سنسور تصویر
سنسورهای تصویر به روش‌های مختلفی دسته‌بندی می‌شوند؛ نوع ساختارشان (CMOS یا CCD)، نوع رنگ ( رنگی یا سیاه و سفید) یا نوع شاتر ( همزمان[1] یا مرحله‌ای[2]). هم‌چنین براساس وضوح، نرخ فریم، اندازه پیکسل و قالب سنسور نیز، تقسیم‌بندی می‌شوند.
علارغم دسته‌بندی‌های مختلف، هدف تمامی آن‌ها یکی است؛ تبدیل نور دریافتی به سیگنالی الکتریکی که قابل مشاهده، تحلیل یا ذخیره‌سازی باشد. سنسورهای تصویر دستگاه‌های حالت جامد[3] هستند و از اجزای اصلی دوربین‌های تصویر برداری هستند.
اجزای ساختاری سنسور تصویر
در شکل 1، یک سنسور تصویر مبتنی بر تکنولوژی CMOS نشان داده شده‌است. تراشه سنسور در یک بسته‌بندی[4] با شیشه محافظ نگه‌داری می‌شود. بسته به نوع سنسور، بسته‌بندی‌های مختلفی برای آن‌ها وجود دارد.
شکل 1: دیاگرام یک سنسور تصویر CMOS
تراشه سنسور حالت جامد، شامل پیکسل‌هایی است که از عناصر حساس به نور، میکرو لنزها و قطعات الکترونیکی تشکیل شده‌اند. تراشه‌ها بر روی ویفر‌های سیلیکونی ساخته و سپس برش داده می‌شوند. سپس در یک بسته‌بندی مناسب قرار می‌گیرد و اتصالات آن برای انتقال سیگنال به مدارات پردازشی فراهم می‌گردد.
در یک دوربین، فوتون‌های دریافتی را که توسط یک لنز متمرکز شده‌اند دریافت می‌کند. بسته به CCD یا CMOS بودن آن، لطلاعات به صورت آنالوگ یا دیجیتال به طبقه بعدی منتقل می‌شود. سنسورهای CMOS ابتدا فوتون‌ها را به الکترون، سپس به ولتاژ و سپس توسط ADC داخلی به مقادیر دیجیتال تبدیل می‌کند.
سنسورهای CCD در یک لحظه از تمام پیکسل‌ها نمونه برداری می‌کنند که به Global Shutter معروف هستند. سپس بار آشکار شده به یک ثبات و از آن‌جا به تقویت کننده انتقال می‌یابد.
شکل 2: یک سنسور تصویر مبتنی بر CCD
درگذشته سنسورهای CMOS، سطر سطر از پیکسل‌ها نمونه برداری می‌کردند که به Rolling Shutter معروف بودند. اما امروزه با پیشرفت تکنولوژی، سنسورهای CMOS فراوانی با Global Shutter وجود دارند.
شکل 3: چیدمان یک دوربین CMOS
سنسورهای تصویر رنگی و سیاه و سفید
دو نوع سنسور، برای سنسورهای نور مرئی وجود دارد؛ رنگی و ساه وسفید. سنسورهای رنگی یک لایه اضافه در زیر میکرو لنزشان دارند که به آن فیلتر رنگی نیز می‌گویند. این فیلتر طول موج‌های ناخواسته را جذب می‌کند، بنابراین هر پیکسل به یک طول موج خاص حساس خواهد بود. در سنسورهای تک رنگ، هیچ‌گونه فیلتری وجود ندارد و پیکسل‌ها نسبت به کل طول‌موج‌های مرئی حساس هستند.
شکل 4: سمت چپ ساختار سنسور تک رنگ. سمت راست ساختار سنسور رنگی
سایز پیکسل‌ها
سایز پیکسل‌ها برحسب میکرومتر ( ) اندازه‌گیری می‌شود و شامل کل محدوده فوتو دیود و اجزای الکترونیکی آن است. یک پیکسل CMOS شامل یک فوتو دیود، یک تقویت کننده، ریست گیت، گیت انتقال و قسمت دیفوژن شناور است. البته ممکن است این اجزا بین دیگر پیکسل ها نیز به اشتراک گذاشته شود.
شکل 5: مقایسه بین فرمت سنسور و سایز واقعی آن
هر چه اندازه پیکسل بزرگتر باشد، حساسیت به نور آن نیز بیشتر خواهد شد. اگر فرمت سنسسور ثابت باشد و پیکسل‌ها بزرگتر شود، تعداد پیکسل کمتری در سنسور جای می‌گیرند. بنابراین وضوح تصویر پایین می‌آید. برای مقایسه بهتر سنسورهای تصویر مختلف، بهتر است پاسخ طیف[5] سنسورها نیز مورد مقایسه قرار گیرد.
شکل 6: چیدمان پیکسل رنگی و تک رنگ CMOS
[1] Global
[2] Rolling
[3] به تجهیزاتی که در ساخت آن‌ها از قطعات نیمه هادی نظیر ترانزیستور، استفاده شده‌است.
[4] Package
[5] Spectral response
