تفاوت بین حسگر CCD و حسگر CMOS در بینایی شبانه چیست؟

CCD (دستگاه مرتبط بار) و CMOS (ماسه‌ای مکمل اکسید فلز) دوی از پرکاربردترین فناوری‌های حسگر در دنیای عکاسی دیجیتال و ضبط ویدئو هستند. بنابراین، هنگامی که در دستگاه‌های بینایی شبانه استفاده می‌شوند، ویژگی‌های منحصر به فرد و تفاوت‌های آن‌ها مهم می‌شود. این مقاله به بررسی کاربرد CCD و CMOS در فناوری بینایی شبانه و تفاوت‌های اصلی آن‌ها می‌پردازد.

اصول فنی

1. CCD (دستگاه مرتبط بار)

عنصر اصلی درگیر در CCD، فناوری ذخیره و انتقال بار است. در شب، حسگر CCD نور را به بارهای الکتریکی تبدیل می‌کند از طریق عنصر حساس به نور خود، که سپس با استفاده از مکانیسم ویژه حمل بار به ثبت خواندنی قرار گرفته که در محیط قرار دارد. با این تکنیک، CCD می‌تواند هماهنگی سیگنال را طی خواندن تصویر حفظ کند.

2. CMOS (ماسه‌ای مکمل اکسید فلز)

CMOS حسگرها کار می‌کنند بر اساس اصل کاملاً متفاوتی. در این صورت، هر پیکسل CMOS دارای تقویت‌کننده سیگنال مستقلی است که سیگنال‌های نوری را مستقیماً به سیگنال‌های الکتریکی ترجمه می‌کند. این طراحی به اجازه انعطاف‌پذیری بیشتر و خواندن سریع‌تر داده‌های پیکسل با حسگرهای CMOS می‌پردازد.

ویژگی‌های عملکردی

1. سرعت خواندن و مصرف انرژی

معمولاً، به دلیل روش خواندن پیش‌روی اسکن، سنسورهای CMOS سریع‌تر از همسوی خود که بر اساس مفهوم CCD ساخته شده‌اند، هستند زمانی که تصاویر را خوانده می‌شوند. علاوه بر این، هنگام خواندن داده‌های پیکسل، فقط نیاز به انرژی الکتریکی دارند، بنابراین مصرف برق آنها نسبت به سنسورهای دیگر مثل آنهایی که بر اساس مفهوم CCD هستند و نیاز به جریان پیوسته برای حفظ انتقال بار دارند، کمتر است و در نتیجه بسیار کم‌مصرف‌تر هستند.

۲. قدرت تفکیک و نویز

مشکلات نویز و همچنین تحریف‌ها در رزولوشن‌های بالا معمولاً توسط پردازگرهای جداگانه‌ای که به هر پیکسل متصل شده‌اند و با نویزهای مرتبط با یک حسگر CMOS در طی فرآیندهای ساخت تصاویر با رزولوشن بالا توسط فرآیندهای نیمه‌رسانا ایجاد می‌شوند. با این حال، حسگرهای CMOS مدرن در دوران امروزه خود را قادر ساخته‌اند تا رزولوشن و کیفیت تصویری را که با CCDها برابر است، دستیابی کنند. به طور مخالف، روش انتقال بار منجر به این می‌شود که CCDها رزولوشن بالاتر و نویز کمتری نسبت به حسگرهای CMOS داشته باشند.

3. دامنه دینامیک و فیلپردن جزئیات روشن

حسگرهای CMOS معمولاً عادت دارند که قسمت‌های روشن را بیش از حد نمایش دهند یا جزئیات در سایه‌ها را از دست بدهند، بنابراین مناسب‌تر برای ضبط صحنه‌های با تضاد بالا نیستند. از طرف دیگر، CCDها باعث شاتر جهانی می‌شوند که منجر به دامنه دینامیک بالاتر و روش انتقال بار می‌شود، بنابراین بهبود پذیرفتنی‌تر از سطوح روشنایی مختلف در یک صحنه می‌شوند.

سناریوهای کاربردی

1. فناوری بینایی شب CCD

فناوری بینایی شبی CCD اغلب در مناطقی مورد استفاده قرار می‌گیرد که نیاز به تفکیک‌پذیری بالا، سطح نویز پایین و دامنه دینامیک گسترده دارند، مانند نظارت نظامی و نظارت امنیتی. علاوه بر این، خروجی سیگنال پایدار با کیفیت تصویر برتر آن را به انتخاب بسیاری از این بخش‌ها تبدیل کرده است.

2. فناوری بینایی شبی CMOS

در مقابل، فناوری بینایی شبی CMOS اغلب در جاهایی مورد نیاز است که نیاز به سرعت خواندن سریع و انعطاف‌پذیری مصرف انرژی پایین دارند، مانند تلفن‌های همراه با دوربین و برای مثال عکاسی هوایی با درون‌فرهای.. این گزینه مناسب به دلیل توانایی خواندن سریع و طبیعت کم‌توان حسگر CMOS است.

خلاصه

CCD و CMOS دو تکنولوژی حسگر پرطرفدار هستند که در کاربردهای بینایی شب مزایا و معایبی دارند. CCD در برخی زمینه‌ها به دلیل خروجی سیگنال ثابت، کیفیت تصویر استثنایی و دامنه دینامیک گسترده عملکرد برجسته‌ای دارد؛ در حالی که CMOS به دلیل عملکرد سریع، مصرف انرژی کمتر و قابلیت انطباق، در بیشتر مناطق کاربرد دارد. این دو تکنولوژی هنوز در آینده بینایی شب، با توجه به پیشرفت‌های فناوری، جایگاه خود را حفظ خواهند کرد.