سنسور بخش مهمی در دوربین های مداربسته، دیجیتال و عکاسی است. قسمت بیشتر حسگر یا سنسورهایی که در دوربین‌های دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جنس سیلیکون ساخته می‌شوند. سنسور به قسمت‌های بسیار ریزتری تقسیم می شود که هر قسمت یک فوتوسایت است. برای درک راحت تر موضوع می‌توان فوتوسایت در ساختار دوربین را مانند پیکسل در تصویر دانست. در این مقاله سعی داریم انواع سنسور تصویر دوربین مداربسته را معرفی و به نحوه کارکرد و انتخاب بهترین سنسور دوربین مداربسته بپردازیم.
مشاوره رایگان قبل از خرید و نصب دوربین مداربسته
021-88500020
سنسور تصویر چیست
حسگر یا سنسور تصویر “چشم” دوربین های مداربسته شما است. یک سنسور تصویر دوربین مداربسته می تواند نوری را که به لنز دوربین برخورد می کند، گرفته و آن را به سیگنال الکترونیکی تبدیل کند. بنابراین هنگام دسترسی به دوربین های خود می توانید تصاویر/فیلم ها را مشاهده کنید. ممکن است در بخش مشخصات دوربین مداربسته مشاهده کنید سنسور دوربین مداربسته 1/3 اینچ یا 1.8 اینچ و یا مقدار دیگری باشد. این اعداد چه معنی دارند و بیانگر چه هستند؟ این مقدار فرمت اندازه گیری سنسور تصویر دوربین مداربسته است. فرمت سنسور، شکل و اندازه سنسور، زاویه دید دوربین مداربسته شما را مشخص می کند. بنابراین این مقدار در انتخاب شما می تواند تاثیرگذار باشد.
انواع حسگر دوربین
در دوربین های دیجیتال و مداربسته دو نوع سنسور یا حسگر دوربین مورد استفاده قرار می گیرد: CCD و CMOS. به طور کلی هر دو این سنسورها از کیفیت خوبی برخوردار هستند اما تفاوت هایی با یکدیگر دارند. این تفاوت عملکرد به علت متفاوت بودن ساختار آنهاست. حسگر CCD از نظر قیمت گرانتر از سنسور CMOS است زیرا هزینه تولید آن بالاتر است. وضوح تصویر ایجاد شده در دوربین های CCD به مراتب بهتر از دوربین CMOS است. اما استفاده از سنسور CMOS به علت هزینه کمتر، مصرف انرژی پایین تر و اندازه کوچکتر در دوربین های مداربسته متداول تر است.
CMOS در دوربین چیست
CMOS مخفف complementary metal-oxide-semiconductor است. فناوری اسکن تصویر پیشرفته به طور گسترده در دوربین های مداربسته CMOS استفاده می شود. این نوع فناوری اسکن تصویر، دوربین‌های مدار بسته CMOS را قادر می‌سازد تا مقادیری را از هر پیکسل به دست آورند و در نتیجه آنها را اسکن کنند. بنابراین دیتای بیشتری از تصویر برای ایجاد آن در دسترس خواهد بود.
مزایا و معایب دوربین مداربسته CMOS
مزایا:
- کیفیت بالا
- رنگ عالی
- نرخ فریم سریع
- مصرف برق کم
- مقرون به صرفه
معایب:
- سر و صدای بالا
- حساسیت متوسط
CCD در دوربین چیست
CCD مخفف عبارت charged-coupled device است. در یک دوربین (سیستم) مداربسته CCD، دارای (WDR)بازه دینامیکی گسترده عالی هستند، بنابراین دوربین های مداربسته با این نوع سنسورهای تصویر در شرایط نور کم عملکرد بسیار خوبی دارند. دوربین‌های مداربسته CCD معمولاً در مقایسه با دوربین‌های امنیتی CMOS کمتر تحت تأثیر مشکلات ژله‌ای یا لرزش قرار می‌گیرند. زیرا دوربین‌های مداربسته CMOS از “شاتر رولینگ” استفاده می‌کنند – به این معنی که دوربین از بالا به پایین در معرض دید قرار می‌گیرد. از طرف دیگر، دوربین‌های CCD از “شاتر گلوبال” استفاده می‌کنند که به معنای در معرض دید قرار گرفتن تمام سنسور است. در نتیجه دوربین های CCD کمتر در برابر ژله یا لرزش حساس هستند.
نقاط قوت و ضعف دوربین مداربسته CCD
نقاط قوت:
- عملکرد خوب در شرایط نور کم
- WDR خوب
- کمتر مستعد اثر ارتعاش است
- نویز پایین
- حساسیت بالا
- کیفیت بالا
نقاط ضعف:
- مصرف برق بالا
- نرخ فریم آهسته
- گران
سرعت داده در حسگر دوربین مداربسته
حسگر تصویر charge-coupled یا (CCD) دارای آرایه‌ای از خازن‌ها است که هر یک حامل بار الکتریکی متناسب با شدت نور یک پیکسل هستند. یک مدار کنترل باعث می شود هر خازن محتویات خود را به همسایه خود منتقل کند و آخرین خازن در آرایه بار خود را به تقویت کننده شارژ می ریزد. سبک bucket-brigade انتقال داده مشخصه سنسورهای CCD است.
در مقابل، یک حسگر تصویر CMOS دارای یک فتودیود و یک سوئیچ ترانزیستور CMOS برای هر پیکسل است. سنسور دوربین مداربسته CMOS به سیگنال های پیکسلی اجازه می دهد تا به صورت جداگانه تقویت شوند. با استفاده از ماتریس سوئیچ ها می توان به سیگنال های پیکسلی به طور مستقیم و متوالی و با سرعتی بسیار بالاتر از سنسور CCD دسترسی پیدا کرد. داشتن یک تقویت کننده برای هر پیکسل مزیت دیگری نیز دارد: نویز ناشی از خواندن سیگنال های الکتریکی تبدیل شده از نور گرفته شده را کاهش می دهد.
برای بیان تفاوت سنسور تصویر CMOS با سنسور تصویر CCD در این بخش به معرفی کلی از این دو سنسور تصویر دوربین مداربسته می پردازیم. مزایا و معایب دوربین هایی که به هر کدام از آنها مجهز هستند نیز در ادامه آمده است.
بهترین سنسور دوربین مداربسته
با توجه به اینکه از سنسور نقش مهمی در تصویر دوربین مداربسته دارد بنابراین انتخاب دوربین براساس بهترین سنسور دوربین مداربسته یک راهکار فنی محسوب می شود. لازم به ذکر است اگر برند معتبر و مطرحی را انتخاب کنید با بررسی سنسورهای به کار رفته در تولیدات آنها در خواهید یافت که بهترین سنسور را در دوربین ها انتخاب کرده اند. اما در همان برند، دوربین با کدام سنسور بهتر است؟ با یک مثال در برند Reolink تفاوت سنسور را توضیح می دهیم. در دوربین های مداربسته Reolink سه فرمت سنسور دوربین مداربسته در بازار پرطرفدار است: 1.2، 1.3 و 2.3 اینچ. اما این فرمت ها چه تفاوتی با یکدیگر دارند و بهترین سنسور دوربین مداربسته از کدام فرمت استفاده می کند؟
- سنسور تصویر دوربین مداربسته 2.3 اینچی — هدف گیری دوربرد را در محیط های بسیار کم نور ارائه می دهد.
- سنسور تصویر دوربین امنیتی 1.2 اینچی — نقطه ای شیرین برای بسیاری از دوربین های امنیتی با حساسیت قابل قبول فراهم می کند.
- سنسور تصویر دوربین امنیتی 1.3 اینچی – عملکرد خوب در نور کم و نرخ فریم بالا را ارائه می دهد.
مزیت حسگر CMOS نسبت به CCD
ارزان تر، کم مصرف تر و قابل ادغام روی تراشه از مزیت های سنسور CMOS نسبت به CCD است. هزینه تولید سنسورهای تصویر CMOS نسبت به سنسورهای تصویر CCD کمتر است، زیرا تجهیزات تولید نیمه هادی موجود را می توان برای تولید آنها تغییر کاربری داد. برخلاف سنسورهای CCD که از مدارهای آنالوگ با ولتاژ بالا استفاده می‌کنند، سنسورهای CMOS از مدارهای دیجیتال کوچک‌تری استفاده می‌کنند که انرژی کمتری مصرف می‌کند و اصولاً عاری از لکه (رگه‌های سفید عمودی در تصویر گرفته شده در زیر نور شدید) و بلومرینگ (کدر شدن تصاویر مانند لکه های سفید). از آنجایی که یک مدار منطقی را می توان در طول فرآیند ساخت در تراشه تعبیه کرد، حسگرهای CMOS با مدار پردازش تصویر روی تراشه برای کاربردهایی مانند تشخیص تصویر و دید مصنوعی در حال توسعه هستند و برخی از دستگاه ها در حال حاضر در حال استفاده عملی هستند.
انواع شاتر در حسگر دوربین مداربسته
شاتر در سنسورهای تصویر دوربین به دو صورت رولینگ را غلتیکی هستند و یا به صورت گلوبال و سراسری. نوع شاتر در واقع به نحوع ثبت و خواندن تصویر اشاره می کند. با شاتر غلتکی، زمان نوردهی برای همه پیکسل های حسگر یکسان است. اما نوردهی با تاخیر انجام می شود. تصویر شماره (1) نشان دهنده این موضوع است. طول نوارهای آبی روشن برای همه ردیف های ماتریس یکسان است که همان زمان نوردهیست. اما در هر ردیف از نقطه متفاوتی شروع شده است که این همان تاخیر بین نوردهیست. به عبارت دیگر، این معماری «متوالی یا Sequential» است: خواندن بلافاصله پس از زمان نوردهی ردیف.
تصویر شماره (1)
این طرح تصویری (تصویر2) را ارائه می دهد که همه به طور همزمان گرفته نشده و در زمان کمی تاخیر وجود دارد. این می تواند در کاربری هایی که به نرخ فریم بالا نیاز دارند، مشکل ایجاد کند.
تصویر شماره (2)
در مقابل زمان نوردهی در سنسورهای شاتر سراسری یا گلوبال به طور همزمان شروع می شود و به پایان می رسد. تصویر3 نشان دهنده این شرایط است که نوارهای آبی روشن همه در یک راستا قرار دارند. به این ترتیب اطلاعات داده شده توسط هر پیکسل به بازه زمانی یکسانی در آن تصویر بدست می آید، اشاره دارد. در این حالت فقط خواندن به ترتیب است و ولتاژ نمونه گیری به یک لحظه دقیق از زمان برای همه آرایه اشاره دارد. این نوع سنسور برای کاربردهای با سرعت بالا الزامی است.
تصویر شماره (3)
سنسورهای رنگی در مقابل تک رنگ
پس از فرآیند دریافت نور، هر پیکسل از تصویر اطلاعات سطح خاکستری را ارائه می دهد: معمولاً سطح بندی بر اساس 256 سطح خاکستری (اگر وضوح 8 بیتی)، 1024 سطح (10 بیت) یا 4096 (12 بیت) است. بنابراین، تصویر به دست آمده تک رنگ (سیاه و سفید) است. برای نمایش یک تصویر رنگی، حداقل 3 مختصات لازم است: مختصات قرمز، مختصات سبز و مختصات آبی. این 3 مقدار را می توان به همان شیوه یک تصویر تک رنگ، با محدوده 256، 1024 یا 4096 سطح برای هر 3 کانال بیان کرد.
به عنوان مثال چند رنگ را با 3 کانال رنگی سبز، قرمز و آبی بیان می کنیم:
- سفید (R=255، G=255، B=255)
- مشکی (0,0,0)
- سبز (0,255,0)
- زرد (255,255,0)
- بنفش (255,0,255)
استفاده از حسگر رنگ برای کاربری هایی که رنگ در آنها اهمیت دارد ضروری است. حسگر رنگ ذاتاً کند است در حالیکه یک سنسور تک رنگ بسیار سریع تر است. در یک حسگر تک رنگ هر پیکسل با 8 بیت توصیف می شود و این در حالی است که در یک سنسور رنگی هر پیکسل دارای 8 بیت برای کانال قرمز، 8بیت برای کانال سبز و 8 بیت برای کانال آبی است. سه برابر تعداد داده برای پردازش که موجب بالاتر بردن زمان پردازش و در نتیجه نرخ فریم کندتر می شود.
ثبت ديدگاه