گروه نجوم تیشتر لشت نشا (گیلان)

گروه نجوم تیشتر گیلان به ارائه خبر علمی با اولویت خبر نجومی می پردازد

آشنایی با CCD و CMOS

آشنایی با CCD و CMOS

CCD قلب دوربین های دیجیتال بوده و جای شاتر و هم فیلم را در دوربین های معمولی می گیرد. ظهور این تکنولوژی به سال 1960، زمانی که تلاش برای تولید حافظه های ارزان و در مقیاس بالا در حال انجام بود بر می‌گردد. در ابتدا استفاده از این تکنولوژی برای گرفتن تصویر به مخیله دانشمندانی که بر روی آن کار می کردند نیز خطور نمی کرد.
در سال 1969، Willard Boyle و George Smith از CCD برای نگهداری اطلاعات استفاده کردند. اولین CCD مربوط به تصویر برداری به فرمت 100 * 100 پیکسل، در سال 1974 توسط شرکت Faichild Electronics تولید گردید. در سال‌ بعد این وسیله در دوربین های تلویزیونی برای رسانه های تجاری و بعدا در تلسکوپ ها و وسایل تصویر برداری پزشکی مورد استفاده قرار گرفت. مدتها پس از این زمان بود که CCD
در دوربین های دیجیتالی مورد استفاده عموم به فروشگاههای خیابانی راه پیدا نماید.
این وسیله نظیر چشم انسان ولی بصورت الکترونیکی کار می‌نماید. هر CCD
از میلیونها سلول بنام فتوسایت یا فتودیود تشکیل شده است. این نقاط در واقع سنسورهای حساس به نوری هستند که اطلاعات نوری را به یک شارژ الکتریکی تبدیل می‌نمایند. وقتی اجزای نور که فتون نامیده می شود وارد بدنه سیلیکون فتوسایت می شود، انرژی کافی برای آزادسازی الکترونهایی که با بار منفی شارژ شده اند ایجاد می‌ گردد. هر چه نور بیشتری وارد فتوسایت شود، الکترونهای بیشتری آزاد می شود. هر فتوسایت دارای یک اتصال الکتریکی می باشد که وقتی ولتاژی به آن اعمال می شود، سیلیکون زیر آن پذیرای الکترونهای آزاد شده می شود و همانند یک خازن برای آن عمل می کند. بنابر این هر فتوسایت دارای یک شارژ ویژه خود می باشد که هر چه بیشتر باشد، پیکسل روشنتری را ایجاد می کند.
مرحله بعدی در این فرآیند بازخوانی و ثبت اطلاعات موجود در این نقاط است. وقتی که شارژ به این نقاط وارد و خارج می شود، اطلاعات درون آنها حذف می شود و از آنجایی که شارژ هر ردیف با ردیف دیگر کوپل می شود، مثل اینست که اطلاعات هر ردیف پشت ردیف قبلی چیده شود. سپس سیگنال ها در حد امکان بدون نویز وارد تقویت کننده شده و سپس وارد ADC
می شوند.
فتوسایت های روی یک CCD فقط به نور حساسیت نشان می دهند، نه به رنگ. رنگ با استفاده از فیلترهای قرمز – سبز و آبی که روی هر پیکسل گذارده شده است شناسایی می شود. برای اینکه CCD از چشم انسان تقلید کند، نسبت فیلترهای سبز دو برابر فیلترهای قرمز و آبی است. این بخاطر اینست که چشم انسان به رنگهای زرد و سبز حساس تر است. چون هر پیکسل تنها یک رنگ را شناسایی می کند، رنگ واقعی (True Color) با استفاده از متوسط گیری شدت نور اطراف پیکسل که به میان یابی رنگ مشهور است، ایجاد می شود.

 

آشنائی با CMOS

در سال 1998 سنسورهای CMOS بعنوان تکنولوژی ثبت تصویر جایگزین برای CCD ابداع گردید. تکنولوژی مورد استفاده در ساخت CMOS همان تکنولوژی است که در سراسر جهان برای ساخت میلیونها ریزپردازنده و حافظه مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجا که روی این تکنولوژی کار زیادی صورت گرفته و تولید آن در حجم انبوه می باشد، ساخت چیپ های CMOS نسبت به CCD ارزانتر در می آید. دیگر مزیت این سنسورها نسبت به CCD اینست که توان مصرفی آنها پایینتر می باشد. بعلاوه، در حالی که CCD تنها برای ثبت شدت نوری که بر روی هر یک از صدها هزار نقاط نمونه برداری می افتد کاربرد دارد، می توان از CMOS برای منظورهای دیگر، نظیر تبدیل آنالوگ به دیجیتال، پردازش سیگنال های لود شده، تنظیم رنگ سفید (white Balance) ، و کنترل های دوربین و ... استفاده نمود. همچنین می توان تراکم نقاط و عمق بیتی تصویر را به راحتی بدون افزایش بیش از اندازه قیمت، بالا برد.
بخاطر این مزیتها و سایر مزایا، بسیاری از تحلیل گران صنایع اعتقاد دارند که نهایتا تمام دوربین های معمولی دیجیتال از CMOS استفاده خواهند نمود و CCD فقط در دوربینهای حرفه ای و گرانقیمت بکار خواهد رفت. در این تکنولوژی مشکلاتی از قبیل تصاویر دارای نویز و عدم توانایی در گرفتن عکس از موضوعات متحرک وجود دارد که امروزه با رفع این مشکلات، CMOS در حال رسیدن به برابری با CCD می باشد. (این تکنولوژی تا جایی پیش رفته که هم اکنون در قویترین دوربین حرفه ای Canon بنام EOS-1Ds با بیش از 11 مگاپیکسل وضوح از این سنسور استفاده شده است

تا بحال سنسورهای تصویر CMOS با استفاده از تکنولوژی 0.35 تا 0.5 میکرونی ساخته شده اند و چشم انداز آینده آن استفاده از تکنولوژی 0.25 میکرون می باشد. سنسور Faveon با 16.8 مگاپیکسل (یعنی قدرت ایجاد تصاویری با وضوح 4096*4096 پیکسل) اولین سنسوری است که با استفاده از تکنولوژی 0.18 میکرون ساخته شده است و یک پرش بزرگ را در صنعت ساخت سنسور تصویر CMOS ینام خود ثبت نموده است. استفاده از تکنولوژی 0.18 میکرون امکان استفاده از تعداد بیشتری از پیکسل ها را در فضای فیزیکی معین فراهم کرده و بنابر این سنسوری با وضوح بالاتر به دست می‌آید. ( لازم به ذکر است چون از لحاظ فیزیکی تصویر ایجاد شده توسط لنز تصویری پیوسته بوده و بدون هیچگونه نقطه و ناپیوستگی می باشد، هر چه بتوان پیکسلهای سنسور را کوچک تر نمود و تعداد بیشتری از آنها را در ناحیه تشکیل تصویر قرار داد، می توان عکسی با وضوح بالاتر و نزدیکتر به تصویرحقیقی گرفت – مولف) ترانزیستورهای ساخته شده با استفاده از تکنولوژی 0.18 میکرون کوچکتر بوده و فضای زیادی از ناحیه سنسور را اشغال نمی کنند که می توان از این فضا برای تشخیص نور استفاده نمود. این فضا بطور کارآمدی، امکان طراحی سنسوری را که دارای پیکسل های هوشمندتری بوده، و در حین عکس برداری تواناییهای جدیدی را بدون قربانی کردن حساسیت نوری به دوربین می دهد، فراهم می کند.
با استفاده از این تکنولوژی 70 میلیون ترانزیستور و 4096*4096 سنسور، فقط در فضایی برابر با 22mm*22mm قرار داده می شود و سرعت ISO آن برابر با 100 بوده و محدوده دینامیکی آن 10 استپ است!! انتظار میرود، بعد از 18 ماه از تولید این سنسور استفاده از آن در وسایل حرفه ای نظیر اسکنرها، وسایل تصویری پزشکی ، اسکن پرونده ه و آرشیو موزه ها شروع شود. در آینده ای طولانی تر، انتظار می رود که این تکنولوژی بطور وسیعی در وسایل معمولی موجود در بازار استفاده گردد.

 

 دقت سنسور دوربین

در مورد دقت سنسور به ساده ترین حالت می توان گفت که این کمیت معرف دقت تفکیک دوربین است که این دقت تابعی از چگالی سنسورهای موجود در چشمی دوربین است. این کمیت را بر حسب مگاپیکسل در اینچ می سنجند. فرض کنید یک پیکسل از یک سنسور تشکیل شده باشد (که البته در مورد سنسور های CMOS این طور نیست و بیش از یک سنسور در یک پیکسل وجود دارد)، آنگاه اگر دوربین ما یک دوربین 1 مگاپیکسل باشد یعنی یک میلیون سنسور از یک اینچ از فضای عکسبرداری نمونه می گیرند. دقت دوربین های معمولی (غیر دیجیتال) در حدود 23 مگاپیکسل است که بد نیست این مسئله را برای مقایسه بدانیم.

هرچه مگاپیکسل یک دوربین بالاتر باشد قدرت تفکیک آن دوربین بالاتر است یا به عبارتی عکس در ابعاد بالا کمتر نقطه-نقطه می شود و می توان آن را را در ابعاد بزرگتری پرینت گرفت. فکر می کنم دوربین های موجود در بازار، در حال حاضر از  8 مگا پیکسل تا 21 مگا پیکسل می باشند

 

مزیت های دوربین های دیجیتال

مزیت های دوربین های دیجیتال

مخابره: شاید مهم ترین و اصلی ترین دلیل تولید دوربین دیجیتال را بتوان مخابره نامید چرا که تولید آن پس از درخواست موسسات تحقیقات فضایی از تولید کنندگان تجهیزات عکاسی برای تصویری قابل مخابره جهت تحقیقات فضایی شکل گرفت

هزینه ی کمتر: به لحاظ اینکه در هر دوره عکاسی دیگر احتیاج به خرید، ظهور و چاپ فیلم نیست.

مقدار خطای کمتر: به علت پیش نمایش بهتر عکس و نشان دادن عکس در همان زمان می توان در صورت مشاهده ی خطایی فاحش عکس را مجدادا ثبت کرد در صورتی که در عکاسی آنالوگ پس از مرحله ی ظهور می توان چنین تشخیصی داد که معمولا دیر است

مقدار ریسک پایین: از بین رفتن یا افت کیفیت شدید فیلم به علت زمان، حرارت، و نور دیدگی، خطای ظهور، چاپ، تاریخ فیلم و ... طبیعتا حذف شده و جای خود را از لحاظ ریسک تنها به خطاهای الکترونیکی بسیار ناچیز می دهد.

نگهداری بهتر: امکان آرشیو میلیون ها عکس در یک فضای بسیار کم با ماندگاری بسیار طولانی تر

عکس برداری متوالی :در دوربین های آنالوگ به طور معمول بیشترین تعداد عکس برداری متوالی بیشتر از 36 عدد (به لحاظ تعداد کاست) نمی شد به غیر از مواردی خاص که گاهی تا 360 عدد اضافه می شد (با حجمی مزاحم ) ولی با زحمتی چندین برابر برای تعویض فیلم! در صورتی که در دوربین های جدید دیجیتال با فشار دادن دکمه شاتر می توان بیش از هزاران عکس را بدون توقف در یک کارت حافظه بسیار کوچک جا داد.

نویسنده : علی : ۱۱:۱٦ ‎ب.ظ ; ۱۳٩٠/٢/۱۳
Comments پيام هاي ديگران ()      لینک دائم