ভূমিকা
স্মার্টফোন থেকে স্ব-ড্রাইভিং গাড়ি থেকে শিল্প পরিদর্শন সরঞ্জামগুলিতে, ডিজিটাল চিত্রগুলি ক্যাপচার করে এমন প্রায় সমস্ত ডিভাইস একটি মূল প্রযুক্তির উপর নির্ভর করে: সিএমওএস ইমেজ সেন্সর (সিআইএস)। এটি আলোকে ডিজিটাল সংকেতগুলিতে রূপান্তর করার জন্য দায়ী যা বৈদ্যুতিন ডিভাইসগুলি দ্বারা স্বীকৃত এবং প্রক্রিয়াজাত করা যায়।
সুতরাং, একটি সিএমওএস ইমেজ সেন্সর কী? এর অভ্যন্তরীণ কাঠামো কী? কীভাবে আলোকে ডিজিটাল ইমেজে রূপান্তর করা হয়? কেন এটি সিসিডি প্রতিস্থাপন করেছে এবং মূলধারায় পরিণত হয়েছে? এই নিবন্ধটি আপনাকে সিএমওএস ইমেজ সেন্সরগুলির গভীরতর বোঝাপড়া সরবরাহ করবে, তাদের কার্যকরী নীতিগুলি, মূল উপাদানগুলি, সুবিধাগুলি এবং বর্তমান প্রযুক্তিগত বিবর্তন বিশ্লেষণ করবে।
সিএমওএস ইমেজ সেন্সর (সিআইএস) কী?
একটি সিএমওএস ইমেজ সেন্সর একটি অর্ধপরিবাহী ডিভাইস যা পরিপূরক ধাতু-অক্সাইড-সেমিকন্ডাক্টর (সিএমওএস) প্রযুক্তি ব্যবহার করে ঘটনার আলো (ফোটন) বৈদ্যুতিক সংকেতগুলিতে রূপান্তর করতে, শেষ পর্যন্ত একটি ডিজিটাল চিত্র গঠন করে।
সহজ কথায় বলতে গেলে, একটি সিএমওএস ইমেজ সেন্সর হ'ল হাজার হাজার ক্ষুদ্র আলোকসংশ্লিষ্ট ইউনিট সহ একটি সংহত সার্কিট চিপ, যাকে পিক্সেল বলা হয়, এটি তার পৃষ্ঠে ঘনভাবে প্যাক করা। প্রতিটি পিক্সেল আলো সনাক্ত করতে পারে এবং এটিকে বৈদ্যুতিক চার্জে রূপান্তর করতে পারে, যা পরে চিপে সংহত সার্কিটের মাধ্যমে ডিজিটাল ডেটাতে রূপান্তরিত হয়, শেষ পর্যন্ত আমরা দেখি ডিজিটাল চিত্রটি গঠন করে।
কার্যনির্বাহী নীতি: হালকা থেকে পিক্সেল পর্যন্ত
সিএমওএস ইমেজ সেন্সরগুলি কীভাবে কাজ করে তা বোঝার মূল বিষয় হ'ল তারা কীভাবে পিক্সেল স্তরে কাজ করে এবং কীভাবে সংকেতটি পড়া হয় তা বোঝা।
ফটোয়েলেকট্রিক রূপান্তর (ফটোডিয়োড):
প্রতিটি পিক্সেলের প্রাণকেন্দ্রে একটি ফটোডিয়োড। যখন হালকা (ফোটন) কোনও ফটোডিয়োডকে আঘাত করে, তখন বৈদ্যুতিন-গর্তের জোড়া উত্পন্ন হয়, যেখানে ইলেক্ট্রন সংগ্রহ করা হয় এবং চার্জ উত্পন্ন হয়। ঘটনার আলো যত শক্তিশালী, প্রদত্ত এক্সপোজার সময়ে আরও চার্জ জমা হয়।
চার্জ জমে ও রূপান্তর:
একটি ফটোডিয়োড দ্বারা সংগ্রহ করা চার্জের পরিমাণ আলোর তীব্রতার সাথে সমানুপাতিক। এই চার্জগুলি অস্থায়ীভাবে ফটোডিয়োডের জংশন ক্যাপাসিট্যান্সে সংরক্ষণ করা হয়। পড়ার সময়, এই জমে থাকা চার্জগুলি ভোল্টেজ সংকেততে রূপান্তরিত হয়।
সক্রিয় পিক্সেল সেন্সর (এপিএস):
এটি সিএমওএস সেন্সর এবং traditional তিহ্যবাহী সিসিডি সেন্সরগুলির মধ্যে মৌলিক পার্থক্য। একটি সিএমওএস সেন্সরে, প্রতিটি পিক্সেলে তার নিজস্ব সক্রিয় সার্কিটরি থাকে, সাধারণত একাধিক ট্রানজিস্টর (সর্বাধিক সাধারণত 3 টি বা 4 টি আর্কিটেকচার) সমন্বয়ে গঠিত। এই ট্রানজিস্টরগুলি পিক্সেলের ভিতরে কী ফাংশনগুলি সম্পাদন করে:
- ট্রানজিস্টর পুনরায় সেট করুন:একটি নতুন এক্সপোজার চক্রের প্রস্তুতির জন্য ফটোডিয়োডের শেষ এক্সপোজার থেকে চার্জ সাফ করতে ব্যবহৃত হয়।
- উত্স অনুসরণকারী\/পরিবর্ধক ট্রানজিস্টর:ফটোডিয়োডে জমে থাকা চার্জটিকে ভোল্টেজ সিগন্যালে রূপান্তর করে এবং শব্দ কমাতে এবং সংকেত শক্তি বাড়ানোর জন্য বাফারিং বা প্রাথমিক পরিবর্ধন সম্পাদন করে।
- সারি নির্বাচন করুন ট্রানজিস্টর:পিক্সেলটি যেখানে অবস্থিত সারিটির সিগন্যালটি অ্যাক্সেস করার জন্য বাহ্যিক পঠন সার্কিটগুলিকে অনুমতি দেওয়ার জন্য একটি স্যুইচ হিসাবে কাজ করে।
- (4 টি আর্কিটেকচারে) স্থানান্তর গেট ট্রানজিস্টর:একটি 4 টি পিক্সেলে, ফটোডিয়োড চার্জটি একটি ভাসমান প্রসারণে স্থানান্তর করে, যা পরে উত্স অনুগামীদের সাথে সংযুক্ত থাকে। এই স্থানান্তর গেটটি ফটোয়েলেকট্রিক রূপান্তর দক্ষতা উন্নত করতে এবং শব্দ হ্রাস করতে সহায়তা করে।
সমান্তরাল রিডআউট এবং অ্যানালগ-টু-ডিজিটাল রূপান্তর (এডিসি):
যেহেতু প্রতিটি পিক্সেলে সক্রিয় সার্কিট রয়েছে, তাই সিএমওএস সেন্সরগুলি সমান্তরালে পড়তে পারে। এর অর্থ হ'ল একাধিক সারি বা পিক্সেলের কলামগুলি একই সময়ে সংকেতগুলি পড়তে পারে এবং প্রতিটি সংকেত একটি এমপ্লিফায়ারের (সাধারণত পিক্সেল নিজেই বা কলাম প্রান্তে) পাস করার পরে একটি অ্যানালগ-থেকে-ডিজিটাল রূপান্তরকারী (এডিসি) এ প্রেরণ করা হয়।
- সিসিডির বিপরীতে, সিএমওএস সেন্সরগুলি সাধারণত সেন্সর চিপে সরাসরি এডিসি সংহত করে এবং এমনকি প্রতিটি কলাম বা প্রতিটি পিক্সেল গ্রুপের জন্য স্বতন্ত্র এডিসি কনফিগার করতে পারে, যার ফলে অত্যন্ত উচ্চ ডেটা রিডআউট গতি অর্জন করে। এডিসি অ্যানালগ ভোল্টেজ সংকেতকে ডিজিটাল মানগুলিতে রূপান্তর করে, যা চূড়ান্ত চিত্রের পিক্সেল ডেটা।
একটি সিএমওএস চিত্র সেন্সরের মূল উপাদানগুলি
একটি সম্পূর্ণ সিএমওএস চিত্র সেন্সর চিপে একাধিক কার্যকরী মডিউল রয়েছে:
- পিক্সেল অ্যারে:একটি দ্বি-মাত্রিক গ্রিড ঘন ঘন ফটোডিয়োড এবং সক্রিয় ট্রানজিস্টর দিয়ে প্যাক করা, যা চিত্র ক্যাপচারের মূল অঞ্চল।
- রঙ ফিল্টার অ্যারে (সিএফএ):পিক্সেল অ্যারের উপরে অবস্থিত, এটি সাধারণত বায়ার প্যাটার্ন গ্রহণ করে এবং প্রতিটি পিক্সেল কেবল তিনটি রঙের লাল, সবুজ এবং নীল রঙের মধ্য দিয়ে যেতে দেয়। এইভাবে, প্রতিটি পিক্সেল কেবলমাত্র একটি নির্দিষ্ট রঙের আলোর তীব্রতা রেকর্ড করে এবং তারপরে ডেমোসাইসিং এর মাধ্যমে সঞ্চালিত হয়আইএসপিরঙ চিত্র পুনর্গঠন করতে।
- মাইক্রোলেন্স:রঙ ফিল্টারের উপরে অবস্থিত, প্রতিটি পিক্সেল একটি মাইক্রোলেনের সাথে সম্পর্কিত, যা প্রতিটি পিক্সেলের ফটোডিয়োডে হালকা ব্যবহারের উন্নতি করতে আরও কার্যকরভাবে আলোক ফোকাস করতে ব্যবহৃত হয়।
- সারি\/কলাম ডিকোডার:সঠিকভাবে সম্বোধন করতে এবং পিক্সেল সারি বা কলামটি পড়তে নির্বাচন করতে ব্যবহৃত হয়।
- রিডআউট সার্কিটরি:পিক্সেল-স্তরের এম্প্লিফায়ার (উত্স অনুসারী), কলাম এম্প্লিফায়ার এবং এডিসিগুলি এনালগ সংকেতগুলিকে ডিজিটাল সংকেতগুলিতে রূপান্তর করতে চিপে সংহত করে।
- সময় এবং নিয়ন্ত্রণ যুক্তি:এক্সপোজার, রিসেট, পড়া ইত্যাদি সহ পুরো সেন্সর অপারেশনের সময় পরিচালনা করে
- ডিজিটাল আউটপুট ইন্টারফেস:প্রক্রিয়াজাত ডিজিটাল চিত্রের ডেটা একটি বাহ্যিক চিত্র সিগন্যাল প্রসেসর (আইএসপি) বা হোস্ট কন্ট্রোলারে প্রেরণ করে।
সিএমওএস বনাম সিসিডি: সিএমওগুলি কেন প্রাধান্য পায়
সিএমওএস সেন্সরগুলির উত্থানের আগে, সিসিডি (চার্জ-কাপলড ডিভাইস) সেন্সরগুলি ছিল ডিজিটাল ইমেজিংয়ের মূলধারার। সিসিডি সেন্সরগুলি "বালতি রিলে" এর মতো কাজ করে: প্রতিটি পিক্সেল দ্বারা সংগৃহীত চার্জটি সংলগ্ন পিক্সেলগুলিতে একে একে পাস করা হয় যতক্ষণ না এটি রূপান্তরকরণের জন্য চিপের প্রান্তে একটি রিডআউট নোডে পৌঁছায়। এই সিরিয়াল রিডআউট পদ্ধতি সহজাত সীমাবদ্ধতা নিয়ে আসে।
সিএমওএস সেন্সরগুলির অনন্য আর্কিটেকচারের কারণে সিসিডি সেন্সরগুলির তুলনায় নিম্নলিখিত উল্লেখযোগ্য সুবিধা রয়েছে, সেগুলি তৈরি করেবেশিরভাগ ক্যামেরা মডিউলগুলির জন্য প্রথম পছন্দআজ:
- উচ্চ গতি:সিএমওএসের সমান্তরাল রিডআউট একসাথে একাধিক সারি বা কলামগুলির কলামগুলি একই সাথে প্রক্রিয়াকরণের অনুমতি দেয়, যা সিসিডির সিরিয়াল রিডআউটের চেয়ে অনেক দ্রুত, তাই একটিউচ্চ ফ্রেমের হারঅর্জন করা যেতে পারে।
- কম বিদ্যুৎ খরচ:সিএমওএস সেন্সরগুলি পিক্সেলের অভ্যন্তরে চার্জ-টু-ভোল্টেজ রূপান্তর সম্পাদন করে এবং রিডআউট প্রক্রিয়াটির জন্য সিসিডি হিসাবে ঘন ঘন প্রচুর পরিমাণে চার্জ সরিয়ে নেওয়া প্রয়োজন হয় না, সুতরাং বিদ্যুতের খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেয়েছে, এটি ব্যাটারি চালিত ডিভাইসগুলির জন্য খুব উপযুক্ত করে তোলে (যেমন স্মার্টফোন)।
- কম খরচ:সিএমওএস সেন্সরগুলি স্ট্যান্ডার্ড সেমিকন্ডাক্টর উত্পাদন প্রক্রিয়া ব্যবহার করে উত্পাদিত হতে পারে, যা আরও ব্যয়বহুল এবং ভর-উত্পাদন করা সহজ।
- উচ্চতর সংহতকরণ:সিএমওএস প্রযুক্তির উপর ভিত্তি করে, চিত্র সেন্সরগুলি সহজেই কন্ট্রোল লজিক, এডিসি এবং এমনকি কিছু আইএসপি ফাংশনগুলির সাথে একই চিপের সাথে "ক্যামেরা-অন-এ-চিপ" গঠনের জন্য সংহত করা যায়, যার ফলে বাহ্যিক উপাদানগুলি হ্রাস করে এবং সিস্টেমের জটিলতা এবং ব্যয় হ্রাস করে।
- কম স্মিয়ার\/ব্লুমিং:যেহেতু প্রতিটি পিক্সেল স্বাধীনভাবে পড়া হয়, তাই সিএমওএস সেন্সরগুলি সিসিডি স্মিয়ার (উল্লম্ব সাদা রেখাগুলি) এবং ব্লুম (উজ্জ্বল অঞ্চলগুলি থেকে বাইরের দিকে ছড়িয়ে থাকা সাদা দাগগুলি) কম ঝুঁকির মধ্যে থাকে।
- নমনীয় রিডআউট:সিএমওএস সেন্সরগুলি পুরো সেন্সরটি না পড়ে নির্দিষ্ট অঞ্চলগুলি (আরওআই) পড়তে পারে।
সিএমওগুলির historical তিহাসিক অসুবিধাগুলি (মূলত কাটিয়ে উঠেছে)
রোলিং শাটার প্রভাব:বেশিরভাগ সিএমওএস সেন্সরগুলি রোলিং শাটার রিডিং ব্যবহার করে, যা দ্রুত চলমান বস্তুর শুটিং করার সময় চিত্রের বিকৃতি ঘটাতে পারে। তবে প্রযুক্তির বিকাশের সাথে,গ্লোবাল শাটারসিএমওএস সেন্সরগুলি উত্থিত হয়েছে, এই সমস্যাটি সমাধান করে এবং শিল্প ও পেশাদার ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।গ্লোবাল শাটার বনাম রোলিং শাটার সম্পর্কে নিবন্ধ.
Ically তিহাসিকভাবে উচ্চ শব্দ:প্রারম্ভিক সিএমওএস সেন্সরগুলি প্রতিটি পিক্সেলে ট্রানজিস্টরগুলির সংহতকরণের কারণে অতিরিক্ত শব্দ প্রবর্তন করে। তবে, উত্পাদন প্রক্রিয়া এবং শব্দ হ্রাস প্রযুক্তির অগ্রগতির সাথে (যেমন পিক্সেলগুলিতে পারস্পরিক সম্পর্কযুক্ত ডাবল স্যাম্পলিং সিডি সংহত করার জন্য) আধুনিক সিএমওএস সেন্সরগুলি শব্দ নিয়ন্ত্রণে দুর্দান্ত অগ্রগতি করেছে, এমনকি কিছু দিকগুলিতে সিসিডি ছাড়িয়ে গেছে।
উন্নত সিএমওএস প্রযুক্তি
সিএমওএস ইমেজ সেন্সর প্রযুক্তি এখনও বিকশিত হচ্ছে, এবং এখানে কিছু গুরুত্বপূর্ণ উদ্ভাবন রয়েছে:
- ব্যাকসাইড আলোকসজ্জা (বিএসআই):Dition তিহ্যবাহী সিএমওএস সেন্সর (সামনের আলোকিত) ফোটোডিয়োডের উপরে ধাতব ওয়্যারিং এবং ট্রানজিস্টর রাখুন, কিছু আলো ব্লক করে। বিএসআই প্রযুক্তি নীচের বা ফটোডিয়োডের পিছনে তারের স্তরটি সরিয়ে নিয়ে যায়, আলোককে আরও সরাসরি এবং দক্ষতার সাথে আলোক সংবেদনশীল অঞ্চলে পৌঁছানোর অনুমতি দেয়, বিশেষত আলোক সংবেদনশীলতা এবং কোয়ান্টাম দক্ষতার উন্নতি করে, বিশেষতকম-হালকা পরিবেশে, এবং এটি আধুনিক স্মার্টফোন ক্যামেরা মডিউলগুলির একটি স্ট্যান্ডার্ড বৈশিষ্ট্য।
- স্ট্যাকড সিএমও:বিএসআই প্রযুক্তির আরও বিকাশ। এটি পিক্সেল অ্যারে চিপ এবং লজিক প্রসেসিং চিপ (আইএসপি এবং স্টোরেজ সহ) আলাদাভাবে তৈরি করে, তারপরে তাদের একসাথে স্ট্যাক করে এবং তাদেরকে ছোট সংযোগকারীদের সাথে সংযুক্ত করে। এই ত্রি-মাত্রিক স্ট্যাকিং কাঠামো কেবল সেন্সরটিকে ছোট করে তোলে না, তবে দ্রুত প্রসেসিং গতি এবং আরও অন-চিপ ফাংশনগুলি সক্ষম করে।
- গ্লোবাল শাটার সিএমও:অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য বিশেষভাবে ডিজাইন করা হয়েছে যার জন্য বিকৃতি-মুক্ত উচ্চ-গতির গতি চিত্রগুলি ক্যাপচার করা প্রয়োজন, এটি প্রতিটি পিক্সেলের মধ্যে চার্জ সংরক্ষণের জন্য একটি মেমরি যুক্ত করে সমস্ত পিক্সেল একই সাথে উন্মুক্ত করতে সক্ষম করে, রোলিং শাটার প্রভাবটি সমাধান করে।
উপসংহার
সিএমওএস ইমেজ সেন্সর (সিআইএস), আলোকে ডিজিটাল চিত্রগুলিতে রূপান্তর করার মূল প্রযুক্তি হিসাবে, তার অনন্য সক্রিয় পিক্সেল আর্কিটেকচার এবং সমান্তরাল রিডআউট সক্ষমতার মাধ্যমে উচ্চ গতি, কম বিদ্যুৎ খরচ, স্বল্প ব্যয় এবং উচ্চ সংহতকরণের সুবিধাগুলি অর্জন করে। যদিও রোলিং শাটারের মতো চ্যালেঞ্জগুলি ছিল, ব্যাক-আলোকিত, স্ট্যাকড এবং গ্লোবাল শাটারের মতো উন্নত প্রযুক্তির অবিচ্ছিন্ন উদ্ভাবনের সাথে, সিএমওএস সেন্সরগুলি তাদের historical তিহাসিক অসুবিধাগুলি কাটিয়ে উঠেছে, পারফরম্যান্সে লাফিয়ে উঠেছে এবং বিভিন্ন ডিজিটাল ইমেজিং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে একটি নিখুঁত প্রভাবশালী অবস্থান দখল করেছে।
সিএমওএস ইমেজ সেন্সরগুলির নীতিগুলি এবং বৈশিষ্ট্যগুলির একটি গভীর বোঝা জড়িত যে কোনও পণ্য বা সিস্টেম বিকাশকারীর জন্য জড়িত একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রথম পদক্ষেপক্যামেরা মডিউল। এটি এই ক্ষুদ্র "বৈদ্যুতিন চোখ" যা আধুনিক ডিভাইসগুলিকে বিশ্ব পর্যবেক্ষণ ও বোঝার ক্ষমতা দেয়।
সম্পর্কিত FAQs
1. একটি সিএমওএস চিত্র সেন্সর কত দীর্ঘ স্থায়ী হয়? এটা কি পরা হবে?
A.সিএমওএস চিত্র সেন্সরগুলি সলিড-স্টেট সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসগুলি যান্ত্রিক পরিধানের অংশ নেই। সাধারণ অপারেটিং অবস্থার অধীনে (তাপমাত্রা এবং ভোল্টেজের মতো নকশার সীমাবদ্ধতার মধ্যে) তাদের জীবন খুব দীর্ঘ, সাধারণত যে পণ্যটিতে তারা সংহত হয় তার জীবনকে অনেক বেশি করে দেয়। এর কার্যকারিতা অবক্ষয় মূলত দীর্ঘ সময়ের মধ্যে জমে থাকা অন্ধকার কারেন্টের বৃদ্ধি থেকে আসে (বর্ধিত শব্দ হিসাবে প্রকাশিত হয়) তবে এটি সাধারণত একটি খুব ধীর প্রক্রিয়া এবং ভোক্তা পণ্যগুলির জীবনে লক্ষণীয় নয়। চরম তাপ বা বিকিরণ বার্ধক্যকে ত্বরান্বিত করতে পারে।
২. সিএমওএস সেন্সরগুলি ক্ষতির জন্য সংবেদনশীল বা "বার্ন-ইন" traditional তিহ্যবাহী ফিল্মের মতো?
A.সিএমওএস সেন্সরগুলি সাধারণত traditional তিহ্যবাহী ফিল্ম বা প্রারম্ভিক সিসিডি সেন্সরগুলির চেয়ে বেশি টেকসই হয় তবে সেগুলি সম্পূর্ণ "অবিনাশী" নয়। অত্যন্ত দৃ strong ় প্রত্যক্ষ আলোতে (যেমন সরাসরি সূর্যের দিকে নির্দেশ করা, লেজার বিমগুলি), দীর্ঘমেয়াদী ওভারস্যাচুরেটেড এক্সপোজারটি পিক্সেল (মৃত পিক্সেল বা হট স্পট) এর স্থায়ী ক্ষতি হতে পারে বা "বার্ন-ইন" প্রভাবের কারণ হতে পারে। অতএব, ক্যামেরা মডিউলগুলি দীর্ঘ সময়ের জন্য চরম আলোর সংস্পর্শে আসা থেকে এড়ানো উচিত।
৩. সিএমওএস ইমেজ সেন্সরগুলির মিনিয়েচারাইজেশনের সীমা কত?
A.সিএমওএস ইমেজ সেন্সরগুলির ক্ষুদ্রায়ন পদার্থবিজ্ঞান এবং উত্পাদন প্রক্রিয়াগুলির আইন দ্বারা সীমাবদ্ধ। যখন পিক্সেলের আকারটি একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে হ্রাস করা হয়, তখন ফোটন সংগ্রহের দক্ষতা হ্রাস পাবে, শব্দটি তুলনামূলকভাবে বৃদ্ধি পাবে এবং কোয়ান্টাম প্রভাব আরও সুস্পষ্ট হয়ে উঠবে, যার ফলে চিত্রের গুণমান হ্রাস পাবে। একই সময়ে, পর্যাপ্ত সার্কিটগুলি (যেমন ট্রানজিস্টর) সংহত করা এবং অত্যন্ত ছোট আকারে দক্ষ তাপ অপচয় হ্রাস অর্জন করা অত্যন্ত কঠিন হয়ে পড়ে। এটি সত্ত্বেও, নির্মাতারা এখনও ছোট এন্ডোস্কোপিক ক্যামেরা বা পরিধানযোগ্য ডিভাইসের চাহিদা মেটাতে এই সীমাগুলি ভেঙে ফেলার জন্য নতুন উপকরণ এবং কাঠামো (যেমন স্ট্যাকড, আরও উন্নত বিএসআই) অন্বেষণ করছেন।
