CCD یا CMOS ؟ – حسگر تصویر در دوربین دیجیتال

امروزه، استفاده از دوربین های عکاسی دیجیتال کاملاً معمول شده است و اغلب افراد در طول زندگی خود حدأقل یکبار با این سوال روبرو می شوند که “چه دوربینی بخرم؟”

جواب این سوأل آسان نیست! نیاز به مطالعه و بررسی جزئیات فنی دوربین های موجود و همچنین مقایسه عملکرد آن ها دارد. بنابراین یکی از مهم ترین گام های موجود در انتخاب یک دوربین، بررسی دقیق جزئیات فنی آن است. در صورتی که جزئیات فنی یک دوربین دیجیتال را بررسی کرده باشید، حتماً با چنین عبارتی مواجه شده اید : “این دوربین از CCD استفاده می کند” و یا “این دوربین از CMOS استفاده می کند”. با توجه به اینکه حسگر تصویر یکی از مهمترین قسمت های یک دوربین دیجیتال است و اینکه استفاده از یکی از این دو نوع تکنولوژی در دوربین های کنونی معمول بوده و گاه انتخاب ما دچار تردید می شود، در این نوشته به توصیف، مقایسه و بررسی مزایا و معایب این دو تکنولوژی پرداخته ام.

این دو ابزار، ذاتاً یک هدف را دنبال می کنند و آن هدف تبدیل تصویر اپتیکی به سیگنال های الکتریکی است که در نهایت تصویر دیجیتال را ایجاد می کند. در یک دوربین دیجیتال، لنز و یا سیستم لنزها، نور وارد شده را پس از عبور از فیلتر، در محل حسگر تصویر همگرا می کنند و تصویر ایجاد شده به پردازشگر تصویر منتقل می شود. پردازشگر تصویر یک نسخه دیجیتال از تصویر می سازد و آن را به تراشه ی فشرده سازی ارسال می کند تا به فرمت مورد نظر (TIFF، JPG و …) تبدیل شود. پردازنده ی اصلی (CPU)، تصحیحات لازم را بر روی تصویر انجام می دهد و آن را بر روی حافظه ذخیره می کند. DRAM به منظور انجام اعمال پردازش تصویر توسط CPU به کار گرفته می شود. در نهایت عنصری برای آماده سازیِ نهایی به منظور مشاهده ی تصویر تعبیه شده است.

CCD و یا CMOS در واقع دو گونه ی متفاوتِ حسگر تصویر(Image Sensor) می باشند و طبعاً نقش بسزایی را در عملکرد یک دوربین دیجیتال ایفا می کنند.

تکنولوژی CCD

ایده ی اصلیِ CCD این است که با برخورد نور به آن از خود اثر فتوالکتریک نشان می دهد. بار الکتریکی ای که توسط ماتریس بزرگی از خازن ها جمع آوری می شود به یک تقویت کننده ی بار الکتریکی ارسال می شود. تقویت کننده، بار مورد نظر را به ولتاژ تبدیل می کند. با تکرار این عمل، کل تصویر برای مرحله ی بعدی پردازش، ساخته می شود.

تکنولوژی CMOS

CMOS ها بر مبنای تکنولوژی ریزپردازنده ها ساخته می شوند. تراشه ی مذکور، در هر پیکسل شامل ترانزیستورهایی است که بار الکتریکی را تقویت می کنند و به صورت مجزا (برای هر پیکسل) به پردازنده ارسال می کنند.

مقایسه ی CCD و CMOS

مصرف انرژی

حسگر های CCD نسبت به حسگر های CMOS توان بیشتری مصرف می کنند. توان مصرفی یک حسگر CCD می تواند بیشتر از 10 برابر توان مصرفی یک حسگر CMOS مشابه باشد.

نویز

در حسگر های CMOS امکان به وجود آمدن نویز بیشتر است.

حساسیت به نور کم

CCD ها در نور کم، از حساسیت بیشتری برخوردار می باشند. دلیل این مطلب، این است که در تراشه های CMOS ترانزیستورهایی وجود دارند که نسبت به نور دریافتی حساسیتی از خود نشان نمی دهند.

قیمت

حسگر های CMOS را به سادگی می توان در خط تولید یک تراشه ی سیلیکونی، تولید کرد. بنابراین CMOS ها نسبت به CCD ها از قیمت پایین تری برخوردارند. تولید CCD ها فرآیند هزینه بری دارد.

همسانی

این فاکتور بدین معنی است که هر یک از پیکسل ها می بایست در برابر نور یکسان، حساسیت یکسانی از خود نشان دهند. در CMOS، هر یک از پیکسل ها خود به تنهایی عملیات تقویت بار را انجام می دهند و بنابراین همسانی در آن ها پایین تر است.

سرعت

اغلب توابع و نیاز های یک دوربین را می توان در یک تراشه ی CMOS تعبیه کرد. بنابراین CMOS به علت یکپارچگی مراحل، از سرعت بالاتری برخوردار است.

اغتشاش و حالت محوی در تصویر (Smear)

یکی از معایب حسگر های CCD این است که در صورتی که در معرض نور عمودی قرار گیرند، تصویر دچار اغتشاش می شود (در شکل زیر ببینید). CMOS ها در این زمینه عملکرد مناسبی دارند.

پس بالاخره کدام یک بهتر است ؟!

با توجه به تفاوت هایی که ذکر شد، در صورتی که به دنبال دوربینی با کیفیت تصویر و تمرکز تصویر مناسب تر و حساسیت بهتر می باشید، دوربینی که دارای حسگر CCD می باشد، انتخاب بهتری است. با این حال، در صورتی که به دنبال دوربینی هستید که ارزان تر باشد، عمر باطری بهتری داشته باشد و  حساسیت بالا و کیفیت تصویر اهمیت چندانی برای شما ندارد، دوربینی با حسگر CMOS گزینه ی مناسب تری می باشد. با این همه، فن آوری حسگر های CMOS به سرعت در حال پیشرفت است و انتظار می رود به زودی رقیب سرسختی برای CCD ها شوند.

پس ممکن است این نوشته چندین سال بعد، تنها قسمتی از تاریخ باشد :)

مراجع : + ، + و سی نا.نت!