مقایسه فنی و تخصصی بین سنسور های CCD و CMOS در دوربین های مدار بسته

سنسور CCD و CMOS، سنسورهایی در دوربین های مدار بسته هستند که نور محیط را به امواج الکتریکی تبدیل می‌کنند.

هر کدام از این سنسورها وظیفه خود (تبدیل نور به موج الکتریکی) را به گونه متفاوتی انجام داده و با توجه به ویژگی‌های خاصی که دارند، هرکدام برای شرایط محیطی خاصی مناسب هستند.

سنسور CCD

CCD قلب دوربین های مداربسته است. Charged Coupled Device یا CCD یک تکنولو‍ژی آنالوگ است که حتی در محیطی کم‌نور، تصاویری بسیار شفاف و با رزولوشن بالا ارائه می‌دهد.

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 امواج الکتریکی تبدیل می‌نمایند.

در سال 1969، Willard Boyle و George Smith از CCD برای نگهداری اطلاعات استفاده کردند. اولین CCD مربوط به تصویربرداری به فرمت 100 * 100 پیکسل، در سال 1974 توسط شرکت Faichild Electronics تولید گردید. در سال‌ بعد این وسیله در دوربین های مدار بسته و بعدها در تلسکوپ‌ها و وسایل تصویربرداری پزشکی مورد استفاده قرار گرفت.

طرز کار سنسور CCD در دوربین های مدار بسته

وقتی اجزای نور که فتون نام دارند وارد بدنه سیلیکون فتوسایت می‌شود، انرژی کافی برای آزادسازی الکترون‌هایی که با بار منفی شارژ شده‌اند ایجاد می‌‌گردد. هرچه نور بیشتری وارد فتوسایت شود، الکترون‌های بیشتری آزاد می‌شوند.

هر فتوسایت دارای یک اتصال الکتریکی می‌باشد که وقتی ولتاژی به آن اعمال می‌شود، سیلیکون زیر آن پذیرای الکترون‌های آزاد شده می‌شود و مانند یک خازن برای آن عمل می‌کند. بنابراین هر فتوسایت دارای یک شارژ ویژه خود می‌باشد که هر چه بیشتر باشد، پیکسل روشن‌تری را ایجاد می‌کند.

مرحله بعدی در این فرآیند بازخوانی و ثبت اطلاعات موجود در این نقاط است. وقتی که شارژ به این نقاط وارد و خارج می‌شود، اطلاعات درون آن‌ها حذف می‌شود و از آنجایی که شارژ هر ردیف با ردیف دیگر کوپل می‌شود، مثل این است که اطلاعات هر ردیف پشت ردیف قبلی چیده شود.

سپس سیگنال‌ها در حد امکان بدون نویز وارد تقویت‌کننده شده و سپس وارد ADC می‌شوند. فتوسایت‌های روی یک CCD فقط به نور حساسیت نشان می‌دهند، نه به رنگ. رنگ با استفاده از فیلترهای قرمز، سبز و آبی که روی هر پیکسل گذاشته شده است شناسایی می‌شود.

برای اینکه CCD از چشم انسان تقلید کند، نسبت فیلترهای سبز 2 برابر فیلترهای قرمز و آبی است. به این دلیل که چشم انسان به رنگ‌های زرد و سبز حساس‌تر است.

از آنجایی که هر پیکسل تنها یک رنگ را شناسایی می‌کند، رنگ واقعی (True Color) با استفاده از متوسط‌گیری شدت نور اطراف پیکسل که به میان‌یابی رنگ مشهور است، ایجاد می‌شود.

ابداع جالب شرکت Fuji Film در سنسورهای CCD

شرکت فوجی فیلم در طراحی CCD دست به ابداع جالبی زده است. این شرکت به جای استفاده از آرایش مربعی برای فتوسایت‌ها، از فتوسایت‌های کاملا متفاوت هشت ضلعی بزرگتری که در ردیف‌هایی با زاویه 45 درجه مرتب شده‌اند استفاده کرده است.

با این کار مشکل نویزهای سیگنال که برای فشردگی فتوسایت‌ها بر روی CCD محدودیت ایجاد می‌کرد حل شده است. از این طریق رنگ‌هایی واقعی‌تر و محدوده دینامیکی وسیع‌تر و حساس‌تر به نور به دست می‌آید که نتیجه آن عکس‌های دیجیتالی واضح‌تر با رنگ‌های جذاب‌تر می‌باشد.

سنسور CMOS

Complementary Metal Oxide Semiconductor یا CMOS در سال 1998 ابداع گردید.

تکنولوژی مورد استفاده در ساخت CMOS همان تکنولوژی است که در سراسر جهان برای ساخت میلیون‌ها ریزپردازنده و حافظه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مقایسه کیفیت تصویر دو سنسور CCD و  CMOS

 تصویر سنسور CCD ‌در روز

تصویر سنسور CMOS در روز