برای ساخت و تولید سیستم‌های حفاظتی و نظارتی از جمله دوربین‌های مداربسته، قطعات بسیاری به کار می روند که هر یک از آنان در تصویر خروجی دوربین موثر اند. یکی از مهمترین این قطعات سنسورهای تصویری هستند. در این مقاله به بررسی انواع سنسور دوربین مداربسته، بیان تفاوت‌های آنها و همچنین نحوه عملکرد هر کدام از آنها می‌پردازیم.
سنسور دوربین مداربسته چیست؟
سنسور یا حسگر تصویری در دوربین‌های مداربسته، بخش مهمی از دوربین است. این سنسور نوری که به دریچه و لنز دوربین برخورد می‌کند را دریافت کرده و سپس آن را به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل می‌کند. این سیگنال ویدیویی در حافظه دوربین به صورت تصویری قابل مشاهده ذخیره می‌شود و می‌توان آن را دید. یکی از مواردی که باید در هنگام خرید دوربین مداربسته به آن توجه کنید، تکنولوژی و نوع سنسور تصویری آن است. این موضوع به شما کمک می‌کند تا با توجه به کارایی که از دوربین انتظار دارید، بهترین گزینه را انتخاب کنید.
امروزه دو نوع سنسور تصویری در دوربین‌های مداربسته وجود دارد که البته یکی از آنها بیشتر در نسل‌های قدیمی‌تر استفاده می‌شود. برای دوربین‌های مداربسته دو نوع سنسور حرکتی وجود دارد:
- سنسورهای تصویری CCD
- سنسورهای CMOS
در ادامه ابتدا درباره نحوه عملکرد کلی سنسور تصویری صحبت می‌کنیم و سپس به بررسی این دو نوع سنسور می‌پردازیم.
سنسورهای تصویری چگونه کار می کنند؟
ابتدا نور موجود در محیط به اجسام و اشیای موجود در زاویه دید دوربین برخورد می‌کند و سپس بازتاب آن از لنز دوربین عبور کرده و به سطح سنسور و گیرنده دوربین مداربسته می‌رسد. در این مرحله و پس از دریافت اولین سیگنال نوری، سنسور شروع به تبدیل سیگنال نوری به پالس الکتریکی می‌کند. هر حسگر از تعداد زیادی فوتو سایت (photosite) تشکیل شده است. میزان نور در هر فتوسایتِ مجزا تعیین می‌کند که در هر پیکسل ویدیوی شما چقدر نور خواهد داشت و در نهایت بخش های روشن/تاریک هر پیکسل یک تصویر منسجم را در ویدیوی نهایی تشکیل می‌دهند.
سنسورهای CCD
CCD یا در واقع (Charge Coupled Device) CCD از مدارهای مجتمع آشکارساز نوری (اُپتیکال) تشکیل شده است که در آن از نیمه هادی‌ها استفاده شده است. در این سنسورها از دیودهای نوری برای ذخیره شدت نور بازتاب شده استفاده می‌شود. دیودهای نوری در این سنسور به صورت ماتریسی در کنار یکدیگر قرار دارند که آن سلول تصویر یا پیکسل می‌گویند. این قسمت پس از دریافت نور، سیگنال خروجی را به صورت اختلاف پتانسیل به پردازنده مرکزی برای تبدیل به تصویر منتقل می‌کند.
اولین حضور حسگرهای CCD در دنیای دوربین‌های مداربسته به حدود 30 سال پیش باز می‌گردد و به همین دلیل بیشتر، آنها را در دوربین‌های قدیمی‌تر می‌توان دید.
نمای شماتیک از سنسور CCD
عیب حسگر CCD چیست؟
یکی از عیب‌های بزرگ این سنسور، تاخیر در تبدیل سیگنال نوری به سیگنال الکتریکی بود. مخصوصا زمانی که دوربین حرکت کند این تاخیر بیشتر هم می‌شود. محدودیت در سرعت بازخوانی اطلاعات به قدری بود که گاهی اوقات برای انتقال تصویر به مانیتور و LCD ساعت ها زمان صرف می‌شد.
علاوه بر این ممکن بود یک تصویر شبه زنده با نرخ فریم افتضاح دریافت کنید. اما با این همه این سنسور برای ضبط تصاویر ایستا گزینه نسبتا خوبی به حساب می‌آید.
سایز سنسور CCD در دوربین مداربسته
این سنسورهای تصویر در چندین اندازه متفاوت موجود هستند، اما برای دوربین مداربسته، اصلی‌ترین اندازه‌ها عبارتند از:
- 1/2 اینچ
- 1/3 اینچ
- 1/4 اینچ
- 1/8 اینچ
سایز 1/3 اینچی آن متداول ترین نوع است که در 90 درصد کاربردهای دوربین مدار بسته مناسب است.
نکته اصلی که در هنگام خرید لنز جدا از دوربین باید در نظر داشت، اطمینان از سازگاری CCD و لنز است. اگر سنسور CCD دارای سایز 1/3 اینچی است، لنز با فرمت تصویر 1/3 اینچ را انتخاب کنید. هرگز از یک CCD کوچکتر از فرمت تصویر لنز استفاده نکنید!
سنسور تصویری CMOS
حسگرهای CMOS (نیمه‌هادی اکسید فلزی مکمل) از فناوری جدیدتری برای ضبط تصویر با وضوح HD بهتر و همچنین ضبط سریعتر حرکت استفاده می‌کنند و در اکثر دوربین‌های جدید IP یافت می‌شوند.
نحوه عملکرد و دریافت بازتاب نور در این سنسور، هیچ فرقی با سنسور CCD ندارد؛ با این حال، این دو فناوری در مرحله بازخوانی اطلاعات و سیگنال‌ها از هم جدا می‌شوند.
در سنسورهای CMOS، هر پیکسل مدار بازخوانی اطلاعات مخصوص خودش را دارد و از یک جفت فتودیود تقویت کننده برای تبدیل فوتون به ولتاژ استفاده می‌کند.
از آنجایی که هر ستون سنسور CMOS دارای ADC (مبدل آنالوگ به دیجیتال) خاص خودش است، هزینه‌های تولید در این سنسورها کمتر است. زیرا هم ADC و هم حسگر تصویربرداری روی یک قالب سیلیکونی قرار دارند. همچنین امکان طراحی فشرده‌تر را فراهم می‌کند.
نمای شماتیک از سنسور CMOS
مزایای سنسور CMOS
همانطور که انتظار دارید، از آنجایی که هر پیکسل به صورت موازی خوانده می‌شود، سنسورهای CMOS می‌توانند بسیار سریعتر باشند. امروزه این امر در دریافت و مشاهده تصاویر و ضبط آنها مهم است. بازخوانی سریعتر حسگر به معنای اعوجاج کمتر اجسام متحرک و همچنین پتانسیل بیشتر برای مشاهده زنده و بدون وقفه است. یکی از کاربردهای این سنسورها در دوربین‌های پلاک خوان است. جایی که نیاز است سرعت عمل دوربین در دریافت و ثبت اطلاعات پلاک بالا باشد.
انواع سنسورهای موجود در بازار:
تا اینجا با تفاوت‌ها و کاربردهای هر دو نوع سنسور آشنا شدید. می‌دانیم که ھر نوع حسگر تصویر مزایا و معایبی دارد که با توجه به نیاز باید استفاده شود. پیشرفت تکنولوژی ساخت سنسور، ھر دو نوع سنسور را برای طیف وسیعی از نیازھا مناسب ساخته است.
در ادامه انواع سنسورهای موجود در بازار ایران و کاربردهای آنها را معرفی می‌کنیم.
سنسور های CMOS موجود در بازار :
1- سنسور SONY
سنسور های سونی معمولا شامل مدل های IMX 238 و 323 IMX و 322 IMX و 255 IMX و… هستند. کمپانی سونی سنسور هایی با زاویه دید بازتری تولید کرده و کیفیت تصویر بالاتری (در صورت اصل بودن) داراست. به همین ترتیب قیمت آن ها در بازار از سایرین بالاتر است اما پایداری آن طول زمان بیشتر از سایرین است.
2- سنسور APTINA
سنسور های آپتینا نسبت به سونی از قیمت و همچنین کیفیت پایین تری برخوردارند و معمولا شامل مدل های AR0141 ، AR0130 ، AR0230 و … می شوند. سنسور های آپتینا از کیفیت متوسط رو به بالایی برخودارند و زاویه دید بسته تری نسبت به سونی دارند.
3- سنسور OMNIVISION یا OV
سنسورهای اُمنی ویژن به دلیل استفاده از مایعی کریستالی در ساخت آن، کیفیت و قیمت پایین‌تری نسبت به سونی و آپتینا دارند. این سنسورها بعد از مدتی تغییر رنگ در تصویر را به دنبال خواهند داشت و نویزدار و مات می‌شوند.
4- سنسورهای XM
سنسور های XM نیز از سنسور های موجود در بازار کنونی هستند مانند مدل XM320. این سنسور ها از لحاظ کارایی ، کیفیت و قیمت با امنی ویژن برابری می کنند و نسبت به آپتینا و سونی کیفیت پایین تری دارند.
سنسور های 2033، 2023 و… که به صورت ناشناخته و ناشناس تولید شده اند، در حدود یک سال است که به بازار های دوربین مداربسته وارد شده اند. پس از آزمایش های انجام شده، سنسور خوبی به نسبت قیمت خود محسوب می شوند اما این مدت زمان کوتاه، ملاک خوبی برای قضاوت این سنسور ها نیست و نیاز به زمان بیشتری برای پس دادن امتحان خود دارند.