مقایسه سنسورهای CMOS و CCD

مهمترین ویژگی یک دوربین دیجیتال ، مشخصات سنسور آن است که اثر مستقیم بر روی کیفیت تصاویر آن دارد . در معرفی دوربین , مشخصات سنسور تحت عنوان های :
Imaging Element , Image Sensor یا اسامی مشابه ذکر شده است .مهمترین پارامتر سنسور , وضوح یا تعداد نقاط تشکیل دهنده تصویر است که در معرفی سنسور ذکر می شود .مثلا ۶ مگاپیکسل . معمولا در معرفی وضوح از دو عبارت :
Effective pixels ( پیکسل های موثر ) و Total pixels ( تعداد کل پیکسل ها ) استفاده میشود که تعداد پیکسل های موثر , کمتر از تعداد کل پیکسل ها ی آن بوده و آنچه اهمیت دارد تعداد پیکسل های موثر است . بخشی از سطح سنسور عملا با یک رنگ سیاه پوشانده شده است و سازندگان سعی دارند با تنظیم ابعاد تصویر , روی سنسور یک نسبت ابعاد استاندارد ایجاد نمایند .سنسور ها معمولا از انواع CCD , CMOS یا Super CCD میباشند .

تکنولوژی‌های حس گر تصویر CMOS و CCD در اواخر ۱۹۶۰ تا اوایل ۱۹۷۰اختراع شده است. در آن زمان عملکرد CMOS با تکنولوژی چاپ سنگی ( لیتوگرافی ) موجود محدود می‌شد. محدود شدن عملکرد CMOS به وسیله‌ی تکنولوژی چاپ سنگی این اجازه را به CCD داد که برای ۲۵ سال بعدی بر CMOS چیره شود.


۱٫ سنسور سی سی دی ( CCD Charge-Coupled Devices )

این نوع سنسور در اکثر دوربینهای دیجیتال امروزی به کار رفته است . آنها از میلیونها سلول نوری تشکیل شده اند. هر سلول میزان روشنایی نوری که به آن تابیده می شود را به ولتاژ الکتریکی تبدیل میکند . ccd ها در برخی اسکنر ها هم استفاده شده اند و دارای تعداد نقاط (resolution) متفاوتی هستند .

CCD های امروزی آن قدر تکامل یافته اند که می‌توانند تصویر کامل و بدون نویزی را ارائه کنند. معمولاً چیپ CCD به طور مجزا استفاده شده و در کنار آن از چیپ دیگری برای پردازش تصویر و تفکیک رنگها استفاده میشود.

به همین دلیل دوربین‌های CCD دارای چندین چیپ مجزا در کنار هم خواهند بود. علاوه بر آن چیپ CCD نیاز به پالس ساعت دقیقی دارد و این مدار نیز به صورت چیپ مجزا ساخته می‌شود. استفاده از چیپ‌های مجزا امکان تداخل نویز و کاهش کیفیت را به همراه خواهد داشت. ضمن آنکه حجم دوربین‌های بزرگ و مصرف توان بیشتر خواهد شد.

مزیت های سنسور CCD نسبت به سنسور CMOS عبارتند از :

حساسیت CCD به نور بشتر از CMOS است . بنابراین عکس ها در شب (Night) و داخل خانه (indoor) در دوربینهای CCD بهتر از CMOS است .
CCD نویزپذیری بسیار کمی دارد اما CMOS به نویز تصویر (اختلال تصویر) بسیار حساس است , که باعث شده یک پردازنده کامپیوتری مخصوص , جهت کاهش یا حذف نویز در دوربینهای CMOS تعبیه شود بنابر این زمان پردازش هر تصویر , طولانی تر از دوربین CCD خواهد بود .

۲٫ سنسورهای CMOS مخفف ( Complementary Metal Oxide Semiconducter:

فناوری دیگر که با سنسورهای CCD در رقابت است سیموس یا CMOS نام دارد . CMOS مخفف عبارت ( Complementary Metal Oxide Semiconducter ) بوده , یک

روش ساخت تراشه های الکترونیکی (IC) میباشد .

این چیپ‌ها ساده، کوچک و ارزان‌تر هستند ولی تمام مزایای چیپ CCD را دارا هستند در چیپ‌های CMOS تمام مدارات الکترونیکی فقط در داخل یک چیپ قرار می‌گیرند.

در اینجا کلیه مدارات الکترونیکی مثل مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال و مولد پالس ساعت در کنار مبدل تصویر به صورت یک چیپ کامل ساخته می‌شوند. دوربین‌های CMOS از نقطه نظر دریافت و تبدیل تصویر کاملا شبیه مبدل‌های CCD هستند ولی پس از تبدیل کاملا متفاوت از آنها هستند، در چیپ‌های CMOS شارژ هر کدام از پیکسل‌های تصویر مستقیما به تقویت کننده‌هایی که از نوع
ترانزیستور‌های CMOS هستند، داده می‌شود. در برخی از چیپ‌ها، تقویت کننده‌ها درست در زیر پیکسل‌ها قرار گرفته اند، به همین دلیل به آنها پیکسلهای فعال Active Pixel گفته می‌شود. یکی از مشکلات چیپهای CMOS هماهنگی و تنظیم اطلاعات خروجی از تقویت کننده‌ها است که باعث نویز پذیری و اختلال در تصویر می‌شود.


از آنجاییکه سطح سنسوری که نور و تصویر را دریافت می‌کند کوچکتر از دوربین‌های CCD است، حساسیت آنها کمتر از دوربین‌های CCD ولی حجم و قیمت آنها باعث کاربرد روز افزون آنها شده است.

اگر چه هنوز سنسور‌های CCD در صنعت فیلمبرداری و پردازش تصویر رایج بوده و حرف اول را می‌زنند ولی تکنولوژی CMOS به خاطر مزایی که دارند می‌توانند به عنوان یک جایگزین خوب و برتر مطرح شوند

مزیت های سنسورهای CMOS نسبت به سنسور CCD عبارتند از :

CMOS در مقایسه باCCD مصرف انرژی کمتری دارد که این یک ویژگی مهم برای کاربران دوربین های دیجیتال است . این دوربین ها در حدود ۳/۱ تا ۱۰/۱ دوربینهای معادل CCD انرژی مصرف می کنند .
تجهیزات الکترونیکی جانبی که برای یک دوربین لازم است میتواند به صورت مجتمع روی خود تراشه CMOS قرار داده شود . اما در مورد CCD به این صورت نیست و اضافه کردن تجهیزات برای کنترل نوردهی و تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال به صورت جداگانه صورت میگیرد . این عامل باعث میشود تا دوربین های مبتنی بر CMOS ارزانتر, کوچکتر و سبک تر ساخته شوند.
به علت تفاوت در ساختار الکترونیکی دوربین های CMOS , مشکل نورگیری بیش از حد تصویر (Over exposure) کمتر به وجود می آید .