آموزش تصویربرداری(۲): آشنایی با سنسورهای CCD و CMOS

همانطور که در درس قبل گفته شد سیستم‌های تصویربرداریِ دیجیتال از دو نوع سنسورِ CCD و CMOS استفاده می کنند. روش کارِ این سنسورها به صورت آنالوگ بوده و اطلاعات دریافتی از طریق پردازنده‌هایی به سیستم دیجیتال تبدیل می شوند. CCD مخفف Charge_Coupled device (به معنای دستگاه بارجفت‌شده) و CMOS مخفف Complementary metal Oxide Semiconductor (به معنای نیم‌رسانای اکسید فلزی مکمل) است.

سطح این سنسور های آنالوگ به مربع یا مستطیل های بسیار ریزی تقسیم می شوند. به هر یک از این تقسیمات Pixel گفته می شود. هر پیکسل را می توان یک نورسنج ضعیف به حساب آورد که شدت نور یک نقطه از تصویر را اندازه‌گیری می کند؛ بدین صورت وقتی نور به پیکسل برخورد می کند، این پیکسل واکنش نشان داده و شارژ الکتریکی را ذخیره می کند، هر چه شدت این نور بیشتر باشد مقدار شارژ نیز بیشتر می شود.

دو روش برای خوانش اطلاعات از روی سنسور وجود دارد:

۱- روش Interline Transfer که در این روش مانند دوربین های آنالوگ خطوط به صورت «یک خط درمیان» خوانده می شوند. ابتدا سری ردیف‌های فرد پیکسل‌ها خوانده شده و در حافظه‌ای دیگر به عنوان «میدانِ فردِ تصویر» ذخیره می شوند. سپس ردیف‌های زوج در حافظه‌ای به عنوان «میدان زوج تصویر» ذخیره می شوند. ترکیب این دو میدان یک فریم تصویر را می سازد. در این روش به علت قرار گرفتن حافظه‌های عمودی و افقی که مخصوص ذخیره میدان‌های اطلاعاتی هستند بر روی سنسورِ CCD نقاط کوری به وجود می آید.

۲- در روش دوم برای اینکه نقاط کور به وجود نیایند، بجای انتقال میدان از انتقال فریم استفاده می کنیم. بدین صورت که اطلاعات بر روی  CCD به منطقه ذخیره‌ی مجازی آن منتقل شده و از آنجا به روش Interline transfer که در پیش گفته شد خوانده می شوند.

 هر چه CCD کوچک‌تر شود ابعاد پیکسل‌ها نیز برای حفظ کیفیت تصویر کاهش می یابد. این امر سبب کاهش مساحت پیکسل و در نتیجه کاهش مقدار نوری می شود که به پیکسل می رسد. به همین دلیل برای تقویت سنسور و افزایش حساسیت آن به نور، از عدسی‌هایی کوچک به نام “micro lens” استفاده می کنند. با قرار دادن این عدسی‌ها بر روی هر پیکسل، شدت نور آن پیکسل افزایش می یابد.

استفاده دیگر ماکرولنز از بین بردن نقاط کوری است که به علت قرار گرفتن حافظه عمودی و افقی بر روی  CCD و CMOS ایجاد می شود.

تفاوتهای CCD و CMOS: