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.

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.

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.

اخیرا فن آوری های پیشرفته تری با نام های Interlaced و progressive به ساختار سنسور های CMOS و CCD اضافه شده که ویژگی های اساسی آنها را بهبود می بخشد.