه به آن اشاره مي كنيم:

• اين سنسور ها تصاويري با كيفيت HD و داراي يكپارچگي مناسب ايجاد مي كنند.
• كيفيت به نمايش گذاري رنگ ها در تصاوير توسط اين سنسور ها خوب است.
• نرخ فريم و سرعت پردازش در آنها بالا است.
• مصرف انرژي كمي دارند.
• ارزان و مقرون به صرفه هستند.

معايب سنسور CMOS

• تصاوير ايجاد شده داراي نويز نسبتا زيادي هستند.
• اين سنسور ها داراي كيفيت عملكرد متوسطي هستند.
• در نور كم عملكرد ضعيفي دارند.

براي مطالعه بيشتر: دستگاه دي وي آر    دوربين مدار بسته اچ دي   

تفاوت سنسور  CMOS با  CCD

در حال حاضر از دو تكنولوژي چيپ تصوير در دوربين هاي مدار بسته استفاده مي گردد. چيپ تصوير  CCD با سابقه بيش از 30 سال كه در بسياري از دوربين هاي قديمي وجود دارد. و سنسور CMOS كه در سال هاي اخير پيشرفت چشمگيري داشته و تكنولوژي جديدتري محسوب مي گردد. در ادامه به برخي از تفاوت هاي اين دو سنسور اشاره مي كنيم:

1. سنسور هاي CMOS داراي مصرف انرژي كمتري هستند كه برابر با 5-12 ولت و 35-70 ميلي آمپر است. در حاليكه اين مقادير در CCD ها برابر با 12 ولت و 150-300 ميلي آمپر است. در نتيجه در CMOS اتلاف انرژي كمتري صورت مي گيرد.
2. سنسور هاي CMOS قيمت ارزان تري نسبت به CCD ها دارند. زيرا قابليت اين را دارند كه بر روي هر نوع بدنه ي سيليكوني استانداردي ساخته شوند. قيمت پايين سنسور هاي  CMOS يك مزيت چشمگير براي افرادي است كه به دنبال تجهيزات با كيفيت و در عين حال با قيمت پايين هستند.
3. سنسور هاي CMOS ساختار ساده اي دارند به طوري كه تمامي عمليات روي صفحه سنسور انجام مي شود در نتيجه منجر به سرعت عملكرد بيشتري در آنها مي گردد.
4. در سنسور هاي CMOS هر پيكسل به طور جداگانه داراي يك ترانزيستور است كه باعث توليد يك ولتاژ جداگانه از هر پيكسل مي شود. اين مسئله در عين حال كه منجر به افزايش سرعت عملكرد در آنها مي گردد ولي باعث شده تا حساسيت كمتري نسبت به نور داشته باشند. به همين دليل عملكرد خوبي در نور كم و در شب ندارند.
5. سنسور هاي CCD تصاويري با كيفيت بالا و نويز كمتر ايجاد مي كنند. اما سنسور هاي CMOS چند برابر بيشتر نويز تصوير نسبت به سنسورهاي CCD دارند.
6. سنسور هاي CCD ماندگاري بيشتري داشته و به دليل تعداد پيكسل هاي بيشتري كه در ساختار خود دارند تصوير با كيفيت تري ارائه مي دهند.

سنسور هاي CMOS و CCD هر كدام داراي معايب و مزاياي هستند. با اين حال تكنولوژي آنها به سرعت در حال پيشرفت است. از اين رو، بهترين استراتژي براي سازندگان، تداوم سنجش و بهبود عملكرد سنسورها در توليدات جديد است. تا در نهايت عملكرد اين سنسور ها به درجه اي از كيفيت برسد كه ابهامي در انتخاب هر كدام از آنها براي كاربران از بين برود.