Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του αισθητήρα CCD και του αισθητήρα CMOS νυχτερινής όρασης

Το CCD (Charge Coupled Device) και το CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) είναι δύο από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες αισθητήρων στον κόσμο της ψηφιακής φωτογραφίας και της λήψης βίντεο. Ως εκ τούτου, όταν χρησιμοποιούνται σε συσκευές νυχτερινής όρασης, τα μοναδικά χαρακτηριστικά τους καθώς και οι διαφορές τους γίνονται σημαντικά. Ως εκ τούτου, το άρθρο θα εμβαθύνει στην εφαρμογή του CCD και του CMOS στην τεχνολογία νυχτερινής όρασης μαζί με τις κύριες διαφορές του.

Τεχνικές αρχές

1. CCD (συσκευή συζευγμένης φόρτισης)

Το βασικό στοιχείο που εμπλέκεται σε ένα CCD είναι η τεχνολογία αποθήκευσης και μεταφοράς φορτίου. Τη νύχτα, ο αισθητήρας CCD μετατρέπει το φως σε ηλεκτρικά φορτία μέσω του φωτοευαίσθητου στοιχείου του, τα οποία στη συνέχεια μεταφέρονται χρησιμοποιώντας ειδικό μηχανισμό μεταφοράς φορτίου σε έναν καταχωρητή ανάγνωσης που βρίσκεται στην περιφέρεια. Με αυτή την τεχνική, το CCD μπορεί να διατηρήσει τη συνέπεια του σήματος καθ 'όλη τη διάρκεια της ανάγνωσης εικόνας.

2. CMOS (συμπληρωματικός ημιαγωγός μεταλλικού οξειδίου)

ΚΟΑΑισθητήρεςλειτουργούν σύμφωνα με εντελώς διαφορετική αρχή. Σε αυτή την περίπτωση, κάθε εικονοστοιχείο CMOS διαθέτει έναν ανεξάρτητο ενισχυτή σήματος που μεταφράζει οπτικά σήματα απευθείας σε ηλεκτρικά σήματα. Αυτός ο σχεδιασμός επιτρέπει μεγαλύτερη ευελιξία και ταχύτερη ανάγνωση δεδομένων pixel με αισθητήρες CMOS.

Χαρακτηριστικά απόδοσης

1. Ταχύτητα ανάγνωσης και κατανάλωση ενέργειας

Συνήθως, λόγω της μεθόδου ανάγνωσης προοδευτικής σάρωσης, οι αισθητήρες CMOS είναι ταχύτεροι από τους ομολόγους τους που κατασκευάζονται με βάση την έννοια CCD κατά την ανάγνωση εικόνων. Επιπλέον, κατά την ανάγνωση δεδομένων εικονοστοιχείων, απαιτούν μόνο ηλεκτρική ενέργεια, επομένως η κατανάλωση ισχύος τους είναι σχετικά χαμηλή σε σύγκριση με εκείνη που καταναλώνεται από άλλους τύπους αισθητήρων, όπως αυτοί που βασίζονται στην ιδέα του CCD που απαιτεί συνεχές ρεύμα για να διατηρήσει τις μεταφορές φορτίου που καταναλώνουν έτσι πολύ περισσότερη ενέργεια.

2. Ανάλυση και θόρυβος

Τα προβλήματα θορύβου καθώς και οι παραμορφώσεις σε υψηλές αναλύσεις τείνουν να προκαλούνται από ξεχωριστούς ενισχυτές προσαρτημένους σε κάθε εικονοστοιχείο, συνοδευόμενους από σχετικούς θορύβους που βρίσκονται σε έναν δεδομένο αισθητήρα CMOS, κυρίως κατά τη διάρκεια αυτών των περιόδων των σταδίων κατασκευής απεικόνισης υψηλής ανάλυσης από διεργασίες ημιαγωγών μέσα σε αυτόν. Ωστόσο, οι αισθητήρες CMOS υψηλής ηλικίας έχουν επιτρέψει στον εαυτό τους να επιτύχουν ανάλυση και ποιότητα εικόνας που είναι στο ίδιο επίπεδο με τα CCD. Αντίθετα, η μέθοδος μεταφοράς φορτίου έχει ως αποτέλεσμα τα CCD να έχουν υψηλότερη ανάλυση καθώς και λιγότερο θόρυβο σε σύγκριση με τα αντίστοιχα CMOS.

3. Δυναμικό εύρος και υπερχείλιση επισήμανσης

Οι αισθητήρες CMOS συνήθως τείνουν να υπερεκθέτουν τα φωτεινά σημεία ή να χάνουν λεπτομέρειες στις σκιές, καθιστώντας τους έτσι λιγότερο κατάλληλους για τη λήψη σκηνών υψηλής αντίθεσης. Από την άλλη, τα CCD προκάλεσαν ένα καθολικό κλείστρο που οδήγησε σε υψηλότερο δυναμικό εύρος και μέθοδο μεταφοράς φορτίου, επομένως καλύτερη προσαρμογή των μεταβαλλόμενων επιπέδων φωτεινότητας μέσα σε μια σκηνή.

Σενάρια εφαρμογής

1. Τεχνολογία νυχτερινής όρασης CCD

Η τεχνολογία νυχτερινής όρασης CCD χρησιμοποιείται κυρίως σε περιοχές που απαιτούν υψηλές αναλύσεις, χαμηλά επίπεδα θορύβου και ευρείες δυναμικές περιοχές όπως στρατιωτική επιτήρηση, επιτήρηση ασφαλείας. Επιπλέον, η σταθερή έξοδος σήματος με ανώτερη ποιότητα εικόνας το έχει κάνει να προτιμάται περισσότερο από πολλούς από αυτούς τους τομείς.

2. Τεχνολογία νυχτερινής όρασης CMOS

Από την άλλη, η τεχνολογία νυχτερινής όρασης CMOS απαιτείται συχνά όταν υπάρχει ανάγκη για γρήγορες ταχύτητες ανάγνωσης καθώς και ευελιξία χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, μεταξύ άλλων, όπως τηλέφωνα με κάμερα, για παράδειγμα αεροφωτογραφίες drones. Είναι η τέλεια επιλογή λόγω της ικανότητας γρήγορης ανάγνωσης και της φύσης χαμηλής κατανάλωσης που υπάρχει στον αισθητήρα CMOS.

Περίληψη

Το CCD και το CMOS είναι δύο από τις πιο δημοφιλείς τεχνολογίες αισθητήρων, με πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα κατά τη διάρκεια εφαρμογών νυχτερινής όρασης. Το CCD υπερέχει σε ορισμένες περιοχές λόγω της σταθερής εξόδου σήματος, της εξαιρετικής ποιότητας εικόνας και του ευρέος δυναμικού εύρους. ενώ το CMOS εφαρμόζεται σε περισσότερες περιοχές λόγω της απόδοσης υψηλής ταχύτητας, της μικρότερης κατανάλωσης ενέργειας και της προσαρμοστικότητας. Αυτές οι δύο τεχνολογίες θα εξακολουθήσουν να έχουν θέση στο μέλλον της νυχτερινής όρασης, καθώς οι τεχνολογικές εξελίξεις συνεχίζουν να εισρέουν.