چيپ تصوير CMOS در دوربين مداربسته

چیپ تصویر CMOS در دوربین مداربسته

چیپ تصویر CMOS در دوربین مداربسته یا به اصطلاح Complementrymetal-oxide semiconductor ابتدا در سال 1963 توسط شرکت Fairchild Semiconductor ابداع گردید. در حال حاضر، بکارگیری این سنسور ها در دوربین های مداربسته بسیار رواج یافته است.

نحوه عملکرد و ساختار سنسور های CMOS

به طور کلی، وظیفه سنسور تبدیل نور دریافتی از تصاویر به سیگنال الکتریکی است. چیپ های تصویر قسمتی از ساختار دوربین ها محسوب می گردند که نور دریافتی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند. سپس این سیگنال ها به صورت تصاویر ویدئویی ضبط می شوند. ساختار سنسور ها بسیار شبیه به سلول های خورشیدی است و از چندین میلیون پیکسل، فتوساید یا فتودیود تشکیل شده است. نور دریافت شده از قسمتی از تصویر، در این پیکسل ها ذخیره شده و سپس تبدیل به الکترون می شود. این الکترونهای آزاد شده سپس به ولتاژی معین تبدیل و پس از آن  توسط یک تقویت کننده تبدیل به سیگنال آنالوگ می شوند. سیگنال تولید شده توسط کانورتر  ADC تبدیل به سیگنال دیجیتال می گردد.

سنسور ها توانایی ثبت تصاویر را به صورت رنگی ثبت ندارند. به همین دلیل فیلتری در برابر سنسور تعبیه می شود که امکان ثبت تصاویر را به صورت رنگی فرآهم می کند. دو نوع فیلتر رنگ با نام های فیلتر RGB برای ثبت رنگ های قرمز، سبز و آبی و فیلتر CMYG برای رنگ های فیروزه ای، سرخابی، زرد و قرمز وجود دارد.

تصویر چگونه در چیپ تصویر ساخته می شود؟

زمانی که تصویر به وسیله دوربین ثبت می گردد، نور از لنز دوربین عبور کرده و به سنسور تصویر دوربین برخورد می کند. چیپ تصویر از المان های بسیار ریزی تشکیل شده که به آنها پیکسل می گویند. این المانهای بسیار ریز میزان نوری که بر روی آنها تابیده می شود را ثبت می کنند و آن را به تعداد مشخصی الکترون تبدیل می کنند. این الکترون ها سپس به ولتاژ تبدیل می شوند. در دوربین های آنالوگ این ولتاژ به وسیله یک تقویت کننده به صورت سیگنال استاندارد درآمده و به خروجی دوربین فرستاده می شود. در دوربین های دیجیتال یک مبدل A/D (آنالوگ به دیجیتال) وظیفه تبدیل سیگنال به اطلاعات دیجیتال را بر عهده می گیرد. در حال حاضر دو تکنولوژی برای ساخت چیپ های تصویر مورد استفاده قرار می گیرد. تکنولوژی CCD یا Charge-coupled Device و تکنولوژی CMOS یا Complementary Metal-oxide Semiconductor.

بیشتر بخوانید:

انواع دوربین مداربسته    سوییچ شبکه 

تولید رنگ ها در چیپ تصویر چطور صورت می گیرد؟

چیپ های تصویر میزان و شکل نور تابیده شده بدون هیچ گونه اطلاعات از زنگ ثبت می کنند. از آنجایی که چیپ های تصویر CCD و CMOS به خودی خود فاقد امکان تشخیص رنگ ها هستند از یک فیلتر رنگ جلوی چیپ تصویر استفاده می شوند. این فیلتر امکان تشخیص رنگ ها را برای چیپ تصویر فراهم خواهد کرد.

دو فیلتر بسیار رایج استفاده شده در سیستم های مداربسته فیلتر RGB (قرمز، سبز، آبی) و CMYG (فیروزه ای، سرخابی، زرد، قرمز) هستند که هر یک به روشی جداگانه ترکیبی مکمل از رنگ ها را ایجاد می کنند. هر یک از این روش ها نقاط قوت و ضعف خاص خود را دارند. به صورت کلی سیستم RGB بیشتر در چیپ های Progressive Scan و سیستم CMYG در چیپ های interlaced CCD مورد استفاده قرار می گیرند.

<iimage|288|50|center>لایه های چیپ تصویر دوربین مداربسته و عملکرد نور بر روی آنرا میتوانید در این تصویر بهتر ببینید.

چیپ های تصویر مگا پیکسل

(برای اطلاعات بیشتر در رابطه با دوربین های مگا پیکسل مقاله دوربین مداربسته HD را بخوانید.)

چیپ های تصویر مگا پیکسل امکان ایجاد تصاویری با روزولوشن های بالا را برای شما فراهم می کنند. این رزولوشن بالا امکان تشخیص جزئیات بیشتر در تصویر را برای شما فراهم می کند.

چیپ های مگا پیکسل به چند دلیل بیشتر به صورت CMOS طراحی می شود. تولید چیپ تصویر CCD در رزولوشن بالا بسیار پر هزینه خواهد بود. چیپ های تصویر CCD مصرف برقی حدود 100 برابر بیشتر از چیپ های CMOS دارند که گرمای تولید شده در چیپ را نیز افزایش می دهد و طراحی آن را با مشکلات بیشتری رو به رو می کند.

چیپ های مگا پیکسل معمولا اندازه ای برابر دیگر چیپ های تصویر دوربین مداربسته دارند با این تفاوت که تعداد دیودهای موجود بر روی چیپ به مراتب بیشتر است. از همین رو میزان نور دریافت شده توسط هر دیود به مراتب کمتر است و حساسیت کلی چیپ تصویر کمتر خواهد بود. البته تکنولوژی ساخت چیپ های تصویر به سرعت در حال پیشرفت است و این مشکل روز به روز در این چیپ ها کمتر خواهد شد.

</iimage|288|50|center>

مزایای استفاده از سنسور CMOS

استفاده از تکنولوژی سنسور های CMOS در دوربین های مدار بسته شامل مزایا و معایبی است که در ادامه به طور خلاصه به آن اشاره می کنیم:

• این سنسور ها تصاویری با کیفیت HD و دارای یکپارچگی مناسب ایجاد می کنند.
• کیفیت به نمایش گذاری رنگ ها در تصاویر توسط این سنسور ها خوب است.
• نرخ فریم و سرعت پردازش در آنها بالا است.
• مصرف انرژی کمی دارند.
• ارزان و مقرون به صرفه هستند.

معایب سنسور CMOS

• تصاویر ایجاد شده دارای نویز نسبتا زیادی هستند.
• این سنسور ها دارای کیفیت عملکرد متوسطی هستند.
• در نور کم عملکرد ضعیفی دارند.

برای مطالعه بیشتر: دستگاه دی وی آر    دوربین مدار بسته اچ دی   

تفاوت سنسور  CMOS با  CCD

در حال حاضر از دو تکنولوژی چیپ تصویر در دوربین های مدار بسته استفاده می گردد. چیپ تصویر  CCD با سابقه بیش از 30 سال که در بسیاری از دوربین های قدیمی وجود دارد. و سنسور CMOS که در سال های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته و تکنولوژی جدیدتری محسوب می گردد. در ادامه به برخی از تفاوت های این دو سنسور اشاره می کنیم:

1. سنسور های CMOS دارای مصرف انرژی کمتری هستند که برابر با 5-12 ولت و 35-70 میلی آمپر است. در حالیکه این مقادیر در CCD ها برابر با 12 ولت و 150-300 میلی آمپر است. در نتیجه در CMOS اتلاف انرژی کمتری صورت می گیرد.
2. سنسور های CMOS قیمت ارزان تری نسبت به CCD ها دارند. زیرا قابلیت این را دارند که بر روی هر نوع بدنه ی سیلیکونی استانداردی ساخته شوند. قیمت پایین سنسور های  CMOS یک مزیت چشمگیر برای افرادی است که به دنبال تجهیزات با کیفیت و در عین حال با قیمت پایین هستند.
3. سنسور های CMOS ساختار ساده ای دارند به طوری که تمامی عملیات روی صفحه سنسور انجام می شود در نتیجه منجر به سرعت عملکرد بیشتری در آنها می گردد.
4. در سنسور های CMOS هر پیکسل به طور جداگانه دارای یک ترانزیستور است که باعث تولید یک ولتاژ جداگانه از هر پیکسل می شود. این مسئله در عین حال که منجر به افزایش سرعت عملکرد در آنها می گردد ولی باعث شده تا حساسیت کمتری نسبت به نور داشته باشند. به همین دلیل عملکرد خوبی در نور کم و در شب ندارند.
5. سنسور های CCD تصاویری با کیفیت بالا و نویز کمتر ایجاد می کنند. اما سنسور های CMOS چند برابر بیشتر نویز تصویر نسبت به سنسورهای CCD دارند.
6. سنسور های CCD ماندگاری بیشتری داشته و به دلیل تعداد پیکسل های بیشتری که در ساختار خود دارند تصویر با کیفیت تری ارائه می دهند.

سنسور های CMOS و CCD هر کدام دارای معایب و مزایای هستند. با این حال تکنولوژی آنها به سرعت در حال پیشرفت است. از این رو، بهترین استراتژی برای سازندگان، تداوم سنجش و بهبود عملکرد سنسورها در تولیدات جدید است. تا در نهایت عملکرد این سنسور ها به درجه ای از کیفیت برسد که ابهامی در انتخاب هر کدام از آنها برای کاربران از بین برود.