تکنولوژی های معمول دوربینهای مداربسته

چشم انسان تقريباً يک عدسي کروي با قطر 5/2 سانتي‌متر مي‌باشد که از چندين لايه مختلف که دروني‌ترين آن‌ها شبکيه نام دارد تشکيل شده است. ماهيچه‌هاي اطرف چشم اندازه لنز را تنظيم مي‌کنند که اين‌کار چشم را قادر به زوم (zoom) کردن روي اشياء مي‌کند . وظيفه عدسي چشم ، فرم و شکل دادن به تصويري است که توسط ميليون‌ها سلول گيرنده مخروطي (Cone) و ميله‌اي (rod) گرفته شده و برروي پرده شبکيه افتاده است ، مي‌باشد . سلول‌هاي ميله‌اي به يک عصب معمولي که از انتها به شبکيه ختم مي‌شود و فقط در سطح نور پايين فعال است متصلند و سلول‌هاي مخروطي هر کدام به يک عصب اتصال دارند . آن‌ها در نورهاي شديدتر، بيشتر فعالند و ميزان درک ما از رنگ‌ها را نوع فعاليت اين‌ مخروط‌ها مشخص مي‌کند . در ميان شبکيه ناحيه‌اي به‌نام نقطه کور وجود دارد که در آن هيچ‌ گيرنده‌اي موجود نيست . در اين ناحيه اعصاب به‌صورت جداگانه به عصب بينايي که سيگنال‌هاي دريافت شده را به قشر بينايي مخ انتقال مي‌دهند ، وصل مي‌شود .

دوربين CCD :
CCD از جهت عملکرد تقريباً مانند چشم انسان کار مي‌کند . نور از طريق يک عدسي وارد دوربين و برروي يک پرده مخصوص تصوير مي‌شود که تحت عنوان تراشه CCD شناخته مي‌شود. تراشه Charge Coupled
Device) CCD) که تصاوير با استفاده از آن گرفته مي‌شوند از تعداد زيادي سلول تشکيل شده که همگي در يک تراشه با الگوي خاصي مرتب شده‌اند و تحت عنوان پيکسل (pixels) شناخته مي‌شوند . زماني که تراشه CCDاين اطلا عات را دريافت مي‌کند ، آن‌ها را به شکل سيگنال‌هاي ديجيتالي از طريق کابل‌هايي به سيستم دريافت‌کننده مي‌فرستد و بعد تصاوير در اين سيستم به صورت مجموعه‌اي از اعداد ذخيره مي‌شوند.
ساير تکنولوژي ها :Technology (CMOS) complementary metal oxide semiconductor
از آنجا که روي اين تکنولوژي کار زيادي صورت گرفته و توليد آن در حجم انبوه مي باشد ، ساخت چيپ هاي CMOS نسبت به CCD ارزانتر در مي آيد . ديگر مزيت اين سنسورها نسبت به CCD اينست که توان مصرفي آنها پايينتر مي باشد . بعلاوه ، در حالي که CCDتنها براي ثبت شدت نوري که بر روي هر يک از صدها هزار نقاط نمونه برداري مي افتد کاربرد دارد ، مي توان از CMOS براي منظورهاي ديگر، نظير تبديل آنالوگ به ديجيتال ، پردازش سيگنال هاي لود شده ، تنظيم رنگ سفيد (white Balance) ، و کنترل هاي دوربين و ... استفاده نمود . همچنين مي توان تراکم نقاط و عمق بيتي تصوير را به راحتي بدون افزايش بيش از اندازه قيمت ، بالا برد . بخاطر اين مزيتها و ساير مزايا ، بسياري از تحليل گران صنايع اعتقاد دارند که نهايتا تمام دوربين هاي معمولي ديجيتال از CMOSاستفاده خواهند نمود و CCD فقط در دوربينهاي حرفه اي و گرانقيمت بکار خواهد رفت . در اين تکنولوژي مشکلاتي از قبيل تصاوير داراي نويز و عدم توانايي در گرفتن عکس از موضوعات متحرک وجود دارد که امروزه با رفع اين مشکلات ، CMOS در حال رسيدن به برابري با CCD مي باشد . تا بحال سنسورهاي تصوير CMOS با استفاده از تکنولوژي 0.35 تا 0.5 ميکروني ساخته شده اند و چشم انداز آينده آن استفاده از تکنولوژي 0.25 ميکرون مي باشد .
سنسور Faveon با 16.8 مگاپيکسل (يعني قدرت ايجاد تصاويري با وضوح 4096*4096 پيکسل) اولين سنسوري است که با استفاده از تکنولوژي 0.18 ميکرون ساخته شده است و يک پرش بزرگ را در صنعت ساخت سنسور تصوير CMOS به نام خود ثبت نموده است . استفاده از تکنولوژي 0.18 ميکرون امکان استفاده از تعداد بيشتري از پيکسل ها را در فضاي فيزيکي معين فراهم کرده و بنابرين سنسوري با وضوح بالاتر به دست مي‌آيد . ( لازم به ذکر است چون از لحاظ فيزيکي تصوير ايجاد شده توسط لنز تصويري پيوسته بوده و بدون هيچگونه نقطه و ناپيوستگي مي باشد ، هر چه بتوان پيکسلهاي سنسور را کوچک تر نمود و تعداد بيشتري از آنها را در ناحيه تشکيل تصوير قرار داد ، مي توان عکسي با وضوح بالاتر و نزديکتر به تصويرحقيقي گرفت)ترانزيستورهاي ساخته شده با استفاده از تکنولوژي 0.18 ميکرون کوچکتر بوده و فضاي زيادي از ناحيه سنسور را اشغال نمي کنند که مي توان از اين فضا براي تشخيص نور استفاده نمود . اين فضا بطور کارآمدي ، امکان طراحي سنسوري را که داراي پيکسل هاي هوشمندتري بوده ، و در حين عکس برداري تواناييهاي جديدي را بدون قرباني کردن حساسيت نوري به دوربين مي دهد ، فراهم مي کند . با استفاده از اين تکنولوژي 70 ميليون ترانزيستور و 4096*4096 سنسور، فقط در فضايي برابر با 22mm*22mm قرار داده مي شود و سرعت ISO آن برابر با 100 بوده و محدوده ديناميکي آن 10 استپ است !! انتظار ميرود ، بعد از 18 ماه از توليد اين سنسور استفاده از آن در وسايل حرفه اي نظير اسکنرها ، وسايل تصويري پزشکي ، اسکن پرونده ها و آرشيو موزه ها شروع شود . در آينده اي طولاني تر، انتظار مي رود که اين تکنولوژي بطور وسيعي در وسايل معمولي موجود در بازار استفاده گردد.

تکنولوژي Fujifilm SuperCCD SR :
شرکت فوجي بتازگي نوع سنسور جديدي بنام SuperCCD SR را معرفي نموده است . اعلام اين محصول دومين اعلام فوجي در مورد ساخت سنسوري است که چهارمين پيشرفت SuperCCD شناخته ميشود . SuperCCD SR ) Super Dynamic Range ) تقريبا دو گام محدوده ديناميکي بالاتر از CCD هاي معمولي دارد. ( محدوده ديناميکي عبارتست از نسبت بين شديدترين تا ضعيفترين نور موجود در صحنه . معمولا دوربين هاي عکاسي نمي توانند تمام محدوده نوري موجود در صحنه هايي که تفاوت نوري زيادي وجود دارد را بدرستي ثبت نمايند . هر چه محدوده ديناميکي يک CCD داراي گامهاي بيشتري باشد توانايي آن در ثبت دقيقتر جزئيات موجود در سايه روشنهاي تصوير بيشتر خواهد بود . پشت هر ميکرولنز روي سطح سنسور دو فتوديود وجود دارد ، فتوديود اصلي سطوح تاريک و عادي نور را ثبت مي کند (داراي حساسيت بالاتري است) و دومي جزئيات روشنتر را مي گيرد (حساسيت کمتري دارد) . سيگنالهاي دو سنسور بطريقي هوشمندانه ترکيب مي شوند تا تصويري با محدوده ديناميکي گسترده تري ارائه دهند . اولين سنسور از نوع SuperCCD SR داراي تعداد پيکسل هاي موثر 3 مگاپيکسل مي باشد . شرکت فوجي فيلم SuperCCD SR را به عنوان تکنولوژي معرفي نموده است که براي شبيه سازي محدوده ديناميکي نگاتيوها طراحي شده است . فيلم هاي عکاسي داراي لايه هاي مختلف با حساسيت مختلف مي باشند که محدوده ديناميکي وسيعي را ايجاد مي نمايند . SuperCCD SR به گونه اي طراحي شده است که اين خاصيت را با استفاده از دو فتوديود که داراي حساسيت هاي متفاوت مي باشند شبيه سازي نمايد .

تکنولوژي X3 :
در سال 2002 وقتي شرکت Foveon بعد از پنج سال تحقيق و توسعه ، يک سنسور تصويري جديد را که ادعا مي شد قادر به رسيدن به کيفيت فيلم هاي 35mm است عرضه نمود ، چشم انداز دوربين هاي ديجيتال قابل رقابت با کيفيت دوربين هاي فيلمي تا حد زيادي روشن گرديد . در دوربين هاي ديجيتال معمولي فيلترهاي رنگي با الگوي موزائيکي بر روي يک لايه تکي از حسگرهاي نوري قرار گرفته اند . فيلترها فقط به يک طول موج از نور – قرمز، سبز يا آبي – اجازه عبور و رسيدن به پيکسل سنسور را داده و فقط يک رنگ در هر نقطه ثبت مي گردد . در نتيجه سنسور تصوير فقط 50% رنگ سبز و 25% از هر کدام از رنگهاي قرمز و آبي را ثبت مي نمايد . اين روش ايرادي ذاتي داشت که بستگي به تعداد پيکسل هاي روي سنسور تصوير نداشت . يعني بهر حال چون اين سنسور يک سوم رنگ ها را تشخيص مي دهد ، مابقي رنگها مي بايست با استفاده از يک الگوريتم پيچيده و زمانبر ميان يابي مي شد . اين کار نه تنها عملکرد دوربين را کند مي سازد ، بلکه باعث ايجاد رنگ مصنوعي در تصوير و از دست رفتن جزئيات تصوير مي گردد . بعضي از دوربينها براي حل مشکل مصنوعي شدن رنگها ، تصوير را به طور عمدي اندکي مات مي کنند . سنسور تصوير جديد Foveon که از نوع CMOS مي باشد و از تکنولوژي انقلابي اين شرکت يعني X3استفاده مي نمايد ، در هر پيکسل از سنسور سه برابر اطلاعات بيشتر از دوربين هاي مدرن با تعداد پيکسلهاي مساوي ثبت مي نمايد . سنسورهاي تصوير X3 اين کار را با استفاده از سه لايه از تشخيص دهنده هاي نور که در سيليکون جاسازي شده اند انجام مي دهند . لايه ها به گونه اي قرار گرفته اند تا از اين خاصيت سيليکون که در عمقهاي مختلف رنگهاي متفاوتي از نور را تشخيص مي دهد استفاده نمايند . بنابرين در يک لايه رنگ قرمز ، در ديگري سبز و لايه بعدي آبي ثبت مي شود . اين بدان معني است که براي هر پيکسل در سنسورهاي X3 ، انباره اي (Stack) براي سه تشخيص دهنده نور وجود دارد . نتيجه سنسوري مي شود که قادر است در هر پيکسل هر سه رنگ قرمز، سبز و آبي را تشخيص دهد و در نتيجه به عنوان اولين سنسور تصوير ديجيتال تمام رنگي دنيا معرفي گردد (آموزش دوربين مدار بسته)

محصولات صنعتی