ما الفرق بين مستشعر CCD ومستشعر CMOS لرؤية الليل؟

CCD (جهاز الكوبuling الشحنة) وCMOS (شبه الموصل المعدني الأكسيد التكميلي) هما من أكثر تقنيات المستشعرات استخدامًا في عالم التصوير الرقمي وتصوير الفيديو. لذلك، عند استخدامها في أجهزة الرؤية الليلية، تصبح الخصائص الفريدة والاختلافات بينهما مهمة. سيناقش المقال تطبيق كل من CCD وCMOS في تقنية الرؤية الليلية بالإضافة إلى الاختلافات الرئيسية بينهما.

المبادئ الفنية

1. CCD (جهاز الكوبuling الشحنة)

العنصر الأساسي في CCD هو تقنية تخزين ونقل الشحنة. خلال الليل، يقوم مستشعر CCD بتحويل الضوء إلى شحنات كهربائية باستخدام العنصر الحساس للضوء، ثم يتم نقل هذه الشحنات باستخدام آلية نقل محددة إلى سجل قراءة موجود على الهامش. باستخدام هذه التقنية، يمكن لـ CCD الحفاظ على اتساق الإشارة أثناء قراءة الصورة.

2. CMOS (شبه الموصل المعدني الأكسيد التكميلي)

سيموس المستشعرات تعمل وفق مبدأ مختلف تمامًا. في هذه الحالة، يحتوي كل بيكسل CMOS على مضخم إشارة مستقل يقوم بتحويل الإشارات الضوئية مباشرة إلى إشارات كهربائية. هذا التصميم يسمح بمزيد من المرونة وقراءة أسرع لبيانات البيكسل باستخدام مستشعرات CMOS.

خصائص الأداء

1. سرعة القراءة واستهلاك الطاقة

عادةً، بسبب طريقة قراءة المسح التدريجي، تكون مستشعرات CMOS أسرع من نظيراتها التي تُبنى بناءً على مفهوم CCD أثناء قراءة الصور. بالإضافة إلى ذلك، عند قراءة بيانات البيكسل، فإنها تحتاج فقط إلى طاقة كهربائية، وبالتالي يكون استهلاك الطاقة لديها منخفض نسبيًا مقارنة بما تستهلكه أنواع أخرى من المستشعرات مثل تلك المستندة إلى مفهوم CCD والتي تتطلب تيارًا مستمرًا للحفاظ على نقل الشحنات، مما يجعلها تستهلك طاقة أكبر بكثير.

2. الدقة والضوضاء

تُعزى مشاكل الضوضاء وكذلك التشوهات عند الدقة العالية إلى المضخمات المنفصلة المرتبطة بكل بيكسل مصحوبة بالضوضاء المرتبطة الموجودة في مستشعر CMOS معين، خاصة أثناء مراحل تصنيع تصوير الدقة العالية باستخدام العمليات شبه الموصلة داخله. ومع ذلك، تمكنت المستشعرات الحديثة من نوع CMOS من تحقيق دقة وجودة صورة توازي تلك الخاصة بمستشعرات CCD. من ناحية أخرى، يؤدي أسلوب نقل الشحنة إلى أن تكون مستشعرات CCD ذات دقة أعلى وأقل ضوضاء مقارنة بنظيراتها من مستشعرات CMOS.

3. النطاق الديناميكي وفائض الإضاءة

عادة ما تميل مستشعرات CMOS إلى إفراط تعريض الإضاءة أو فقدان التفاصيل في الظلال، مما يجعلها أقل ملاءمة لالتقاط المشاهد ذات التباين العالي. من ناحية أخرى، تؤدي مستشعرات CCD إلى غلق عالمي يؤدي إلى نطاق ديناميكي أكبر وأسلوب نقل الشحنة، وبالتالي التكيف الأفضل مع مستويات السطوع المتغيرة داخل المشهد.

سيناريوهات التطبيق

1. تقنية رؤية الليل CCD

تكنولوجيا الرؤية الليلية CCD تُستخدم في الغالب في المناطق التي تتطلب دقة عالية، مستويات ضوضاء منخفضة ونطاق ديناميكي واسع مثل المراقبة العسكرية، ومراقبة الأمن. بالإضافة إلى ذلك، فإن الإخراج المستقر للإشارة مع جودة صورة ممتازة جعلها الأكثر تفضيلاً لدى العديد من هذه القطاعات.

تكنولوجيا الرؤية الليلية CMOS

من ناحية أخرى، يتم استخدام تكنولوجيا الرؤية الليلية CMOS عادةً حيث يكون هناك حاجة لسرعات قراءة سريعة وكذلك مرونة استهلاك الطاقة المنخفضة، مثل هواتف الكاميرا على سبيل المثال طائرات الدرون التصوير الجوي. إنها الخيار المثالي بسبب قدرتها على القراءة السريعة وطبيعتها ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة الموجودة في مستشعر CMOS.

ملخص

ال CCD و CMOS هما من أكثر تقنيات المستشعرات شيوعًا، ولكل منهما مزايا وعيوب أثناء تطبيقات الرؤية الليلية. يتفوق CCD في بعض المجالات بسبب إخراجه الثابت للإشارة وجودة الصورة الممتازة ونطاق ديناميكي واسع؛ بينما يتم استخدام CMOS في مجالات أوسع بسبب أدائه العالي، استهلاكه الأقل للطاقة ومرونته. ستظل كلتا التقنيتين لهما مكان في مستقبل الرؤية الليلية مع استمرار التقدم التكنولوجي.