دوربین مدار بسته / مقالات دوربین مدار بسته

چیپ های تصویر CCD دسته ای چیپ های تصویر در دوربین های مداربسته هستند که به واسطه حساسیت بالا نسبت به نور و رنگ ها مورد توجه قرار می گیرند. CCD مخفف Charged Coupled Device نوعی سنسور تصویر است و یکی از اجزای کلیدی در اغلب دوربین های مداربسته محسوب می گردد. بعضی از دوربین ها نیز از سنسور دیگری با نام سنسور CMOS استفاده می کنند که در مقالات قبلی توضیح دادیم. در این مقاله قصد داریم نگاهی دقیق تر به ساختار سنسور CCD پرداخته و تفاوت های آن را با CMOS بازگو کنیم.

در ابتدا به مرور تعریف اساسی سنسور تصویر می پردازیم. حسگر تصویر بخشی از اجزای ساختاری دوربین مداربسته است که نور تابیده به لنز را دریافت کرده و آن را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند که در نهایت تصویر نهایی را که می بینید تشکیل می دهد. عملکرد این سنسور ها بسیار شبیه به سلول های خورشیدی در تبدیل نور به انرژی الکتریکی است. همچنین شکل ساختاری آنها نیز مانند یک سلول خورشیدی است. سنسور های CCD و CMOS معمولا بر روی تراشه های مداری یکپارچه ای تعبیه شده و دارای سایزهای مختلفی هستند.

CCD ها را می توان به عنوان لایه های فوتواکتیوی در نظر گرفت که دارای یک سری حفره بر روی خود هستند. زمانی که نور به این لایه ها برخورد می کند بسته های الکترونی داخل این گودال ها جمع شده و سپس به صورت سیگنال منتقل می گردند. در واقع تفاوت اساسی سنسور های CCD و CMOS در نحوه انتقال این الکترون هاست. در سنسور CCD اساسا بارهای الکتریکی به یک نقطه بر روی تراشه منتقل شده و سپس توسط یکی کانورتر ADC آنالوگ-به-دیجیتال محتویات هر پیکسل به یک سیگنال دیجیتال تبدیل می گردد. از سوی دیگر، CMOS ها برای انتقال بارها از ترانزیستورهای موجود در هر پیکسل استفاده می کنند.

از جمله تفاوت های کلی این دو سنسور می توان به موارد زیر اشاره نمود:

CCD ها تصویر با کیفیت تری ارائه می دهند.
CMOS ها دارای حساسیت کمتری نسبت به نور هستند.
CCD ها به اندازه 100 برابر بیشتر از CMOS ها انرژی برق مصرف می کنند.
CCD ها معمولا تعداد پیکسل های بیشتری دارند.
CCD ها معمولا گران قیمت تر ازها CMOS هستند.

اگر چه سنسور CCD گران تر از CMOS است، اما حساسیت بالای آنها نسبت به نور آنها را تبدیل به گزینه بهتری برای استفاده در دوربین های مداربسته از این نظر می کند. این سنسورها تقریبا 70 درصد از نوری را که به آنها برخورد می کند را جذب می کنند. علاوه بر این، اغلب CCD های تولید شده ذاتا به اشعه مادون قرمز نیز حساس هستند لذا برای تصویربرداری در شب نیز مناسب هستند. بسیاری از دوربین های مداربسته که مجهز به چیپ تصویر CMOS هستند اغلب ارزان تر از دوربین های CCD بوده و در شرایط کم نور عملکرد خوبی ندارند و تصاویر با کیفیتی نیز تولید نمی کنند. بزرگترین اشکال سنسور CCD در مقایسه با CMOS در دوربین های مداربسته مصرف برق آنها است. با این حال، دوربین های مداربسته به طور معمول دارای منبع تغذیه یا آداپتور دوربین مداربسته منبع تغذیه ای جداگانه برای خود هستند. یکی از مزایای سنسور CMOS نسبت به CCD می تواند در دوربین های مستقل از برق و باتری خور باشد چون CMOS ها به انرژی الکتریکی کمتری نیازمندند.

به طور کلی مزایا و معایب سنسور CCD در موارد زیر خلاصه می گردد:

مزایا:

عملکرد خوب در شرایط نور کم
حساسیت بالا نسبت به نور
حساسیت کم نسبت به لرزش ها
ارائه تصویر با نویز کمتر
ارائه تصویر با کیفیت بالا

معایب:

مصرف بالای برق
گران قیمت بودن

امروز با توجه به پیشرفت چیپ های CMOS استفاده از CCD ها در دوربین های مداربسته بسیار محدود شده است. در ادامه برای اطلاعات بیشتر برای انتخاب میان این دو سنسور می توانید به مطلب زیر مراجعه کنید:

مقایسه سنسور CMOS و CCD در دوربین مداربسته

1. تفاوت ساختاری و پردازشی در سنسور CMOS و CCD

در سنسور های CCD تبدیل سیگنال های آنالوگ به دیجیتال، خارج از سنسور ها انجام می شود، که باعث می شود تا دوربین های مدار بسته به زمان بیشتری برای تشکیل تصویر نیاز داشته باشند. اما در سنسورهای CMOS تمامی پروسه پردازش بر روی یک تراشه الکترونیکی انجام می گردد. CMOS ها اغلب نیازمند پهنای باند کمتری هستند. از طرف دیگر سنسور های تصویر CCD برای تقویت و تبدیل سیگنال های آنالوگ به دیجیتال نیازمند مدارات و پردازنده های داخلی و خارجی هستند. و تمام اینها دلایلی است که باعث می گردد تا یک سنسور CCD اغلب با داغ شدن بیش از حد حین کار مواجه گردد.

2. تفاوت در کیفیت تصویر CMOS و CCD

دوربین های مدار بسته مجهز به سنسور CCD به طور معمول تصاویر با کیفیت تری ارائه می کنند. با این حال با پیشرفت تکنولوژی امروزه سنسور های CMOS نیز از لحاظ کیفیت تصویر قادر به رقابت با سنسورهای CCD بوده و از این نظر تقریبا با یکدیگر برابری می کنند.

3. تصویربرداری در نور کم

در سنسور های تصویر CCD سلول های شارژ شده با بار الکتریکی در داخل تراشه قرار دارند و این امر از تار شدن تصاویر جلوگیری می کند. بنابراین سنسورهای تصویر CCD در دوربین های مداربسته نسبت به نور حساسیت طیفی بالاتری داشته و نویز کمتری ایجاد می کنند.

واحد QE یا (Quantum Efficiency= کارایی کوانتومی) برای سنجش کیفیت تبدیل فوتون های نور به سیگنال های الکتریکی توسط دو سنسور CMOS و CCD استفاده می گردد. هرچه تعداد الکترون های موجود در یک پیکسل یا برای تشکیل یک پیکسل بیشتر باشد آن سنسور کارایی و حساسیت بالاتری نیز خواهد داشت.
واحد RN نیز برای سنجش میزان نویز موجود در تصاویر است. هرچه RN بالاتر باشد حساسیت سنسور بالاتر می باشد.

دوربین های مداربسته مجهز به سنسور CCD دارای عملکرد بهتری در نور کم یا شب بودند، به ویژه در مناطقی با دمای بالاتر. اما امروزه دوربین های مداربسته مجهز به سنسور CMOS حتی می توانند از این نظر از سنسورهای CCD پیشی بگیرند.