لواشک

چيپ تصوير CCD دوربين مداربسته

چيپ هاي تصوير CCD دسته اي چيپ هاي تصوير در دوربين هاي مداربسته هستند که به واسطه حساسيت بالا نسبت به نور و رنگ ها مورد توجه قرار مي گيرند. CCD مخفف Charged Coupled Device نوعي سنسور تصوير است و يکي از اجزاي کليدي در اغلب دوربين هاي مداربسته محسوب مي گردد. بعضي از دوربين ها نيز از سنسور ديگري با نام سنسور CMOS استفاده مي کنند که در مقالات قبلي توضيح داديم. در اين مقاله قصد داريم نگاهي دقيق تر به ساختار سنسور CCD پرداخته و تفاوت هاي آن را با CMOS بازگو کنيم.

در ابتدا به مرور تعريف اساسي سنسور تصوير مي پردازيم. حسگر تصوير بخشي از اجزاي ساختاري دوربين مداربسته است که نور تابيده به لنز را دريافت کرده و آن را به سيگنال هاي الکتريکي تبديل مي کند که در نهايت تصوير نهايي را که مي بينيد تشکيل مي دهد. عملکرد اين سنسور ها بسيار شبيه به سلول هاي خورشيدي در تبديل نور به انرژي الکتريکي است. همچنين شکل ساختاري آنها نيز مانند يک سلول خورشيدي است. سنسور هاي CCD و CMOS معمولا بر روي تراشه هاي مداري يکپارچه اي تعبيه شده و داراي سايزهاي مختلفي هستند.

CCD ها را مي توان به عنوان لايه هاي فوتواکتيوي در نظر گرفت که داراي يک سري حفره بر روي خود هستند. زماني که نور به اين لايه ها برخورد مي کند بسته هاي الکتروني داخل اين گودال ها جمع شده و سپس به صورت سيگنال منتقل مي گردند.  در واقع تفاوت اساسي سنسور هاي CCD و CMOS در نحوه انتقال اين الکترون هاست. در سنسور CCD اساسا بارهاي الکتريکي به يک نقطه بر روي تراشه منتقل شده و سپس توسط يکي کانورتر ADC آنالوگ-به-ديجيتال محتويات هر پيکسل به يک سيگنال ديجيتال تبديل مي گردد. از سوي ديگر، CMOS ها براي انتقال بارها از ترانزيستورهاي موجود در هر پيکسل استفاده مي کنند.

از جمله تفاوت هاي کلي اين دو سنسور مي توان به موارد زير اشاره نمود:

• CCD ها تصوير با کيفيت تري ارائه مي دهند.
• CMOS ها داراي حساسيت کمتري نسبت به نور هستند.
• CCD ها به اندازه 100 برابر بيشتر از CMOS ها انرژي برق مصرف مي کنند.
• CCD ها معمولا تعداد پيکسل هاي بيشتري دارند.
• CCD ها معمولا گران قيمت تر ازها CMOS هستند.

اگر چه سنسور CCD گران تر از CMOS است، اما حساسيت بالاي آنها نسبت به نور آنها را تبديل به گزينه بهتري براي استفاده در دوربين هاي مداربسته از اين نظر مي کند. اين سنسورها تقريبا 70 درصد از نوري را که به آنها برخورد مي کند را جذب مي کنند. علاوه بر اين، اغلب CCD هاي توليد شده ذاتا به اشعه مادون قرمز نيز حساس هستند لذا براي تصويربرداري در شب نيز مناسب هستند. بسياري از دوربين هاي مداربسته که مجهز به چيپ تصوير CMOS هستند اغلب ارزان تر از دوربين هاي CCD بوده و در شرايط کم نور عملکرد خوبي ندارند و تصاوير با کيفيتي نيز توليد نمي کنند. بزرگترين اشکال سنسور CCD در مقايسه با CMOS در دوربين هاي مداربسته مصرف برق آنها است. با اين حال، دوربين هاي مداربسته به طور معمول داراي منبع تغذيه يا آداپتور دوربين مداربسته منبع تغذيه اي جداگانه براي خود هستند. يکي از مزاياي سنسور CMOS نسبت به CCD مي تواند در دوربين هاي مستقل از برق و باتري خور باشد چون CMOS ها به انرژي الکتريکي کمتري نيازمندند.

به طور کلي مزايا و معايب سنسور CCD در موارد زير خلاصه مي گردد:

مزايا:

• عملکرد خوب در شرايط نور کم
• حساسيت بالا نسبت به نور
• حساسيت کم نسبت به لرزش ها
• ارائه تصوير با نويز کمتر
• ارائه تصوير با کيفيت بالا

معايب:

• مصرف بالاي برق
• گران قيمت بودن

امروز با توجه به پيشرفت چيپ هاي CMOS استفاده از CCD ها در دوربين هاي مداربسته بسيار محدود شده است. در ادامه براي اطلاعات بيشتر براي انتخاب ميان اين دو سنسور مي توانيد به مطلب زير مراجعه کنيد:

مقايسه سنسور CMOS و CCD در دوربين مداربسته

1. تفاوت ساختاري و پردازشي در سنسور CMOS و CCD

در سنسور هاي CCD تبديل سيگنال هاي آنالوگ به ديجيتال، خارج از سنسور ها انجام مي شود، که باعث مي شود تا دوربين هاي مدار بسته به زمان بيشتري براي تشکيل تصوير نياز داشته باشند. اما در سنسورهاي CMOS تمامي پروسه پردازش بر روي يک تراشه الکترونيکي انجام مي گردد. CMOS ها اغلب نيازمند پهناي باند کمتري هستند. از طرف ديگر سنسور هاي تصوير CCD براي تقويت و تبديل سيگنال هاي آنالوگ به ديجيتال نيازمند مدارات و پردازنده هاي داخلي و خارجي هستند. و تمام اينها دلايلي است که باعث مي گردد تا يک سنسور CCD اغلب با داغ شدن بيش از حد حين کار مواجه گردد.

2. تفاوت در کيفيت تصوير CMOS و CCD

دوربين هاي مدار بسته مجهز به سنسور CCD به طور معمول تصاوير با کيفيت تري ارائه مي کنند. با اين حال با پيشرفت تکنولوژي امروزه سنسور هاي CMOS نيز از لحاظ کيفيت تصوير قادر به رقابت با سنسورهاي CCD بوده و از اين نظر تقريبا با يکديگر برابري مي کنند.

3. تصويربرداري در نور کم

در سنسور هاي تصوير CCD سلول هاي شارژ شده با بار الکتريکي در داخل تراشه قرار دارند و اين امر از تار شدن تصاوير جلوگيري مي کند. بنابراين سنسورهاي تصوير CCD در دوربين هاي مداربسته نسبت به نور حساسيت طيفي بالاتري داشته و نويز کمتري ايجاد مي کنند.

• واحد QE يا (Quantum Efficiency= کارايي کوانتومي) براي سنجش کيفيت تبديل فوتون هاي نور به سيگنال هاي الکتريکي توسط دو سنسور CMOS و CCD استفاده مي گردد. هرچه تعداد الکترون هاي موجود در يک پيکسل يا براي تشکيل يک پيکسل بيشتر باشد آن سنسور کارايي و حساسيت بالاتري نيز خواهد داشت.
• واحد RN نيز براي سنجش ميزان نويز موجود در تصاوير است. هرچه RN بالاتر باشد حساسيت سنسور بالاتر مي باشد.

دوربين هاي مداربسته مجهز به سنسور CCD داراي عملکرد بهتري در نور کم يا شب بودند، به ويژه در مناطقي با دماي بالاتر. اما امروزه دوربين هاي مداربسته مجهز به سنسور CMOS حتي مي توانند از اين نظر از سنسورهاي CCD پيشي بگيرند.

قيمت دوربين هايک ويژن

دستگاه ان وي ار

چيپ تصوير دوربين مداربسته چيست

سنسور تصوير چيپ دوربين مداربسته يکي از اصلي ترين بخش هاي وابسته به کيفيت تصوير دوربين مداربسته محسوب مي‌شود. چيپ تصوير دوربين مداربسته مداري الکترونيکي است که امکان تبديل تصاوير به اطلاعات ديجيتال را براي دوربين فراهم مي کند و مانند يک جدول با تعدادي مشخص پيکسل در طول و عرض چيده شده است. اين تعداد معمولا ميزان تفکيک پذيري چيپ تصوير را نشان مي دهد. براي مثال يک چيپ تصوير يک مگاپيکسلي دوربين مداربسته 1 ميليون پيکسل دارد که به صورت يک مستطيل 720 در عرض و 1024 در طول ساخته شده است.

تصوير چگونه در چيپ تصوير ساخته مي شود؟

زماني که تصوير به وسيله دوربين ثبت مي‌گردد، نور از لنز دوربين عبور کرده و به سنسور تصوير دوربين برخورد مي کند. چيپ تصوير دوربين مداربسته از اِلمان هاي بسيار ريزي تشکيل شده که به آنها پيکسل مي‌گويند. اين اِلمان هاي بسيار ريز ميزان نوري که بر روي آنها تابيده مي‌شود را ثبت مي‌کنند 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 مي‌شود. در دوربين هاي ديجيتال يک مبدل A/D (آنالوگ به ديجيتال) وظيفه تبديل سيگنال به اطلاعات ديجيتال را بر عهده مي‌گيرد. در حال حاضر دو تکنولوژي براي ساخت چيپ‌هاي تصوير مورد استفاده قرار مي‌گيرد. تکنولوژي CCD و تکنولوژي CMOS که در زير به طور مفصل به آن ها مي‌پردازيم، پس همراه ما باشيد.

• حسگر تصوير CMOS (Complementary Metal-oxide Semiconductor)

اصطلاح Complementary metal oxide semiconductor) CMOS) در واقع به چيپ يا حسگر تصوير دوربين اشاره مي کند. حسگرهاي CMOS را گاهي با نام DIS نيز ميشناسند. اين حسگرها در مقابل حسگرهاي CCD در دوربين هاي مداربسته قرار مي گيرند. آنها در مقايسه با حسگرهاي CCD ساده تر، ارزان تر و کم مصرف تر هستند اما حساسيت کمتري به نور دارند و تصويري ضعيف تر در نور کم ايجاد مي کنند. چيپ هاي تصوير CMOS توليدکنندگان متعددي در جهان دارند و تکنولوژي توليد آنها انحصار خاصي ندارد.

• حسگر تصوير CCD (Charge coupled Device)

اصطلاح Charged Coupled Device) CCD) در واقع به چيپ يا حسگر تصوير دوربين مداربسته اشاره مي کند. حسگرهاي CCD در اندازه هاي مختلفي ساخته مي‌شوند که معمولا با اينچ نمايش داده مي شود.

طبقه بندي انواع CCD

تفکيک پذيري: تفکيک پذيري يا رزولوشن يکي از اصلي ترين خصوصيات يک CCD است. اين تفکيک پذيري در دوربين هاي آنالوگ با تيوي لاين نشان داده مي شود. براي مطمئن شدن از تيوي لاين يک CCD ميتوان از روي کاتالوگ ICهاي روي چيپ تفکيک پذيري قابل پشتيباني آنها را پيدا کرد.

اندازه: اندازه CCD دومين خصوصيت با اهميت آن است. در دوربين هاي مداربسته رايج ترين اندازه CCD “1/3 (يک سوم اينچ) است. بايد بدانيد که CCDها در اندازه هاي ديگر نيز مانند ½” ¼” و … توليد مي شوند. در زمان انتخاب لنز دوربين حتما به اندازه CCD آنها توجه داشته باشيد.

توليد کننده: بزرگترين توليد کننده CCD هاي دوربين هاي موجود در ايران شرکت Sony و Sharp است. گذشته از اين دو شرکت برخي شرکت هاي بزرگ توليد کننده دوربين مداربسته خود اقدام به طراحي وتوليد CCD ها خود مي کنند.

سري و نوع: هر شرکت توليد کننده CCD، CCDهاي خود را در چند طبقه قرار مي دهد. براي مثال سوني CCDهاي خود را در سري مختلف مانند Super HAD، Effio و … طبقه بندي مي کند. هر يک از اين سري ها داراي خصوصيات خاصي نسبت به ديگري هستند.

چگونگي توليد رنگ ها در چيپ تصوير دوربين مداربسته

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 رنگ‌ها هستند از يک فيلتر رنگ جلوي چيپ تصوير استفاده مي‌شوند. اين فيلتر امکان تشخيص رنگ‌ها 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 روش‌ها 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.

چيپ هاي تصوير مگا پيکسل چطور صورت مي‌گيرد؟

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 مي‌شود. توليد چيپ تصوير CCD در رزولوشن بالا بسيار پرهزينه خواهد بود. چيپ هاي تصوير CCD مصرف برقي حدود ??? برابر بيشتر از چيپ هاي CMOS دارند که گرماي توليد شده در چيپ را نيز افزايش مي‌دهد و طراحي آن را با مشکلات بيشتري رو به رو مي کند.
چيپ هاي مگا پيکسل معمولا اندازه‌اي 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.

شرکت فرتاک گلوبال ويژن نماينده رسمي محصولات AVTECH تايوان در ايران، افتخار دارد تا طيف وسيعي از محصولات نظارت تصويري را بر اساس نياز مشتريان و براي نصب در پروژه هاي مختلف در سبد کالاي خود عرضه نمايد.

بيشتر بخوانيد:

جي پي اس خودرو

 ردياب خودرو