وبلاگ من

چيپ تصوير CMOS در دوربين مداربسته

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

نحوه عملکرد و ساختار سنسور هاي CMOS

به طور کلي، وظيفه سنسور تبديل نور دريافتي از تصاوير به سيگنال الکتريکي است. چيپ هاي تصوير قسمتي از ساختار دوربين ها محسوب مي گردند که نور دريافتي را به سيگنال هاي الکتريکي تبديل مي کنند. 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 پيکسل، فتوسايد يا فتوديود تشکيل شده است. نور دريافت شده از قسمتي از تصوير، در اين پيکسل ها ذخيره شده و سپس تبديل به الکترون مي شود. اين الکترونهاي آزاد شده سپس به ولتاژي معين تبديل و پس از آن  توسط يک تقويت کننده تبديل به سيگنال آنالوگ مي شوند. سيگنال توليد شده توسط کانورتر  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 که امکان ثبت تصاوير را به صورت رنگي فرآهم مي کند. 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 که تصوير به وسيله دوربين ثبت مي گردد، نور از لنز دوربين عبور کرده و به سنسور تصوير دوربين برخورد مي کند. چيپ تصوير از المان هاي بسيار ريزي تشکيل شده که به آنها پيکسل مي گويند. اين المانهاي بسيار ريز ميزان نوري که بر روي آنها تابيده مي شود را ثبت مي کنند و آن را به تعداد مشخصي الکترون تبديل مي کنند. اين الکترون ها سپس به ولتاژ تبديل مي شوند. در دوربين هاي آنالوگ اين ولتاژ به وسيله يک تقويت کننده به صورت سيگنال استاندارد درآمده و به خروجي دوربين فرستاده مي شود. در دوربين هاي ديجيتال يک مبدل A/D (آنالوگ به ديجيتال) وظيفه تبديل سيگنال به اطلاعات ديجيتال را بر عهده مي گيرد. در حال حاضر دو تکنولوژي براي ساخت چيپ هاي تصوير مورد استفاده قرار مي گيرد. تکنولوژي CCD يا Charge-coupled Device و تکنولوژي CMOS يا Complementary Metal-oxide Semiconductor.

بيشتر بخوانيد:

انواع دوربين مداربسته    سوييچ شبکه 

توليد رنگ ها در چيپ تصوير چطور صورت مي گيرد؟

چيپ هاي تصوير ميزان و شکل نور تابيده شده بدون هيچ گونه اطلاعات از زنگ ثبت مي کنند. از آنجايي که چيپ هاي تصوير CCD و CMOS به خودي خود فاقد امکان تشخيص رنگ ها هستند از يک فيلتر رنگ جلوي چيپ تصوير استفاده مي شوند. اين فيلتر امکان تشخيص رنگ ها را براي چيپ تصوير فراهم خواهد کرد.

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

<iimage|288|50|center>لايه هاي چيپ تصوير دوربين مداربسته و عملکرد نور بر روي آنرا ميتوانيد در اين تصوير بهتر ببينيد.

چيپ هاي تصوير مگا پيکسل

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

چيپ هاي تصوير مگا پيکسل امکان ايجاد تصاويري با روزولوشن هاي بالا را براي شما فراهم مي کنند. اين رزولوشن بالا امکان تشخيص جزئيات بيشتر در تصوير را براي شما فراهم مي کند.

چيپ هاي مگا پيکسل 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 که گرماي توليد شده در چيپ را نيز افزايش مي دهد و طراحي آن را با مشکلات بيشتري رو به رو مي کند.

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

</iimage|288|50|center>

مزاياي استفاده از سنسور CMOS

استفاده از تکنولوژي سنسور هاي CMOS در دوربين هاي مدار بسته شامل مزايا و معايبي است که در ادامه به طور خلاصه به آن اشاره مي کنيم:

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

معايب سنسور CMOS

• تصاوير ايجاد شده داراي نويز نسبتا زيادي هستند.
• اين سنسور ها داراي کيفيت عملکرد متوسطي هستند.
• در نور کم عملکرد ضعيفي دارند.

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

تفاوت سنسور  CMOS با  CCD

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

1. سنسور هاي CMOS داراي مصرف انرژي کمتري هستند که برابر با 5-12 ولت و 35-70 ميلي آمپر است. در حاليکه اين مقادير در CCD ها برابر با 12 ولت و 150-300 ميلي آمپر است. در نتيجه در CMOS اتلاف انرژي کمتري صورت مي گيرد.
2. سنسور هاي CMOS قيمت ارزان تري نسبت به CCD ها دارند. زيرا قابليت اين را دارند که بر روي هر نوع بدنه ي سيليکوني استانداردي ساخته شوند. قيمت پايين سنسور هاي  CMOS يک مزيت چشمگير براي افرادي است که به دنبال تجهيزات با کيفيت و در عين حال با قيمت پايين هستند.
3. سنسور هاي CMOS ساختار ساده اي دارند به طوري که تمامي عمليات روي صفحه سنسور انجام مي شود در نتيجه منجر به سرعت عملکرد بيشتري در آنها مي گردد.
4. در سنسور هاي CMOS هر پيکسل به طور جداگانه داراي يک ترانزيستور است که باعث توليد يک ولتاژ جداگانه از هر پيکسل مي شود. اين مسئله در عين حال که منجر به افزايش سرعت عملکرد در آنها مي گردد ولي باعث شده تا حساسيت کمتري نسبت به نور داشته باشند. به همين دليل عملکرد خوبي در نور کم و در شب ندارند.
5. سنسور هاي CCD تصاويري با کيفيت بالا و نويز کمتر ايجاد مي کنند. 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 پيکسل هاي بيشتري که در ساختار خود دارند تصوير با کيفيت تري ارائه مي دهند.

سنسور هاي CMOS و CCD هر کدام داراي معايب و مزاياي هستند. با اين حال تکنولوژي آنها به سرعت در حال پيشرفت است. از اين رو، بهترين استراتژي براي سازندگان، تداوم سنجش و بهبود عملکرد سنسورها در توليدات جديد است. تا در نهايت عملکرد اين سنسور ها به درجه اي از کيفيت برسد که ابهامي در انتخاب هر کدام از آنها براي کاربران از بين برود.