Да би дигитално снимила фотографију, модерна камера треба да ухвати светлост и претвори је у дигиталне информације. Да би то урадила, камери би био потребан сензор који прецизно и брзо снима фотоне из околине.
Вероватно сте већ свесни ЦМОС сензора који се користи у паметним телефонима и потрошачким дигиталним фотоапаратима. Али да ли сте знали да постоји још један тип сензора који пружа већи ниво детаља и динамички опсег? Ови сензори камере су познати као ЦЦД-ови.
Дакле, шта су тачно ЦЦД-ови? Како функционише и како се користи? Хајде да причамо о томе.
Шта је ЦЦД (уређај са спрегнутим пуњењем)?
ЦЦД, или уређај са наелектрисаном спрегом, је електронски сензор који претвара светлост у дигиталне сигнале кроз наелектрисање које се генерише одбијањем фотона на танкој силиконској плочици.
ЦЦД-ови су били златни стандард за сензоре камере од раних 80-их до касних 2000-их. То је зато што су око 2010. ЦМОС сензори добили значајне технолошке иновације које би их учиниле јефтинијим за производњу као
систем на чипу (СоЦ) док има упоредив квалитет слике са ЦЦД сензором.Откако је ЦМОС постао популаран, постало је ретко видети ЦЦД сензоре на паметним телефонима и камерама у протеклој деценији. Међутим, ЦЦД сензори нису баш застарели. Иако су можда повучени са тржишта фотоапарата за потрошаче, ЦЦД сензори су и даље преферирани сензори који се користе у одређеним областима фотографије.
Примене ЦЦД технологије у фотографији
Осим што је био скуп за производњу, ЦЦД је имао и друге проблеме који су довели до тога да буде повучен са потрошачког тржишта. То би укључивало његову високу снагу, која је 100 пута већа од онога што би ЦМОС користио, и спору обраду слике, што је проблем при снимању фотографија у рафалним низовима и снимању видео записа.
Упркос свим овим недостацима, ЦЦД-ови и даље напредују у разним индустријским и научним применама којима је потребан машински вид. То је зато што ЦЦД-ови и даље пружају квалитетније слике са ниским нивоом шума које захтевају ове области специјализоване фотографије. Осим тога, трошкови куповине и рада ЦЦД камера нису проблем за добро финансиране институције и предузећа.
Дакле, шта су тачно ове специјализоване области фотографије које још увек користе ЦЦД? Хајде да сазнамо у наставку:
Оптицал Мицросцопи
ЦЦД-ови се користе у различитим микроскопским апликацијама за посматрање хране, хемије, инжењеринга и других апликација где су неопходни јасни визуелни прикази микроскопских објеката. ЦЦД је изабран за оптичку микроскопију јер може да снима објекте са преко 10 пиксела са високом осетљивошћу и ниским односом шума.
Спаце Пхотограпхи
Фотографисање свемира најбоље се ради на ЦЦД камерама. То је зато што ЦЦД сензори имају највећу квантну ефикасност, што резултира ниским шумом, великим динамичким опсегом и бољом униформношћу – што су критични аспекти свемирске фотографије.
Блиско инфрацрвено снимање
ЦЦД-ови се користе у различитим индустријским апликацијама за снимање, од којих је једна скоро инфрацрвена слика. Сензор треба да има високо ефикасну апсорпцију фотона да би направио инфрацрвену слику, пошто су инфрацрвени фотони мање видљиви од редовно видљивих фотона. Пошто ЦЦД-ови обезбеђују високо осетљиве сензоре који могу боље ухватити инфрацрвене фотоне, они се увек користе у овим апликацијама.
ЦЦД-ови напредују у научном, индустријском и медицинском фотографском простору првенствено због своје високе квантне ефикасности, ниског нивоа шума и високог нивоа униформности. Али како тачно ЦЦД сензори пружају такве квалитете? Прво ћете морати да научите како функционишу ЦЦД сензори да бисте ово боље разумели.
Како функционише ЦЦД систем?
ЦЦД је само један од разних врсте сензора камере. И баш као и други сензори камере, ЦЦД-ови хватају светлост и претварају је у дигиталне сигнале, који се затим обрађују и приказују као пиксели када се гледају на електронском екрану као што је монитор.
Иако све сензори слике имају исти задатак хватања аналогног да би направили дигиталне сигнале, режим или процес који је потребан за постизање наведених задатака био би другачији од осталих сензора.
Да би ЦЦД сензор снимио слике, он пролази кроз процес од пет корака, почевши од светла до пуњења конверзија, акумулација наелектрисања, пренос пуњења, конверзија пуњења у напон, а затим сигнал појачање. Идемо кроз процес корак по корак:
Корак 1: Претварање светла у пуњење
ЦЦД сензор хвата светлост дозвољавајући фотонима (енергија из светлости) да се одбијају од танке силиконске плочице која затим ослобађа електрон. Мали позитивно наелектрисани кондензатор тада делује као кофа која сакупља и складишти ослобођене електроне. Јединица ове танке силиконске плочице на врху малог кондензатора позната је као фотосите.
Кораци 2 и 3: Акумулација и пренос наплате
ЦЦД сензор наставља да прикупља и складишти такве електроне док се затварач камере не затвори. Сви ускладиштени електрони из кондензатора су оно што чини наелектрисање.
Када се затварач фотоапарата затвори, сав набој са фотолокација се преноси у коло сензорског кондензатора. Пренос се врши померањем наелектрисања хоризонтално до ивице сензора, а затим вертикално док се свако пуњење не пошаље у коло сензорског кондензатора.
ЦЦД сензори користе овај механизам регистра померања за пренос набоја, док ЦМОС сензори користе локалну конверзију напона и појачавање сигнала. Иако ово чини ЦМОС бржим сензором, то такође чини њихов излаз прилично бучним јер сам број локалних појачала ствара шум или артефакте на слици. Насупрот томе, ЦЦД користи само једно коло појачала за појачавање сигнала.
Још један недостатак коришћења локалног појачања при великим брзинама је то што узрокује неуједначеност слике. ЦЦД сензори немају такве проблеме због свог линеарног процеса приликом обраде наелектрисања у свакој фотолокацији.
Кораци 4 и 5: Конверзија пуњења у напон и појачање сигнала
Аналогни набоји који се шаљу сензорском кондензатору се аутоматски претварају у напоне, чиме се сирови дигитални подаци користе за прављење слика. Након конверзије пуњења у напон, дигитални сигнали су и даље прениски да би их процесор могао користити.
Да би се појачао дигитални сигнал, користи се појачало сигнала. Овај појачани сигнал се затим шаље у процесор слике који затим саставља слику.
ЦЦД-ови су ту да остану
Некада златни стандард за сензоре дигиталних фотоапарата, ЦЦД-ови су сада укинути за редовну употребу код потрошача. Али са својом високом квантном ефикасношћу, ниским шумом, већим динамичким опсегом и одличном униформношћу, ЦЦД-ови се и даље користе у многим научним и индустријским апликацијама.
И иако је мало вероватно да ће произвођачи вратити ЦЦД камере потрошачког квалитета у блиској будућности, ЦЦД-ови ће и даље бити главни у научним истраживањима.
