تکنولوژی های معمول در دوربین های مداربسته

تکنولوژی معمول دوربین های مداربسته
یک دوربین را می توان به مانند چشم انسان در نظر گرفت،زمانی که نور وارد دوبین می شود به وسیله سنسورهای تبدیل تصویر،CCD،به سیگنال های الکترونیکی تبدیل میگردد.درست مانند آنچه در شبکیه چشم انسان اتفاق می افتد.سپس این سیگنال های الکترونیکی به یک نمایش دهنده مانند تلویزیون فرستاده میگردد.

چشم انسان
چشم انسان تقریبا یک عدسی کروی با قطر ۲٫۵ سانتی متر می باشد که از چندین لایه مختلف که درونی ترین آنها شبکیه نام دارد تشکیل شده است.ماهیچه های اطراف چشم اندازه لنز را تنظیم میکنند که این کار چشم را قادر به زوم (Zoom) کردن روی اشیا می کند.وظیفه عدسی چشم،فرم و شکل دادن به تصویری است که توسط میلیون ها سلول گیرنده مخروطی (Cone) و میله ای (Rod) گرفته شده و بر روی پرده شبکیه افتاده است،میباشد.سلول های میله ای به یک عصب معمولی که از انتها به شبکیه ختم می شود و فقط در سطح نور پایین فعال است متصلند و سلول های مخروطی هرکدام به یمعصب اتصال دارند.آنها در نور شدیدتر،بیشتر فعالند و میزان درک ما از رنگ ها را نوع فعالیت این مخروط ها مشخص می کند.در میان شبکیه ناحیهای به نام نقطه کور وجود دارد که در آن هیچ گونه گیرنده ای موجود نیست.در این ناحیه اعصاب به صورت جداگانه به عصب بینایی که سیگنال های دریافت شده را به قشر بینایی مخ انتقال می دهند،وصل می شود.

دوربین CCD
CCD از جهت عملکرد تقریبا مانند چشم انسان کار می کند. نور از طریق یک عدسی وارد دوربین و بر روی یک پرده مخصوص تصویر می شود که تحت عنوان تراشه CCD شناخته می شود.تراشه CCD ((Charged Coupled Device)) که تصاویر با استفاده از آن گرفته می شوند،از تعداد زیادی سلول تشکیل شده که همگی در یک تراشه با الگوی خاصی مرتب شده اند و تحت عنوان پیکسل (Pixels) شناخته می شوند.زمانی که تراشه CCD این اطلاعات را دریافت می کند،آنها را به شکل سیگنال های دیجیتالی از طریق کابل هایی به سیستم دریافت کننده می فرستد و بعد تصاویر در این سیستم به صورت مجموعه ای ازاعداد ذخیره می شوند.

سایر تکنولوژی ها Complementary Metal Oxide Semiconductor Technology (CMOS)
از آنجا که بر روی این تکنولوژی کار زیادی صورت گرفته و تولید آن در حجم انبوه می باشد،ساخت چیپ های CMOS نسبت به CCD ارزانتر در می آید.دیگر مزیت این سنسورها نسبت به CCD اینست که توان مصرفی آنها پایین تر  می باشد.به علاوه در حالی که CCD تنها برای ثبت شدت نوری که بر روی هر یک از صدها هزار نقاط نمونه برداری می افتد کاربرد دارد،میتوان از CMOS برای منظورهای دیگر،نظیر تبدیل آنالوگ به دیجیتال،پردازش سیگنال های لود شده،تنظیم رنگ سفید (Balance White)، و کنترل های دوربین و … استفاده نمود. همچنین می توان تراکم نقاط  و عمق بیتی تصویر را به راحتی بدون افزایش بیش از اندازه قیمت،بالا برد.به خاطر این مزیت و سایر مزایا،بسیاری از تحلیل گران صنایع اعتقاد دارند که نهایتا تمام دوربین های معمولی دیجیتال از CMOS استفاده خواهند نمود و CCD فقط در دوربین های حرفه ای و گرانقیمت بکار خواهد رفت.در این تکنولوژی  مشکلاتی از قبیل تصاویر دارای نویز و عدم توانایی در گرفتن عکس از موضوعات متحرک وجود دارد که امروزه با رفع این مشکلات،CMOS در حال رسیدن به برابری با CCD می باشد.تا به حال سنسورهای تصویر CMOS با استفاده از تکنولوژی ۰٫۳۵ تا ۰٫۵ میکرونی ساخته شده اند و چشم انداز آینده آن استفاده از تکنولوژی ۰٫۲۵ میکرون می باشد.
سنسور Faveon با ۱۶٫۸ مگاپیکسل (یعنی قدرت ایجاد تصاویری با وضوح ۴۰۹۶*۴۰۹۶ پیکسل) اولین سنسور است که با استفاده از تکنولوژی ۰٫۱۸ میکرون ساخته شده است و یک پرش بزرگ را در صنعت ساخت سنسور تصویر CMOS به نام خود ثبت نموده است.استفاده از تکنولوژی ۰٫۱۸ میکرون امکان استفاده از تعداد بیشتری از پیکسل ها را در فضای فیزیکی معین فراهم کرده و بنابراین سنسوری با وضوح بالاتر به دست می آید.(لازم به ذکر است چون از لحاظ فیزیکی تصویر ایجاد شده توسط لنز تصویری پیوسته بوده و بدون هیچگونه نقطه و ناپیوستگی می باشد،هرچه بتوان پیکسل های سنسور را کوچک تر نمود و تعداد بیشتری از آنها را در ناحیه تشکیل تصویر قرار داد،می توان عکسی با وضوح بالاتر و نزدیکتر به تصویر حقیقی گرفت)ترانزیستورهای ساخته شده با استفاده از تکنولوژی ۰٫۱۸ میکرون کوچکتر بوده و فضای زیادی از ناحیه سنسور را اشغال نمیکنند که می توان از این فضا برای تشخیص نور استفاده نمود.این فضا به طور کارآمدی امکان طراحی سنسوری را که دارای پیکسل های هوشمندتری بوده،و در حین عکس برداری توانایی های جدیدی را بدون قربانی کردن حساسیت نوری به دوربین می دهد،فراهم میکند.با استفاده از این تکنولوژی ۷۰ میلیون ترانزیستور و ۴۰۹۶*۴۰۹۶ سنسور،فقط در فضایی برابربا ۲۲mm*22mm قرار داده می شود و سرعت ISO آن برابر با ۱۰۰ بوده ومحدوده دینامیکی آن ۱۰ استپ است انتظار می رود،بعد از ۱۸ ماه از تولید این سنسور استفاده از آن در وسایل حرفه ای نظیر اسکنرهافوسایل تصویری پزشکی،اسکن پرونده ها و آرشیو موزه ها شروع شود.در آینده ای طولانی تر،انتظار میرود که این تکنولوژی به طور وسیعی در وسایل معمولی موجود در بازار استفاده گردد.

تکنولوژی Fujifilm Super CCD SR
شرکت فوجی به تازگی نوع سنسور جدید به نام Super CCD SR را معرفی نموده است.اعلام این محصول دومین اعلام فوجی در مورد ساخت سنسوری است که چهارمین پیشرفت Super CCD شناخته می شود.(Super CCD SR) (Super Dynamic Range) تقریبا دو گام محدوده دینامیکی بالاتر از CCD های معمولی دارد.(محدوده دینامیکی عبارتست از نسبت بین شدیدترین تا ضعیف ترین نور موجود در صحنه.معمولا دوربین های عکاسی نمی توانند تمام محدوده نوری موجود در صحنه هایی که که تفاوت نوری زیادی وجود دارد را به درستی ثبت نمایند.هرچه محدوده دینامیکی یک CCD دارای گام های بیشتری باشد توانایی آن در ثبت دقیقتر جزئیات موجود در سایه روشنهای تصویر بیشتر خواهد بود.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 میگیرد(حساسیت کمتری دارد)سیگنال های سنسور به طریقی هوشمندانه ترکیب می شوند تا تصویری با محدوده دینامیکی گسترده تری ارائه دهند.اولین سنسور از نوع Super CCD SR دارای تعداد پیکسل های موثر ۳ مگاپیکسل می باشد.شرکت فوجی فیلم Super CCD SR را به عنوان تکنولوژی معرفی نموده است که برای شبیه سازی محدوده دینامیکی نگاتیو طراحی شده است.فیلم های عکاسی دارای لایه های مختلف  با حساسیت مختلف می باشند که محدوده دینامیک وسیعی را ایجاد می مایند.Super CCD 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.

تکنولوژی X3
در سال ۲۰۰۲ وقتی شرکت Foveon بعد از ۵ سال تحقیق و توسعه،یک سنسور تصویری جدید را که ادعا می شد قادر به رسیدن به کیفیت فیلم های ۳۵ میلی متری است عرضه نمود،چشم انداز دوربین های 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 ۵۰% رنگ سبز و ۲۵% از هر کدام از رنگ های قرمز و ابی را ثبت می نماید.این روش ایرادی ذاتی داشت که بستگی به تعداد پیکسل های روی سنسور تصویر نداشت.یعنی به هر حال چون این سنسور یک سوم رنگ ها را تشخیص می دهد،مابقی رنگ ها 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 دوربین ها برای حل مشکل مصنوعی شدن رنگ ها،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 پیکسل های مساوی ثبت می نمای.سنسور های 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 عمق های مختلف رنگ های متفاوتی از نور را تشخیص می دهد استفاده نمایند. بنابراین در یک لایه رنگ قرمز در دیگری سبز و لایه بعدی آبی ثبت می شود.این بدان معنی است که برای هر پیکسل در سنسور های 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.

درک تصویر
با هم تصویر،چه با دوربین گرفته شود و چه با چشم انسان،مقداری تحریف و تغییر شکل و به عبارتی”نویز” وجود دارد.انسان برای درک تصاویری که می بیند نیازی ندارد هیچ کاری در مورد فیلتر کردن و از بین بردن نویزهای یک تصویر انجام دهد.مثلا در یک روز ابری که مه همه جا را فرا گرفته،دید ما به شدت ضعیف و دچار مشکل می شود.اما هر آنچه را که قادر به دیدنش باشیم درک میکنیم.یعنی برای درک اشیا نیازی به حذف نویزهای تصویر نیست.مثلا اگر در این روز در حال رانندگی در یک جاده باشید و تصویر مبهمی از یک ماشین را مقابل خود ببینید،بالطبع عکس العمل نشان می دهید و به عبارتی سرعت خود را کم می کنید و این یعنی ما هنوز تصویر ماشین را علیرغم وجود مه میتوانیم تشخیص دهیم ودر مقابل آن عکس العمل نشان دهیم یا مثلا زمانی که دچار سرگیجه می شوید،علیرغم این که تصاویر اطراف خود را تار و مبهم می بینید اما قادر به درک و تشخیص وسایل و تصاویر اطراف خود هستید.یعنی ابتدا صبر نمی کنید تا سرگیجه تان به پایان برسد . بعد تصاویر را تشخیص دهید و این یعنی با قدرت بینایی انسان،علیرغم خراب شدن تصاویر اطراف،می توانیم متوجه فضای اطراف خود بشویم.اما برای بینایی ماشین ابتدا باید این نویزها طی فرآیندی که تصفیه کردن یا فیلترینگ نامیده می شود،از بین برود و بعد هر آنچه برای پردازش عکس لازم است انجام شود.خوشبختانه در حال حاضر تکنیک هایی برای انجام این کار وجود دارد.
از بین بردن نویزها به صورت نرمال توسط تعدادی از توابع ریاضی یا الگوریتم هایی که تحت عنوان “Treshholding” یا “quantizing” نامیده می شود انجام میگردد.این فرآیند بسیار حرفه ای و پیچیده ای است و نیاز به دانش و پشتوانه بالای ریاضی دارد.زمانی که خرابی ها از بین رفت،میتوانیم پردازش عکس ها را ادامه دهیم که این کار با استخراج صورت ها و حالت ها از یک تصویر انجام می شود.تصویری که مانیتور نشان می دهد مجموعه ای از نقاط سیاه و سفید و یا سه رنگ سبز و قرمز و سفید است درست مانند حالتی که یک صفحه روزنامه را با بزرگنمایی بالا نگاه میکنیم.کوچکترین واحدی که مانیتور به وسیله آنها تصاویر را تشکیل می دهد پیکسل نامیده می شود.در تصاویر موجود در روزنامه برای ایجاد سایه و شکل اندازه نقاط سازنده تصویر در قسمت های مختلف آن متفاوت است و همین امر باعث ایجاد تصویر و رنگ می گردد اما در دوربین ها تمامی پیکسل ها دارای ابعاد یکسانی هستند و هرچه تعداد این پیکسل ها افزایش یابد تصویر به دست آمده از دقت بالاتری برخوردار خواهد بود و جزئیات بیشتری از تصویر به دست خواهد آمد.

تعدادپیکسل ها در انواع دوربین های مداربسته:
۵۰۰۰۰ پیکسل دوربین ۸ میلی متری
۲۰۰۰۰۰ پیکسل دوربین ۱۶ میلی متری
۳۰۰۰۰۰ پیکسل تلویزیون با سیستم NTSC
۳۰۰۰۰۰ پیکسل تلویزیون با سیستم PAL
۱۰۰۰۰۰۰ پیکسل تلویزیون با دقت نمایش بالا
با توجه به نقش حیاتی پیکسل ها در دوربین های دیجیتال،تولید کنندگان و تهیه کنندگان توجه بسیار خاصی نسبت به پارامتر فوق دارند.مگاپیکسل،واحد اندازه گیری بزرگتری نسبت به پیکسل است. مگا، به معنی یک میلیون و پیکسلنقاط بسیار کوچکی می باشند که یک عکس را ایجاد می نمایند.تمامی  تصاویر از نقاط بسیار ریزی به نام پیکسل تشکیل می گردند. یک تصویر حاوی میلیون ها نقطه و یا پیکسل بوده که تشخیص آنان بدون چشم مسلح عملا غیرممکن می باشد بدیهی است.هر اندازه که دوربین دیجیتال دارای پیکسل های بیشتری باشد،قادر به آگاهی جزئیات بیشتری از تصویر خواهد بود.به موازات افزایش اطلاعات مربوط به جزئیات یک تصویر،می توان براحتی ابعاد و اندازه تصویر را بزرگتر و عملیات مربوطه را در ارتباط با آنان انجام داد.
برخی از وضوح های متداول که در دوربین های دیجیتال استفاده می گردد به شرح زیر می باشد:
۲۵۶*۲۵۶ پیکسل:دقت فوق نیز پایین بوده و در اکثر دوربین های دیجیتال ارزان قیمت ارائه می گردد.دقت فوق پایین بوده و معمولا کیفیت تصاویر اخذ شده توسط این نوع از دوربین ها نیز مطلوب نخواهد بود.مجموع تمامی پیکسل ها ۶۵۰۰۰ می باشد.
۶۴۰*۴۸۰ پیکسل:دقت فوق نیز پایین بوده و در اکثر دوربین های دیجیتال از آن استفاده می گردد.در صورتی که قصد گرفتن تصویر و ارسال آن برای دوستان و یا اسفاده از آنان در صفحات وب،وجود داشته باشد،دقت فوق می تواند در این رابطه پاسخگو باشد.مجموع تمامی پیکسل ها ۳۰۷۰۰۰ می باشد.
۱۲۱۶*۹۱۲ پیکسل:در صورتی که قصد چاپ تصاویر اخذ توسط دوربین های دیجیتال وجود داشته باشد،دقت فوق مطلوب خواهد بود، مجموع پیکسل ها ۱٫۱۰۹٫۰۰۰ میباشد.
۱۶۰۰*۱۲۰۰ پیکسل: دقت فوق بالا بوده و می توان تصاویر اخذ شده را با ابعاد بزرگتر چاپ نمود(یک تصویر ۸ در ۱۰ اینچ) مجموع تمامی پیکسل ها تقریبا دو میلیون می باشد.
امروزه دوربین هایی با ۱۰٫۲ میلیون پیکسل نیز عرضه شده است. ضرورت استفاده از دقت بالا در دوربین های  دیجیتال به نوع عملیاتی  که می بایست بر روی تصویر انجام شود بستگی دارد. در صورتی که،هدف استفاده از تصاویر در صفحات وب و یا ارسال آن از طریق نامه الکترونیکی برای دوستان باشد، میتوان از دوربینی که دارای دقت ۶۴۰ در ۴۸۰ پیکسل است استفاده نمود.تعداد تصاویری را که دوربین مداربسته می تواند در خود نگهداری نماید متناسب به افزایش وضوح تصویر کاهش می یابد.در صورتی که تصمیم به چاپ تصاویر اخذ شده وجود داشته باشد،می بایست از دوربین هایی که دارای تعداد پیکسل بیستری می باشند استفاده گردد.در حال حاضر دوربین های چهار و پنج مگاپیکسلی متداول شده اند.
در سیستم دوربین انرژی  پیکسل به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و به محل مورد نظر فرستاده می گردد و در محل مورد نظر این انرژی الکتریکی به نور قابل رویت تبدیل میگردد. این پروسه تبدیل نور به انرژی الکتریکی به نام “تبدیل فتوالکتریک” نامیده می شود و پروسه برعکس این تبدیلات به نام”تبدیل جریان به نور” نامیده می شود بر طبق گفته های بالا می توان گفت که دوربین ها دستگاه های فتوالکتریکی و مونیتورها و تلویزیون ها دستگاه های با تبدیل جریان به نور می باشند.در مورد مجموعه ای از پیکسل ها که تولید تصویر می کنند این متد ها بدین ترتیب انجام می شود که از اولین پیکسل روشنی و تیرگی هر پیکسل و میزان سفیدی و سیاهی آن و یا شدت رنگ پیکسل در تصاویر رنگی به ترتیب خوانده شده و به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود و بعد از جاروب کردن یک ردیف از پیکسل ها به ردیف بعدی رفته و به همین ترتیب عملیات انجام میشود در سمت دیگر توسط دستگاه گیرنده که می تواند مونیتور و یا تلویزیون باشد دریافت شده و عکس این عملیات در دستگاه های گیرنده اتفاق افتاده تا تصویر مورد نظر شکل گیرد.به عبارت دیگر تصویری که باید انتقال داده شود به الگوریتم مشخصی به تعدادی پیکسل تبدیل می شود که این پیکسل ها به صورت سیگنال های الکتریکی به گیرنده فرستاده می شوند و در گیرنده عکس العمل فوق اتفاق افتاده تا دوباره عکس اصلی را داشته باشیم. به مجموعه این عملیات اسکن کردن تصاویر گفته می شود.
با توجه به ساختار چشم انسان در صورتی که تعداد اسکن های گرفته شده از یک تصویر هر ۱٫۳۰ ثانیه (NTSC) و یا هر ۱٫۲۵ ثانیه (PAL) انجام شود چشم انسان آن را به عنوان یک فیلم احساس خواهد کرد.هریک از سیستم های NTSC,SECAM,PAL جزو بزرگترین سیستم های تلویزیونی دنیا محسوب می گردند.سیستم NTSC در کشورهایی مانند ایالات متحده،کانادا،ژاپن،کره و تایوان استفاده می شود.کشورهایی که از سیستم PAL استفاده میکنند شامل کشورهای اروپای غربی،چین،کشورهای آسیایی و کشورهای خاورمیانه میشود.سیستم SECAMدر فرانسه و روسیه و کشورهای شرقی آفریقا و بعضی کشورهای خاورمیانه  مورد استفاده قرار بگیرند.علاوه بر سیستم های یاد شده سیستم های زیر برای سیگنال های ویدیویی نیز کاربد فراوان دارند:سیستم ویدیویی مختلط(Composite Video Signal) که به نام های VBS برای سیستم های رنگی و VS برای سیستم های سیاه و سفید نیز نامیده می شود.در این سیستم اطلاعات به صورت سیگنال  مقدار تشعشعY ،سیگنال رنگ C،سیگنال همزمانی افقی/عمودی S و سیگنال هماهنگ کننده رنگ B طبقه بندی می شوند.البته در حالت VS سیگنال های رنگ و هماهنگ کننده رنگ وجود نخواهد داشت.سیگنال Y/C: در این سیستم سیگنال میزان تشعشع و سیگنال رنگ به صورت جداگانه برای وضع تصویر با کیفیت بالا فرستاده می شوند.سیگنال RGB:در این سیستم که در بسیاری از تولیدات ودیدیویی صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد سیگنال رنگ قرمز R،سیگنال رنگ سبز G،سیگنال رنگ آبی B،سیگنال هماهنگ کننده افقی H و سیگنال هماهنگ کننده عمودی V به طور جداگانه فرستاده می شوند.

۰ Comments

Leave a reply

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

*

CONTACT US

We're not around right now. But you can send us an email and we'll get back to you, asap.

Sending

© [در حال حاضر سال] IMENDID .com

Log in with your credentials

Forgot your details?