آشنایی با ccd

google_mz · Feb 1, 2011

CCD چیست؟

CCD قلب دوربین های دیجیتال بوده و جای شاتر و هم فیلم را در دوربین های معمولی می گیرد. ظهور این تکنولوژی به سال 1960، زمانی که تلاش برای تولید حافظه های ارزان و در مقیاس بالا در حال انجام بود بر می‌گردد. در ابتدا استفاده از این تکنولوژی برای گرفتن تصویر به مخیله دانشمندانی که بر روی آن کار می کردند نیز خطور نمی کرد.
در سال 1969، Willard Boyle و George Smith از CCD برای نگهداری اطلاعات استفاده کردند. اولین CCD مربوط به تصویر برداری به فرمت 100 * 100 پیکسل، در سال 1974 توسط شرکت Faichild Electronics تولید گردید. در سال‌ بعد این وسیله در دوربین های تلویزیونی برای رسانه های تجاری و بعدا در تلسکوپ ها و وسایل تصویر برداری پزشکی مورد استفاده قرار گرفت. مدتها پس از این زمان بود که CCD در دوربین های دیجیتالی مورد استفاده عموم به فروشگاههای خیابانی راه پیدا نماید.
این وسیله نظیر چشم انسان ولی بصورت الکترونیکی کار می‌نماید. هر CCD از میلیونها سلول بنام فتوسایت یا فتودیود تشکیل شده است. این نقاط در واقع سنسورهای حساس به نوری هستند که اطلاعات نوری را به یک شارژ الکتریکی تبدیل می‌نمایند. وقتی اجزای نور که فتون نامیده می شود وارد بدنه سیلیکون فتوسایت می شود، انرژی کافی برای آزادسازی الکترونهایی که با بار منفی شارژ شده اند ایجاد می‌ گردد. هر چه نور بیشتری وارد فتوسایت شود، الکترونهای بیشتری آزاد می شود. هر فتوسایت دارای یک اتصال الکتریکی می باشد که وقتی ولتاژی به آن اعمال می شود، سیلیکون زیر آن پذیرای الکترونهای آزاد شده می شود و همانند یک خازن برای آن عمل می کند. بنابر این هر فتوسایت دارای یک شارژ ویژه خود می باشد که هر چه بیشتر باشد، پیکسل روشنتری را ایجاد می کند.
مرحله بعدی در این فرآیند بازخوانی و ثبت اطلاعات موجود در این نقاط است. وقتی که شارژ به این نقاط وارد و خارج می شود، اطلاعات درون آنها حذف می شود و از آنجایی که شارژ هر ردیف با ردیف دیگر کوپل می شود، مثل اینست که اطلاعات هر ردیف پشت ردیف قبلی چیده شود. سپس سیگنال ها در حد امکان بدون نویز وارد تقویت کننده شده و سپس وارد ADC می شوند.
فتوسایت های روی یک CCD فقط به نور حساسیت نشان می دهند، نه به رنگ. رنگ با استفاده از فیلترهای قرمز – سبز و آبی که روی هر پیکسل گذارده شده است شناسایی می شود. برای اینکه CCD از چشم انسان تقلید کند، نسبت فیلترهای سبز دو برابر فیلترهای قرمز و آبی است. این بخاطر اینست که چشم انسان به رنگهای زرد و سبز حساس تر است. چون هر پیکسل تنها یک رنگ را شناسایی می کند، رنگ واقعی (True Color) با استفاده از متوسط گیری شدت نور اطراف پیکسل که به میان یابی رنگ مشهور است، ایجاد می شود.
جدیدا فوجی فیلم در طراحی CCD دست به ابداع جالبی زده است. این شرکت بجای استفاده از آرایش مربعی برای فتوسایت ها، از فتوسایت های کاملا متفاوت هشت ضلعی بزرگتری که در ردیفهایی با زاویه 45 درجه مرتب شده اند استفاده کرده است. با این کار مشکل نویزهای سیگنال که برای فشردگی فتوسایتها بر روی CCD محدودیت ایجاد می کرد حل شده است. با این کار رنگهایی واقعی تر و محدوده دینامیکی وسیعتر و حساسیت به نور بالاتر به دست می آید که نتیجه آن عکسهای دیجیتالی شارپ تر و با رنگهای جذاب تر می باشد.

منبع: بخش مقالات سایت عکاسی ۱۶ تير ۸۲

کد:

http://www.akkasee.com/articles/

برای اطلاع بیشتر:

کد:

http://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device

کد:

http://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor

کد:

http://en.wikipedia.org/wiki/Super_CCD

کد:

http://en.wikipedia.org/wiki/Foveon_X3_sensor

آشنایی با CMOS:

کد:

http://forum.majidonline.com/showthread.php?p=1051351

google_mz · Feb 1, 2011

تکنولوژی Fujifilm SuperCCD SR

تکنولوژی Fujifilm SuperCCD SR:

شرکت فوجی بتازگی نوع سنسور جدیدی بنام SuperCCD SR را معرفی نموده است. اعلام این محصول دومین اعلام فوجی در مورد ساخت سنسوری است که چهارمین پیشرفت SuperCCD شناخته میشود. SuperCCD SR (Super Dynamic Range) تقریبا دو گام محدوده دینامیکی بالاتر از CCD های معمولی دارد. ( محدوده دینامیکی عبارتست از نسبت بین شدیدترین تا ضعیفترین نور موجود در صحنه. معمولا دوربین های عکاسی نمی توانند تمام محدوده نوری موجود در صحنه هایی که تفاوت نوری زیادی وجود دارد را بدرستی ثبت نمایند. هر چه محدوده دینامیکی یک CCD دارای گامهای بیشتری باشد توانایی آن در ثبت دقیقتر جزئیات موجود در سایه روشنهای تصویر بیشتر خواهد بود-م) پشت هر میکرولنز روی سطح سنسور دو فتودیود وجود دارد، فتودیود اصلی سطوح تاریک و عادی نور را ثبت می کند (دارای حساسیت بالاتری است) و دومی جزئیات روشنتر را می گیرد (حساسیت کمتری دارد). سیگنالهای دو سنسور بطریقی هوشمندانه ترکیب می شوند تا تصویری با محدوده دینامیکی گسترده تری ارائه دهند. اولین سنسور از نوع SuperCCD SR دارای تعداد پیکسل های موثر3 مگاپیکسل می باشد.
شرکت فوجی فیلم SuperCCD SR را به عنوان تکنولوژی معرفی نموده است که برای شبیه سازی محدوده دینامیکی نگاتیوها طراحی شده است. فیلم های عکاسی دارای لایه های مختلف با حساسیت مختلف می باشند که محدوده دینامیکی وسیعی را ایجاد می نمایند. SuperCCD SR به گونه ای طراحی شده است که این خاصیت را با استفاده از دو فتودیود که دارای حساسیت های متفاوت می باشند شبیه سازی نماید.

SuperCCD SR برای جایگزینی فیلم با استفاده از دو فتودیود با حساسیت های متفاوت طراحی شده است.

ساختار SuperCCD SR – یک میکرولنز در ابتدا، یک فیلتر رنگ و دو فتودیود روی هر نقطه سنسور

فتودیود اصلی حساسیت بالا اما حدوده دینامیک کمی دارد و طیف های تاریک و عادی را می گیرد.

فتودیود دوم حساسیت پایین اما محدوده دینامیک 4 برابر فتودیود اصلی دارد .

پردازنده دوربین خروجی دو فتودیود را پردازش نموده و تصویر نهایی دارای محدوده دینامیکی گسترش یافته بوجود می آید.

google_mz · Feb 1, 2011

تکنولوژی Fujifilm SuperCCD SR

در زمان عکس برداری هر دو فتودیود اطلاعات را همزمان ثبت مینمایند. فتودیود اصلی ابتدا و فرعی بعد از آن خوانده می شود.

شبیه سازی کارآیی

شماتیک آرایش فتودیودهای SuperCCD SR – با استفاده از این سنسور تصویر عکس به دست آمده جزئیات بیشتری ر ا در نواحی بسیار روشنتر یا تناریکتر ازحد معمول در بر خواهد داشت. با استفاده از یک سنسور با 3 میلیون سلول (جفت فتودیودها)، الگوریتم LSI دوربین مقادیر بینابینی را محاسبه نموده و فایلی با دقت 6 میلیون پیکسل به دست خواهد داد.

مقاله اصلی:

کد:

http://www.dpreview.com/news/0301/03012202fujisuperccdsr.asp

منبع: همان منبع پست اول به تاریخ ۲۱ مهر ۸۲

google_mz · Feb 1, 2011

تکنولوژی سنسور Fujifilm SuperCCD EXR

تکنولوژی Super CCD EXR:

سنسور‌های دارای تکنولوژی Super CCD EXR، در ادامه تکنولوژی Super CCD فوجی است که این شرکت در 10 سال گذشته معرفی کرده و تو سعه داده است.
سیستم EXR از دو جهت با اکثر سنسورهای مرسوم متفاوت است. اولین تفاوت این است که الگوی آرایش فتوسایت‌ها متفاوت است (اگر بخواهیم دقیق‌تر بگوییم، آرایش فیلترهای رنگی فتودیودها با سایر سنسورها متفاوت است). الگوی جدید به این معنی است که بر خلاف سنسورهای مرسوم، همیشه دو فتوسایت مجاور هم با همان رنگ وجود دارد. تفاوت دوم در نحوه قرایت اطلاعات سنسور است که در ادامه توضیح داده خواهد شد.

الگوی "بایر" که در سنسورهای بیشتر دوربین‌های دیجیتال فعلی استفاده می‌شود.

آرایش فیلتر رنگی سنسورهای Super CCD EXR فوجی

مزیت این آرایش زمانی آشکار می‌شود که بخواهیم به منظور افزایش حساسیت، اطلاعات چهار پیکسل یا بیشتر را به عنوان یک پیکسل بزرگ یا " سوپر پیکسل"‌با هم ترکیب کنیم (به این کار اصطلاحا pixel-binning یا "ترکیب پیکسل" می‌گویند که در تصاویر بالا به صورت ناحیه روشن‌تر نشان داده شده است). انجام این کار با سنسور "بایر" منجر به از دست دادن شدید رزولوشن می‌شود (بخاطر این که برای جلوگیری از مشکلات رنگی ناشی از ترکیب کردن چند سلول با رنگ‌های مختلف، مجبور به مات کردن تصویر هستیم). EXR برای ترکیب پیکسل‌ها تنها دو پیکسل با رنگ یکسان را ترکیب می‌کند (به جای 4 پیکسل یا بیشتر)، هر چند در این روش افزایش حساسیت کمتر است (بخاطر استفاده از سلول کمتر)، اما در عوض افت رزولوشن نیز تا حد قابل ملاحظه‌ای کمتر است.

در الگوی "بایر"، نزدیکترین فتوسایت با رنگ یکسان حداقل به اندازه عرض یک پیکسل دور است.

در آرایش EXR همیشه یک فتوسایت مجاور با همان رنگ قرار دارد.

در آرایش پیکسلی EXR همیشه یک فتوسایت همرنگ در مجاورت پیکسل قرار دارد که امکان می دهد اطلاعات سلول همسایه بدون ایجاد مشکلات رنگی شدید (موجی شدن تصویر که در آرایش "بایر" دیده می‌شود) با هم ادغام شود. برای حذف این مشکلات رنگی در آرایش "بایر"، باید تصویر را کمی مات کنیم که باعث می‌شود بخش زیادی از جزئیات تصویر از بین برود. این سنسور برای اولین بار در دوربین جدید فوجی به نام F200 EXR استفاده شده است. این آرایش همراه با تغییراتی در نحوه استفاده از سنسور، به F200 EXR امکان می‌دهد که سه رویه را برای ثبت تصویر در پیش بگیرد:

مد HR
مد رزولوشن بالا (High Resolution) که در بیشتر حالات استفاده می‌شود حالت عادی شبیه به تمام دوربین‌های دیگر است. در این حالت دوربین از خاصیت EXR خود استفاده نمی‌کند. اما اگر نور کافی باشد و دوربین بتواند خروجی تصویر مناسبی داشته باشد، در حالت HR نیز می‌تواند از مد EXR استفاده کند.

مد SN
در شرایط نور کم، دوربین می‌تواند از مد SN استفاده کند که از آرایش فیلتر رنگی طراحی شده برای ترکیب پیکسلی بهره می‌گیرد. از آنجا که بیشتر نویز تصویر به صورت اتفاقی شکل می‌گیرد، ترکیب نتایج دو فتوسایت باعث می‌شود که میزان نویز متعادل‌تر شود. بنابر این هدف مد SN، بهبود نسبت سیگنال به نویز، با استفاده از یک تصویر 6 مگاپیکسلی حاصل ترکیب پیکسلی از یک سنسور 12 مگاپیکسلی است.

مد DR
سنسور EXR کاری بیش از ترکیب پیکسلی انجام می‌دهد. مدار زیرساخت سنسور دو کانال قرائت داده دارد که اطلاعاتشان را از ردیف‌های مختلف سنسور دریافت می‌کنند. در نتیجه این سنسور می‌تواند همانند دو سنسور لابلای هم عمل کند که برای هر نیمه از فتوسایت‌ها دارای زمان نوردهی متفاوتی باشد. با این کار نصف فتوسایت‌ها می‌تواند به صورت عمدی با زمان نوردهی کمتر عکاسی کند تا مناطق روشن‌تر تصویر را بخوبی ثبت کند. بعدا می توان این اطلاعات بدست آمده برای مناطق روشن‌تر تصویر را با خروجی بقیه سلول‌ها که با زمان مناسب نوردهی شده ترکیب کرد و دوباره با استفاده از خاصیت همجواری رنگ‌های یکسان، به تصویری با محدوده دینامیکی بالا رسید.

سنسور EXR می تواند نیمی از فتوسایت‌ها را که به صورت روشن نشان داده شده، زمان کمتری نسبت به بقیه نوردهی کند. این کار با خواندن اطلاعات این سلول‌ها قبل از پایان زمان نوردهی عادی انجام می‌شود. آرایش فیلتر‌های رنگی باعث می‌شود که بتوان سلول‌ها را به صورت جفتی با هم ترکیب کرد.

این تکنولوژی‌ها می‌تواند نوید بخش این باشد که بعضی از نقایص دوربین‌های فشرده که سنسور‌های کوچک دارند قابل رفع است. البته، این مدهای اضافه سنسور به این معنی است که پردازش تصویری اضافه‌ و غیرمعمولی مورد نیاز است که فعلا امکان ارائه خروجی تصویر RAW را از شرکت فوجی سلب کرده است.

منبع: همان منبع پست اول به تاریخ ۱۳ ارديبهشت ۸۸

google_mz · Feb 1, 2011

تکنولوژی x3

تکنولوژی X3:

در سال 2002 وقتی شرکت Foveon بعد از پنج سال تحقیق و توسعه، یک سنسور تصویری جدید را که ادعا می شد قادر به رسیدن به کیفیت فیلم های 35mm است عرضه نمود، چشم انداز دوربین های دیجیتال قابل رقابت با کیفیت دوربین های فیلمی تا حد زیادی روشن گردید.
در دوربین های دیجیتال معمولی فیلترهای رنگی با الگوی موزائیکی بر روی یک لایه تکی از حسگرهای نوری قرار گرفته اند. فیلترها فقط به یک طول موج از نور – قرمز، سبز یا آبی – اجازه عبور و رسیدن به پیکسل سنسور را داده و فقط یک رنگ در هر نقطه ثبت می گردد. در نتیجه سنسور تصویر فقط 50% رنگ سبز و 25% از هر کدام از رنگهای قرمز و آبی را ثبت می نماید.

این روش ایرادی ذاتی داشت که بستگی به تعداد پیکسل های روی سنسور تصویر نداشت. بعنی بهر حال چون این سنسور یک سوم رنگ ها را تشخیص می دهد، مابقی رنگها می بایست با استفاده از یک الگوریتم پیچیده و زمانبر میان یابی می شد. این کار نه تنها عملکرد دوربین را کند می سازد، بلکه باعث ایجاد رنگ مصنوعی در تصویر و از دست رفتن جزئیات تصویر می گردد. بعضی از دوربینها برای حل مشکل مصنوعی شدن رنگها، تصویر را به طور عمدی اندکی مات می کنند.

سنسور تصویر جدید Foveon که از نوع CMOS می باشد و از تکنولوژی انقلابی این شرکت یعنی X3 استفاده می نماید، در هر پیکسل از سنسور سه برابر اطلاعات بیشتر از دوربین های مدرن با تعداد پیکسلهای مساوی ثبت می نماید. سنسورهای تصویر X3 این کار را با استفاده از سه لایه از تشخیص دهنده های نور که در سیلیکون جاسازی شده اند انجام می دهند. لایه ها به گونه ای قرار گرفته اند تا از این خاصیت سیلیکون که در عمقهای مختلف رنگهای متفاوتی از نور را تشخیص می دهد استفاده نمایند. بنابر این در یک لایه رنگ قرمز ، در دیگری سبز و لایه بعدی آبی ثبت می شود. این بدان معنی است که برای هر پیکسل در سنسورهای X3، انباره ای (Stack) برای سه تشخیص دهنده نور وجود دارد. نتیجه سنسوری می شود که قادر است در هر پیکسل هر سه رنگ قرمز، سبز و آبی را تشخیص دهد و در نتیجه به عنوان اولین سنسور تصویر دیجیتال تمام رنگی دنیا معرفی گردد.

VPS:

تکنولوژی X3 شرکت Foveon نه تنها به تصاویر بهتری منجر می شود، بلکه دوربین های بهتری را نیز به وجود خواهد آورد. درواقع، با این تکنولوژی نوع جدیدی از دوربین ها به وجود خواهد آمد که به آرامی مرز میان دوربین های عکاسی و فیلمبرداری را بر خواهد داشت بدون اینکه کیفیت هیچکدام از وظایف دوربین افت نماید. چون سنسورهای تصویری X3 تمام رنگها را در هر نقطه ثبت می نماید، این پیکسلها را می توان برای ایجاد سوپر پیکسلهای بزرگ و تمام رنگی با هم در یک گروه قرار داد. این قابلیت که به نام (VPS:Variable Pixcel Sizing) شناخته می شود از جمله دیگر "اولین"های عکاسی دیجیتال به حساب می آید.

با VPS می توان سیگنالهای رسیده از یک گروه پیکسل را به گونه ای با هم ادغام نمود که دوربین آنها را به عنوان یک داده تکی بخواند. مثلا یک سنسور تصویر 1500*2300 بیش از 3.4 میلیون پیکسل دارد. اما اگر از تکنولوژی VPS برای گروه بندی پیکسلها در بلوک های 4*4 استفاده شود، مثل اینست که سنسور تصویر دارای 375*575 پیکسل است که هر پیکسل 16 برابر بزرگتر از پیکسل معمولی است. اندازه و ترکیب بندی گروه پیکسل ها متغیر است، مثلا 2*2 ، 4*4، یا 5*3 و غیره و این گروه ها با استفاده از مدارهای پیچیده ای که با سنسورهای تصویری X3 Foveon درآمیخته اند کنترل می شود.

گروه بندی پیکسلهای کوچکتر در پیکسلهای بزرگتر نسبت سیگنال به نویز را زیاد می کند. این قابلیت امکان گرفتن عکسهای تمام رنگی در شرایط نور کم با نویز پایین را فراهم می آورد. استفاده از VPS برای کاهش تعداد پیکسلهایی که باید دوربین بخواند، باعث افزایش شرعت فریم های سنسور و در نتیجه افزایش سرعت عکس برداری در ثانیه دوربین FPS خواهد شد. این افزایش سرعت و حساسیت منافع دیگری در بر دارد که از آن جمله به بهبود سیستم فوکوس دوربین می توان اشاره کرد.
ضمنا VPS امکان انتخاب مد عکاسی با کیفیت بالا یا فیلم برداری با کیفیت عالی را فراهم کرده و اولین دوربین های دو کاره فیلم برداری – عکاسی بوجود خواهد آمد. تا کنون دوربینها یی که هر دو کار عکاسی و فیلم برداری را انجام می دهند مجبورند کارایی یک بخش را فدای کیفیت بخش دیگر نمایند. مثلا عکس دوربین های فیلم برداری کیفیت مناسبی ندارد و بالعکس فیلم گرفته شده با دوربین های عکاسی دیجیتال تعریفی ندارد. طراحی منحصر بفرد سنسورهای تصویری X3 Foveon امکان انجام هر دو وظیفه به نحو احسن را فراهم نموده است. دوربین Sigam SD9 با سنسور 3.4 مگاپیکسلی اولین دوربین SLR بود که از این تکنولوژی استفاده کرد.

برای اطلاع بیشتر سایت شرکت Foveon:

کد:

http://www.foveon.com/

منبع: همان منبع پست اول به تاریخ مهر ۸۲

google_mz · Feb 1, 2011

3ccd:

3CCD:

CCD یک دوربین دیجیتال فیلم برداری که معمولا اندازه ای در حدود یک چهارم اینچ دارد – همانند دوربین های عکاسی دیجیتال که قبلا به طور کامل شرح داده شد – نور دریافتی از لنز دوربین را جمع آوری و پردازش نموده و به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می نماید.

در حالی که بیشتر دوربینهای معمولی به یک CCD مجهز شده اند، مدلهای مدرنتر دارای سه سنسور می باشند.

دراین حالت یک منشور که در سر راه لنز قرار دارد نور را به سه رنگ تشکیل دهنده آن تجزیه نموده و هر جزء را روی یک CCD می اندازد.

نتیجه این کار بسیار عالی است – البته قیمت عالی هم دارد- و فیلم به دست آمده دارای کیفیت رنگی و تصویری بسیار بهتر از دوربین های دارای یک CCD است.

تعداد پیکسل های CCD این دوربین ها از مدلی به مدل دیگر فرق می کند، ولی حداقل از نظر فیلم اگر نگاه کنیم بالاتر بودن تعداد پیکسلها لزوما به معنی بالاتر بودن کیفیت فیلم به دست آمده نمی باشد. مثلا CCDهای دوربین های فیلم برداری Canon معمولا تعداد پیکسل پایینتری نسبت به دوربینهای JVC و یا Panasonic دارند، ولی بااین وجود دارای کیفیت تصویر عالی می باشند.

برای اطلاع بیشتر:

کد: