CCD

CCD  - معتبر با کیفیت بالا :

سنسورهایی که بر اساس تکنولوژی ( CCD  (Charge-Coupled Device هستند ، در توسعه‌ی دید دیجیتالی دستگاه، پیشگام تر می‌باشند. بخش های نوری حساس ( photosites ) در هر پیکسل از CCD Chip ، فوتون‌های ورودی را به شارژ الکتریکی مبدل می گردانند. عموما سنسورهای CCD در مقایسه با تکنولوژی CMOS دارای بخش نوری حساس وسیع تری می باشند.

سادگی، یکی از نقاط قوت CCD ها می‌باشد:

بارالکتریکی گردآمده، به شکل منحنی به مبدل آنالوگ به دیجیتال انتقال داده می شود. رایج ترین سنسورهای CCD، یک ADC دارند که تاثیر ناچیزی بر روی نسبت سیگنال به نویز دارد. هنوز هم تکنولوژی CCD برای تصویربرداری با کیفیت بالا ارجحیت دارد.

 

هر آنچه که باید در مورد تکنیک CCD بدانید :

تاریخچه CCD :

کاربرد اصلی عنصرهای CCD ( مخفف Charge-Coupled Device )

تنها برای انتقال بار الکتریکی می‌باشد.

در اوایل سال 1970، ویژگی‌های فوتوالکتریک ماده‌ی نیمه رسانا کاربردی عملی یافتند و این امر امکان انتقال شارژ نوری درCCD  را فراهم آورد.

 CCD ارزش جایزه ی را نوبل دارد:

در سال 2009، اندیشمندان تکنولوژی CCD موفق به اخذ دریافت جایزه ی نوبل در فیزیک شدند. دو نفر از برندگان جوایز، Goerge E.Smith و

Willard S.Boyle بودند که از سال 1965، تحقیقات خود را در آزمایشگاه‌های بل بر روی تولید و انتقال بار الکتریکی متمرکز کردند. فعالیت‌های آن‌ها برای تکنولوژی ثبت اختراع شده است.

تولید انبوه توسط شرکت سونی در ژاپن :

تولید انبوه CCD-chip ها، با کاربرد اندکی که در ایالات متحده ی آمریکا دارد، دشوارتر از آنچه که پیش بینی شده بود می باشد. در شرکت سونی،

Kazuo lwama رهبری تیم مهندسان را بر عهده دارد و هدفشان تولید انبوه سنسورهای CCD به صورت تجاری می باشد. سونی راه را برای آیندگان هموار کرد. حتی اکنون هم سنسور CCD سنگ قبر وی را مزین نموده است.

آثار درونی CCD :

اصل منحنی شکل :

اغلب از جمع آوری منحنی شکل قطرات باران به عنوان تشبیه استفاده شده است تا شرح داده شود که چگونه CCD، الکترون‌ها را جمع آوری کرده و انتقال می‌دهد. فوتون‌ها باعث می‌شوند که الکترون ها از عنصر نیمه رسانا جدا شوند و به عنوان بار منفی درون محفظه ای به نام   potential well

ذخیره شوند. الکترون های منفی با اتصال ولتاژمثبت به ورودی، در potential well محبوس می‌شوند. با تغیر ولتاژ در سرتا سر well، بارالکتریکی از یک well به دیگری منتقل می‌شود که بسیار شبیه حرکت آب به شکل منحنی می باشد.

بازخوانی سنسور CCD :

در انتهای زمان ارائه، بار الکتریکی از بخش حساس نوری به

Shift registerعمودی منتقل می‌شود.آنها بار الکتریکی را در حالتی منحنی شکل، به سمت پایین منتقل میکنند و به صورت ستون مانند تشکیل میشوند.  بار الکتریکی به صورت خط به خط به shift register افقی سنسور  CCD منتقل می‌شود، به طوریکه در این حالت سرعت بالاتری دارد. در پایان،

 shift register افقی، تقویت کننده و مبدل آنالوگ به دیجیتال، جایگذاری می‌شوند.

میزان سرعت اطلاعات CCD :

باتوجه به طرح اصلی سنسورهای CCD، سرعت بازخوانی آنها در مقایسه با سنسورهای CMOS پایین تر است. با استفاده از ساختار بازخوانی اضافه که عموما به tapها اشاره دارد، سرعت بازخوانی میتواند دو برابر ( سنسورهای تپ دوگانه )، چهار برابر ( سنسورهای تپ چهارگانه )، و یا حتی با تپ های اضافه پرسرعت تر شود. ( برای روش های دیگر افزایش سرعت CCD به بخش " PIV mode " رجوع شود. در مورد چگونگی به کارگیری طرح های زمانی پیشرفته ی CCD از ما کمک بگیرید.

اثرات محدودکننده‌ی عملکرد :

معمولا تقویت‌کننده‌ها و مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال ( ADC )، بیشترین تاثیر را برروی عملکرد دارند و عملیاتشان طولی نمی‌باشد. اکثر سنسورهای CCD ، تنها یک مجموعه از این عنصرها را دارا می باشند، از این رو تاثیر اندکی بر روی تصویر دارند. متعاقبا سنسورهایی با ساختارهای بازخوانی چندگانه

( taps) دارای چندین تقویت‌کننده و مبدل آنالوگ به دیجیتال می باشند. پردازش سیگنال اضافی با توجه به طولی نبودن عملیات، نیاز به تنظیم سطوح خارجی دارد. (tap متوازن ).

Blooming :

Blooming  میتواند با bucket overflowing مقایسه شود. هنگامی که

Photosite تعداد زیادی الکترون انباشه می‌کند، بار الکتریکی به پیکسل‌های مجاور منتقل می‌شود. blooming بر روی تصویر گرفته شده خودش را به صورت یک لکه سیکولار بزرگ نشان می‌دهد که می‌توان به گل شکفته شده‌ای تشبیهش کرد که در مرکز منطقه‌ای اشباع شده قرار دارد. می‌توان با

Anti-blooming drain بر آن غلبه کرد و حداکثر بارالکتریکی در یک پیکسل را محدود نمود.  

Smearing :

با کمک نورزیاد می‌توان خط‌های عمودی تصویر را مشاهده نمود. این‌ها

Smearing  نامیده می‌شوند. Smearing مستقیما بر روی shift register های عمودی ایجاد می‌شود. پس از بازخوانی تصویر، shift register هایی که در آن اطلاعات CCD pixel به تقویت‌کننده منتقل می‌شود، ممکن است نسبت به نور حساسیت داشته باشند. دوربین‌های عکاسی، با استفاده از شاتر مکانیکی از این اتفاق جلوگیری می‌کنند و به هنگام بازخوانی از chip محافظت می‌نمایند. دوربین‌های machine vision  تلاش می‌کنند که با طرح chip  از این امر جلوگیری به عمل آورند.

 

                                                                   

دیدگاه خود را بنویسید

دیدگاه پس از تائید مدیریت منتشر می شود.