کدام بهتر است، CCD یا CMOS؟

کدام بهتر است، CCD یا CMOS؟ این سوالی است که بسیاری از عکاسان از خود می‌پرسند. سنسورها یا حسگرهای دوربین دیجیتال از جمله عوامل بسیار مهم و اساسی در عکاسی دیجیتال محسوب شده و در تعیین کیفیت تصویر تاثیر به سزایی دارند. در حال حاضر دو نوع  سنسور تصویر CDD و CMOS در دوربینهای دیجیتال به کار میرود که هر یک از جایگاه ویژه‌ای در دنیای عکاسی دیجیتال برخوردار بوده و دارای معایب و مزیت‌های خاص خود نیز می باشند که سعی میکنیم در ادامه به آن‌ها بپردازیم.

ساختار کلی سنسورهای CCD و CMOS

اگر بخواهیم تعریف ساده‌ای از سنسورهای دوربین دیجیتال ارائه دهیم باید بگوئیم که کار این حسگرها، تبدیل الکترون‌ها به ولتاژ است که در سنسورهای CCD و CMOS این عمل به شیوه‌های متفاوتی صورت می گیرد.

یک سنسور CMOS در هر یک از سنسورهای تصویر (سلول‌های نوری) خود دارای یک مدار جداگانه است پس اطلاعات مربوط به هر پیکسل به صورت جداگانه خوانده و توسط مدار موجود در همان پیکسل به اطلاعات دیجیتال تبدیل میشود که کار این مبدل دیجیتال تبدیل ولتاژ دریافتی به اعداد دودویی یعنی همان صفر و یک است.

چنین ساختاری هرچند باعث تجمع و ازدیاد مدارها بر روی تراشه میشود اما از کارایی بسیار بالایی برخوردار است. در حالی که در یک حسگر CCD، بار الکتریکی دخیره شده در تمام پیکسلهای موجود بر روی سطح تراشه خوانده شده و سپس به یکباره به مبدل آنالوگ به دیجیتال فرستاده میشوند. به همین خاطر CCD نسبت به CMOS انرژی بیشتری مصرف میکند اما تصاویری با کیفیت تری پدید می‌آورد.

مصرف انرژی

از آن جا که حسگرهای CMOS در تبدیل نور ورودی به اطلاعات دیجیتال از کارایی بالایی برخوردارند، نسبتا مصرف انرژی پائینی دارند. در یک دوربین که از حسگرهای CCD بهره می‌گیرد، میزان کاری که برای تبدیل ولتاژ موجود در یکایک پیکسل‌ها به اطلاعات دیجیتال صورت می‌گیرد، نیازمند صرف میزان زیادی از انرژی است که در نتیجه مصرف باتری دوربین را بالا می‌برد.

هرچند شاید این مساله برای بسیاری از عکاسان مساله چندان مهمی تلقی نشود اما کم مصرف بودن دارای کاربردها و مصارف بسیاری در تکنولوژی امروز است. در صورتی که تجهیزاتی چون دوربین‌های امنیتی، دوربین‌های گوشی‌های همراه، لوازم الکترونیکی و کامپیوترها میزان زیادی انرژی مصرف می‌کردند این مساله می‌توانست برای کاربران دردسرساز باشد.

گفته می‌شود که سنسور تصویر CCD صدبرابر CMOS  انرژی مصرف می‌کنند که اختلاف قابل‌توجهی است.

کیفیت تصویر

حسگرهای CMOS اصولا نسبت به حسگرهای CCD تصاویری با کیفیت پائین تر پدید می‌آورند زیرا وجود مدارهای متعدد بر روی تراشه، باعث بزرگ‌تر شدن اندازه ی پیکسل های موجود بر روی تراشه می‌گردد.

بنابراین اگر دو حسگر CCD و CMOS هم اندازه داشته باشیم بر روی تراشه‌ای که از حسگرهای CCD بهره می‌گیرد، پیکسل‌های بیشتری جای خواهند گرفت. هرچند یک سنسور دیجیتال برای تبدیل ولتاژ موجود در هر پیکسل به اطلاعات دیجیتال نیازمند صرف زمان و انرژی بیشتر است اما پیکسل‌ها فضای کمتری از سطح تراشه را اشغال می کنند و در نتیجه می‌توان تعداد بیشتری پیکسل در آن جای داد.

علاوه بر این وجود مدارهای متعدد در سطح تراشه CMOS باعث ایجاد انرژی گرمایی بیشتری می‌شود در نتیجه میزان نویز ایجاد شده در حسگر CMOS اساسا از یک سنسور CCD هم اندازه با آن، بیشتر است. هم‌چنین این تفاوت در ساختار تراشه باعث می‌گردد تا تصاویر ایجاد شده با حسگرهای CCD از دامنه‌ی پویایی (dynamic range) بیشتری برخوردار باشند. در مقابل تصاویر گرفته شده با حسگرهای CMOS ازلحاظ اشباع رنگی و کنتراست نسبت به حسگرهای CCD برتری دارند.

[irp posts=”404″ name=”رزولوشن در عکاسی دیجیتال”]

حساسیت به نور

حسگرهای CCD در نور کم از عملکرد بهتری نسبت به حسگرهای CMOS برخورداند. وجود مدار در حسگرهای CMOS حساسیت به نور را در این حسگرها پائین می‌آورد. در این جا مدارها حکم لایه‌ای اضافی بر روی حسگر را پیدا می‌کنند بنابراین به نوری بیشتر برای نفوذ به درون این لایه نیاز است.

با این حال، حسگرهای CMOS  از مزیت اضافه کردن gain به تصویر برخوردارند زیرا فاصله‌ی میان مدار و پیکسل آن قدر کم است که دوربین می‌تواند در هنگام ثبت تصویر، نوردهی را تقویت کند. در یک دوربین CCD، انرژی لازم برای افزایش نوردهی تصویر باید از منبع و فرایندی واحد تامین شود که به نوبه‌ی خود باعث کاهش کارایی دوربین می‌گردد.
علاوه بر این حسگرهای CMOS  نسبت به همتای خود فناوری جدیدتری محسوب می‌شوند در حالی که تراشه‌های CCD مدت زمان بیشتری است که برای دوربین‌های دیجیتال به کار می‌روند بنابراین عملکردشان در خلال این سال‌ها بیشتر تصحیح شده و ارتقاء یافته است.

در نقطه مقابل حسگرهای CMOS به علت کم‌هزینه بودن فرایند ساخت‌شان، به لحاظ قیمت از حسگرهای CCD ارزان‌ترند. با این حال و علی‌رغم تفاوت‌ها، مزیت‌ ها و معایب ذکر شده، این دو نوع حسگر از کاربردها و مصارف خاص خود در دنیای دوربین‌های دیجیتال برخوردارند.

در پایان باید خاطر نشان کرد، هرچند حسگرهای CCD از قابلیت ثبت تصاویری با کیفیت بالاتر و حسگرهای CMOS از لحاظ مصرف انرژی دارای کارایی بهتری می‌باشند لیکن رشد و پیشرفت سریع تکنولوژی در سال‌های اخیر باعث گردیده تا این سیستم‌ها با برطرف کردن اشکالات و ارتقا دادن توانایی‌های خود هر روز بیش از پیش به لحاظ کارکرد به هم شبیه گردند.

حال امیدواریم بتوانید به این سوال که کدام بهتر است، CCD یا CMOS؟ بتوانید پاسخ دهید.

مطالعه بیشتر:            [irp posts=”392″ name=”چگونگی عملکرد سنسورهای دوربین دیجیتال”]

تنظیم و ترجمه: هادی آذری