چيپ تصوير CCD / لنز زوم دوربين مداربسته
چيپ تصوير CCD دوربين مداربسته
چيپ هاي تصوير CCD دسته اي چيپ هاي تصوير در دوربين هاي مداربسته هستند که به واسطه حساسيت بالا نسبت به نور و رنگ ها مورد توجه قرار مي گيرند. CCD مخفف Charged Coupled Device نوعي سنسور تصوير است و يکي از اجزاي کليدي در اغلب دوربين هاي مداربسته محسوب مي گردد. بعضي از دوربين ها نيز از سنسور ديگري با نام سنسور CMOS استفاده مي کنند که در مقالات قبلي توضيح داديم. در اين مقاله قصد داريم نگاهي دقيق تر به ساختار سنسور CCD پرداخته و تفاوت هاي آن را با CMOS بازگو کنيم.
در ابتدا به مرور تعريف اساسي سنسور تصوير مي پردازيم. حسگر تصوير بخشي از اجزاي ساختاري دوربين مداربسته است که نور تابيده به لنز را دريافت کرده و آن را به سيگنال هاي الکتريکي تبديل مي کند که در نهايت تصوير نهايي را که مي بينيد تشکيل مي دهد. عملکرد اين سنسور ها بسيار شبيه به سلول هاي خورشيدي در تبديل نور به انرژي الکتريکي است. همچنين شکل ساختاري آنها نيز مانند يک سلول خورشيدي است. سنسور هاي CCD و CMOS معمولا بر روي تراشه هاي مداري يکپارچه اي تعبيه شده و داراي سايزهاي مختلفي هستند.
CCD ها را مي توان به عنوان لايه هاي فوتواکتيوي در نظر گرفت که داراي يک سري حفره بر روي خود هستند. زماني که نور به اين لايه ها برخورد مي کند بسته هاي الکتروني داخل اين گودال ها جمع شده و سپس به صورت سيگنال منتقل مي گردند. در واقع تفاوت اساسي سنسور هاي CCD و CMOS در نحوه انتقال اين الکترون هاست. در سنسور CCD اساسا بارهاي الکتريکي به يک نقطه بر روي تراشه منتقل شده و سپس توسط يکي کانورتر ADC آنالوگ-به-ديجيتال محتويات هر پيکسل به يک سيگنال ديجيتال تبديل مي گردد. از سوي ديگر، CMOS ها براي انتقال بارها از ترانزيستورهاي موجود در هر پيکسل استفاده مي کنند.
از جمله تفاوت هاي کلي اين دو سنسور مي توان به موارد زير اشاره نمود:
- CCD ها تصوير با کيفيت تري ارائه مي دهند.
- CMOS ها داراي حساسيت کمتري نسبت به نور هستند.
- CCD ها به اندازه 100 برابر بيشتر از CMOS ها انرژي برق مصرف مي کنند.
- CCD ها معمولا تعداد پيکسل هاي بيشتري دارند.
- CCD ها معمولا گران قيمت تر ازها CMOS هستند.
اگر چه سنسور CCD گران تر از CMOS است، اما حساسيت بالاي آنها نسبت به نور آنها را تبديل به گزينه بهتري براي استفاده در دوربين هاي مداربسته از اين نظر مي کند. اين سنسورها تقريبا 70 درصد از نوري را که به آنها برخورد مي کند را جذب مي کنند. علاوه بر اين، اغلب CCD هاي توليد شده ذاتا به اشعه مادون قرمز نيز حساس هستند لذا براي تصويربرداري در شب نيز مناسب هستند. بسياري از دوربين هاي مداربسته که مجهز به چيپ تصوير CMOS هستند اغلب ارزان تر از دوربين هاي CCD بوده و در شرايط کم نور عملکرد خوبي ندارند و تصاوير با کيفيتي نيز توليد نمي کنند. بزرگترين اشکال سنسور CCD در مقايسه با CMOS در دوربين هاي مداربسته مصرف برق آنها است. با اين حال، دوربين هاي مداربسته به طور معمول داراي منبع تغذيه يا آداپتور دوربين مداربسته منبع تغذيه اي جداگانه براي خود هستند. يکي از مزاياي سنسور CMOS نسبت به CCD مي تواند در دوربين هاي مستقل از برق و باتري خور باشد چون CMOS ها به انرژي الکتريکي کمتري نيازمندند.
بيشتر بخوانيد: تياندي دوربين مداربسته
به طور کلي مزايا و معايب سنسور CCD در موارد زير خلاصه مي گردد:
مزايا:
- عملکرد خوب در شرايط نور کم
- حساسيت بالا نسبت به نور
- حساسيت کم نسبت به لرزش ها
- ارائه تصوير با نويز کمتر
- ارائه تصوير با کيفيت بالا
معايب:
- مصرف بالاي برق
- گران قيمت بودن
امروز با توجه به پيشرفت چيپ هاي CMOS استفاده از CCD ها در دوربين هاي مداربسته بسيار محدود شده است. در ادامه براي اطلاعات بيشتر براي انتخاب ميان اين دو سنسور مي توانيد به مطلب زير مراجعه کنيد:
مقايسه سنسور CMOS و CCD در دوربين مداربسته
- تفاوت ساختاري و پردازشي در سنسور CMOS و CCD
در سنسور هاي CCD تبديل سيگنال هاي آنالوگ به ديجيتال، خارج از سنسور ها انجام مي شود، که باعث مي شود تا دوربين هاي مدار بسته به زمان بيشتري براي تشکيل تصوير نياز داشته باشند. اما در سنسورهاي CMOS تمامي پروسه پردازش بر روي يک تراشه الکترونيکي انجام مي گردد. CMOS ها اغلب نيازمند پهناي باند کمتري هستند. از طرف ديگر سنسور هاي تصوير CCD براي تقويت و تبديل سيگنال هاي آنالوگ به ديجيتال نيازمند مدارات و پردازنده هاي داخلي و خارجي هستند. و تمام اينها دلايلي است که باعث مي گردد تا يک سنسور CCD اغلب با داغ شدن بيش از حد حين کار مواجه گردد.
- تفاوت در کيفيت تصوير CMOS و CCD
دوربين هاي مدار بسته مجهز به سنسور CCD به طور معمول تصاوير با کيفيت تري ارائه مي کنند. با اين حال با پيشرفت تکنولوژي امروزه سنسور هاي CMOS نيز از لحاظ کيفيت تصوير قادر به رقابت با سنسورهاي CCD بوده و از اين نظر تقريبا با يکديگر برابري مي کنند.
- تصويربرداري در نور کم
در سنسور هاي تصوير CCD سلول هاي شارژ شده با بار الکتريکي در داخل تراشه قرار دارند و اين امر از تار شدن تصاوير جلوگيري مي کند. بنابراين سنسورهاي تصوير CCD در دوربين هاي مداربسته نسبت به نور حساسيت طيفي بالاتري داشته و نويز کمتري ايجاد مي کنند.
- واحد QE يا (Quantum Efficiency= کارايي کوانتومي) براي سنجش کيفيت تبديل فوتون هاي نور به سيگنال هاي الکتريکي توسط دو سنسور CMOS و CCD استفاده مي گردد. هرچه تعداد الکترون هاي موجود در يک پيکسل يا براي تشکيل يک پيکسل بيشتر باشد آن سنسور کارايي و حساسيت بالاتري نيز خواهد داشت.
- واحد RN نيز براي سنجش ميزان نويز موجود در تصاوير است. هرچه RN بالاتر باشد حساسيت سنسور بالاتر مي باشد.
دوربين هاي مداربسته مجهز به سنسور CCD داراي عملکرد بهتري در نور کم يا شب بودند، به ويژه در مناطقي با دماي بالاتر. اما امروزه دوربين هاي مداربسته مجهز به سنسور CMOS حتي مي توانند از اين نظر از سنسورهاي CCD پيشي بگيرند.
بيشتر بخوانيد: نصب دوربين مداربسته نمايندگي هايک ويژن
لنز زوم دوربين مداربسته
لنز زوم يا موتور دار دوربين مداربسته نوعي از لنز است که امکان تغيير فاصله کانوني و در نتيجه زاويه ديد دوربين را از راه دور محيا مي کند. اين لنزها همچنين معمولا داراي فوکوس خودکار نيز هستند. در اين مطلب با اين نوع از لنزها بيشتر آشنا خواهيد شد.
وظيفه لنز
اندازه چيپ تصوير دوربين ها محدود و کوچک است. اين موضوع باعث خواهد شد تصوير تشکيل شده بر روي چيپ تصوير بسيار محدود باشد. براي رفع اين مشکل بايد از وسيله اي براي متمرکز کردن نور بر روي چيپ تصوير استفاده شود. به اين وسيله لنز مي گويند. لنز دوربين هاي مداربسته معمولا از يک يا چند عدسي تشکيل شده که با توجه به فاصله کانوني، قسمت مشخصي از تصوير رو به رو را بر روي چيپ تصوير ايجاد مي کنند.
هر چه فاصله کانوني لنز بيشتر باشد تصوير را کمتر متمرکز مي کند و زاويه ديد دوربين کمتر خواهد بود. از طرفي در دو دوربين با لنزهاي با فاصله کانوني ثابت دوربيني که چيپ تصوير بزرگ تري داشته باشد تصوير را با زوايه بيشتري نشان مي دهد.
ساختار لنزهاي موتور دار
لنزها موتور دار ساختمان کاملا پيچيده اي دارند. اين لنزها از تعداد زيادي عدسي تشکيل شده اند که فاصله آنها با توجه به ميزان لنز و فوکوس لنز تغيير مي کند. لنزها به وسيله دو موتور کنترل مي شوند که امکان تنظيم فوکوس و تغيير فاصله کانوني لنز را فراهم مي آورد. لنزهاي زوم را معمولا با توجه به ميزان بزرگنمايي آنها طبقه بندي مي کنند.
مقايسه انواع لنزها
- لنزهاي ثابت: لنزهاي ثابت ساختمان به مراتب ساده تري نسبت به انواع ديگر لنز دارند. اين لنزها امکان تغيير فاصله کانوني را ندارند و تنها ميتوان فوکوس آنها را تغيير داد. اما در مقابل ارزان قيمت تر هستند.
- لنزهاي موتور دار: ساختمان لنزهاي موتوردار تا حدي شبيه به لنزهاي وريفوکال است با اين تفاوت که تغيير فاصله کانوني در اين لنزها از طريق موتور صورت مي گيرد و البته بيشتر اين لنزها امکان فوکوس خودکار نيز دارند.
انواع رايج لنز زوم
در دوربين هاي مداربسته لنزهاي با زوم 20 و 32 ايکس بسيار محبوب هستند. اين لنزها معمولا با قرار گرفتن در دوربين هاي گردان يا اسپيد دام امکان چرخش و بزرگنمايي را براي دوربين فراهم مي کنند.
چيپ تصوير CCD / لنز زوم دوربين مداربسته
چيپ تصوير CCD دوربين مداربسته
چيپ هاي تصوير CCD دسته اي چيپ هاي تصوير در دوربين هاي مداربسته هستند که به واسطه حساسيت بالا نسبت به نور و رنگ ها مورد توجه قرار مي گيرند. CCD مخفف Charged Coupled Device نوعي سنسور تصوير است و يکي از اجزاي کليدي در اغلب دوربين هاي مداربسته محسوب مي گردد. بعضي از دوربين ها نيز از سنسور ديگري با نام سنسور CMOS استفاده مي کنند که در مقالات قبلي توضيح داديم. در اين مقاله قصد داريم نگاهي دقيق تر به ساختار سنسور CCD پرداخته و تفاوت هاي آن را با CMOS بازگو کنيم.
در ابتدا به مرور تعريف اساسي سنسور تصوير مي پردازيم. حسگر تصوير بخشي از اجزاي ساختاري دوربين مداربسته است که نور تابيده به لنز را دريافت کرده و آن را به سيگنال هاي الکتريکي تبديل مي کند که در نهايت تصوير نهايي را که مي بينيد تشکيل مي دهد. عملکرد اين سنسور ها بسيار شبيه به سلول هاي خورشيدي در تبديل نور به انرژي الکتريکي است. همچنين شکل ساختاري آنها نيز مانند يک سلول خورشيدي است. سنسور هاي CCD و CMOS معمولا بر روي تراشه هاي مداري يکپارچه اي تعبيه شده و داراي سايزهاي مختلفي هستند.
CCD ها را مي توان به عنوان لايه هاي فوتواکتيوي در نظر گرفت که داراي يک سري حفره بر روي خود هستند. زماني که نور به اين لايه ها برخورد مي کند بسته هاي الکتروني داخل اين گودال ها جمع شده و سپس به صورت سيگنال منتقل مي گردند. در واقع تفاوت اساسي سنسور هاي CCD و CMOS در نحوه انتقال اين الکترون هاست. در سنسور CCD اساسا بارهاي الکتريکي به يک نقطه بر روي تراشه منتقل شده و سپس توسط يکي کانورتر ADC آنالوگ-به-ديجيتال محتويات هر پيکسل به يک سيگنال ديجيتال تبديل مي گردد. از سوي ديگر، CMOS ها براي انتقال بارها از ترانزيستورهاي موجود در هر پيکسل استفاده مي کنند.
از جمله تفاوت هاي کلي اين دو سنسور مي توان به موارد زير اشاره نمود:
- CCD ها تصوير با کيفيت تري ارائه مي دهند.
- CMOS ها داراي حساسيت کمتري نسبت به نور هستند.
- CCD ها به اندازه 100 برابر بيشتر از CMOS ها انرژي برق مصرف مي کنند.
- CCD ها معمولا تعداد پيکسل هاي بيشتري دارند.
- CCD ها معمولا گران قيمت تر ازها CMOS هستند.
اگر چه سنسور CCD گران تر از CMOS است، اما حساسيت بالاي آنها نسبت به نور آنها را تبديل به گزينه بهتري براي استفاده در دوربين هاي مداربسته از اين نظر مي کند. اين سنسورها تقريبا 70 درصد از نوري را که به آنها برخورد مي کند را جذب مي کنند. علاوه بر اين، اغلب CCD هاي توليد شده ذاتا به اشعه مادون قرمز نيز حساس هستند لذا براي تصويربرداري در شب نيز مناسب هستند. بسياري از دوربين هاي مداربسته که مجهز به چيپ تصوير CMOS هستند اغلب ارزان تر از دوربين هاي CCD بوده و در شرايط کم نور عملکرد خوبي ندارند و تصاوير با کيفيتي نيز توليد نمي کنند. بزرگترين اشکال سنسور CCD در مقايسه با CMOS در دوربين هاي مداربسته مصرف برق آنها است. با اين حال، دوربين هاي مداربسته به طور معمول داراي منبع تغذيه يا آداپتور دوربين مداربسته منبع تغذيه اي جداگانه براي خود هستند. يکي از مزاياي سنسور CMOS نسبت به CCD مي تواند در دوربين هاي مستقل از برق و باتري خور باشد چون CMOS ها به انرژي الکتريکي کمتري نيازمندند.
بيشتر بخوانيد: تياندي دوربين مداربسته
به طور کلي مزايا و معايب سنسور CCD در موارد زير خلاصه مي گردد:
مزايا:
- عملکرد خوب در شرايط نور کم
- حساسيت بالا نسبت به نور
- حساسيت کم نسبت به لرزش ها
- ارائه تصوير با نويز کمتر
- ارائه تصوير با کيفيت بالا
معايب:
- مصرف بالاي برق
- گران قيمت بودن
امروز با توجه به پيشرفت چيپ هاي CMOS استفاده از CCD ها در دوربين هاي مداربسته بسيار محدود شده است. در ادامه براي اطلاعات بيشتر براي انتخاب ميان اين دو سنسور مي توانيد به مطلب زير مراجعه کنيد:
مقايسه سنسور CMOS و CCD در دوربين مداربسته
- تفاوت ساختاري و پردازشي در سنسور CMOS و CCD
در سنسور هاي CCD تبديل سيگنال هاي آنالوگ به ديجيتال، خارج از سنسور ها انجام مي شود، که باعث مي شود تا دوربين هاي مدار بسته به زمان بيشتري براي تشکيل تصوير نياز داشته باشند. اما در سنسورهاي CMOS تمامي پروسه پردازش بر روي يک تراشه الکترونيکي انجام مي گردد. CMOS ها اغلب نيازمند پهناي باند کمتري هستند. از طرف ديگر سنسور هاي تصوير CCD براي تقويت و تبديل سيگنال هاي آنالوگ به ديجيتال نيازمند مدارات و پردازنده هاي داخلي و خارجي هستند. و تمام اينها دلايلي است که باعث مي گردد تا يک سنسور CCD اغلب با داغ شدن بيش از حد حين کار مواجه گردد.
- تفاوت در کيفيت تصوير CMOS و CCD
دوربين هاي مدار بسته مجهز به سنسور CCD به طور معمول تصاوير با کيفيت تري ارائه مي کنند. با اين حال با پيشرفت تکنولوژي امروزه سنسور هاي CMOS نيز از لحاظ کيفيت تصوير قادر به رقابت با سنسورهاي CCD بوده و از اين نظر تقريبا با يکديگر برابري مي کنند.
- تصويربرداري در نور کم
در سنسور هاي تصوير CCD سلول هاي شارژ شده با بار الکتريکي در داخل تراشه قرار دارند و اين امر از تار شدن تصاوير جلوگيري مي کند. بنابراين سنسورهاي تصوير CCD در دوربين هاي مداربسته نسبت به نور حساسيت طيفي بالاتري داشته و نويز کمتري ايجاد مي کنند.
- واحد QE يا (Quantum Efficiency= کارايي کوانتومي) براي سنجش کيفيت تبديل فوتون هاي نور به سيگنال هاي الکتريکي توسط دو سنسور CMOS و CCD استفاده مي گردد. هرچه تعداد الکترون هاي موجود در يک پيکسل يا براي تشکيل يک پيکسل بيشتر باشد آن سنسور کارايي و حساسيت بالاتري نيز خواهد داشت.
- واحد RN نيز براي سنجش ميزان نويز موجود در تصاوير است. هرچه RN بالاتر باشد حساسيت سنسور بالاتر مي باشد.
دوربين هاي مداربسته مجهز به سنسور CCD داراي عملکرد بهتري در نور کم يا شب بودند، به ويژه در مناطقي با دماي بالاتر. اما امروزه دوربين هاي مداربسته مجهز به سنسور CMOS حتي مي توانند از اين نظر از سنسورهاي CCD پيشي بگيرند.
بيشتر بخوانيد: نصب دوربين مداربسته نمايندگي هايک ويژن
لنز زوم دوربين مداربسته
لنز زوم يا موتور دار دوربين مداربسته نوعي از لنز است که امکان تغيير فاصله کانوني و در نتيجه زاويه ديد دوربين را از راه دور محيا مي کند. اين لنزها همچنين معمولا داراي فوکوس خودکار نيز هستند. در اين مطلب با اين نوع از لنزها بيشتر آشنا خواهيد شد.
وظيفه لنز
اندازه چيپ تصوير دوربين ها محدود و کوچک است. اين موضوع باعث خواهد شد تصوير تشکيل شده بر روي چيپ تصوير بسيار محدود باشد. براي رفع اين مشکل بايد از وسيله اي براي متمرکز کردن نور بر روي چيپ تصوير استفاده شود. به اين وسيله لنز مي گويند. لنز دوربين هاي مداربسته معمولا از يک يا چند عدسي تشکيل شده که با توجه به فاصله کانوني، قسمت مشخصي از تصوير رو به رو را بر روي چيپ تصوير ايجاد مي کنند.
هر چه فاصله کانوني لنز بيشتر باشد تصوير را کمتر متمرکز مي کند و زاويه ديد دوربين کمتر خواهد بود. از طرفي در دو دوربين با لنزهاي با فاصله کانوني ثابت دوربيني که چيپ تصوير بزرگ تري داشته باشد تصوير را با زوايه بيشتري نشان مي دهد.
ساختار لنزهاي موتور دار
لنزها موتور دار ساختمان کاملا پيچيده اي دارند. اين لنزها از تعداد زيادي عدسي تشکيل شده اند که فاصله آنها با توجه به ميزان لنز و فوکوس لنز تغيير مي کند. لنزها به وسيله دو موتور کنترل مي شوند که امکان تنظيم فوکوس و تغيير فاصله کانوني لنز را فراهم مي آورد. لنزهاي زوم را معمولا با توجه به ميزان بزرگنمايي آنها طبقه بندي مي کنند.
مقايسه انواع لنزها
- لنزهاي ثابت: لنزهاي ثابت ساختمان به مراتب ساده تري نسبت به انواع ديگر لنز دارند. اين لنزها امکان تغيير فاصله کانوني را ندارند و تنها ميتوان فوکوس آنها را تغيير داد. اما در مقابل ارزان قيمت تر هستند.
- لنزهاي موتور دار: ساختمان لنزهاي موتوردار تا حدي شبيه به لنزهاي وريفوکال است با اين تفاوت که تغيير فاصله کانوني در اين لنزها از طريق موتور صورت مي گيرد و البته بيشتر اين لنزها امکان فوکوس خودکار نيز دارند.
انواع رايج لنز زوم
در دوربين هاي مداربسته لنزهاي با زوم 20 و 32 ايکس بسيار محبوب هستند. اين لنزها معمولا با قرار گرفتن در دوربين هاي گردان يا اسپيد دام امکان چرخش و بزرگنمايي را براي دوربين فراهم مي کنند.
راهکارهای خانگی برای رفع بوی بد پا