Cảm biến ảnh camera

Nếu từng mua hay tìm hiểu về camera giám sát thì chắc bạn sẽ từng bắt gặp hoặc được nghe về các thông số cảm biến như 1/2.8″ Progressive Scan CMOS hoặc cảm biến: 1/2.8″ Progressive Scan CCD. Tôi dám chắc không nhiều khách hàng hiểu nó là gì, vậy hãy cùng GOTECH camera tìm hiểu nhé.

Cảm biến ảnh là gì

Cảm biến ảnh là thiết bị có chức năng chuyển đổi tín hiệu hình ảnh thu được từ việc hấp thụ ánh sáng của vật thể thành tín hiệu điện.

Trong phần lớn các trường hợp sử dụng, tín hiệu điện được số hóa bằng chip ADC nhanh rồi chuyển tới các chip xử lý số khác trong thiết bị số. Chip ADC thường đặt cùng đế với cảm biến ảnh, cho ra dẫn xuất là cảm biến ảnh kỹ thuật số.

nguyen-ly-hoat-dong

Các loại cảm biến ở vùng ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại, tử ngoại được sử dụng phổ biến hiện nay là cảm biến CCD (semiconductor charge-coupled devices), CMOS (complementary metal–oxide–semiconductor). Ngoài ra còn có cảm biến ảnh ở vùng phổ tia X, tia gamma.

Cảm biến ảnh được chia hai dạng:

  • Dạng ma trận hay mảng (Array), thu nhận trực tiếp ảnh hai chiều, sử dụng trong camera, webcam, máy ảnh kỹ thuật số, kính nhìn đêm (Night vision), kính thiên văn, camera trên vệ tinh viễn thám,…
  • Dạng dòng đơn (Line) thu nhận từng dòng và thực hiện quét để thu được toàn ảnh, sử dụng trong máy fax, máy scan các kiểu, và máy đo quang phổ.

Chọn CCD hay CMOS

ccd-va-cmos

Ngày nay, hầu hết các camera quan sát đều sử dụng một trong hai loại cảm biến là CCD và CMOS. Cả CCD và CMOS đều thực hiện một nhiệm vụ giống nhau: biến các tín hiệu ánh sáng thành các tín hiệu điện.

Tuy có dải tần nhạy sáng và kiểm soát nhiễu tốt, ra đời trước và vẫn được sử dụng cho tới ngày nay, nhưng CCD lại khó lắp rap và tiêu thụ điện năng nhiều hơn khiến cho CMOS trở thành chọn lựa số 1 và thịnh hành như hiện nay.

Trong quá khứ, CMOS đi sau CCD và được xem là cảm biến cho chất lượng ảnh chụp thấp hơn nhiều, tuy nhiên với sự đột phá về công nghệ mới ra đời thì CMOS đã dần san bằng khoảng cách, thậm chí còn vượt qua tiêu chuẩn của CCD.

kich-thuoc-pixel-so-voi-cam-bien-hinh-anh-hd
Kích thước pixel so với kích thước cảm biến hình ảnh cho full-HD

Được tích hợp nhiều tính năng và hoạt động hiệu quả hơn, tốn ít điện năng và tốc độ cao hơn CCD đã giúp CMOS được ưa chuộng bởi nhiều đơn vị sản xuất camera, máy ảnh…

tom-tat-cac-loi-ich-kich-thuoc-cam-bien-hd
Tóm tắt các lợi ích của các kích thước cảm biến HD đầy đủ khác nhau

Nguyên lý hoạt động của CCD và CMOS

CCD bao gồm một mạng lưới như bàn cờ các điểm bắt sáng (điểm ảnh, pixel). Các điểm này lại được phủ các lớp lọc màu (thường là 1 trong 3 màu cơ bản: đỏ, xanh lam và xanh dương (Red, Green, Blue) để mỗi điểm chỉ bắt một màu nhất định.

Do các điểm ảnh được phủ các lớp lọc màu khác nhau và được đặt xen kẽ nhau nên màu nguyên thủy tại một điểm của hình ảnh thật sẽ được tái hiện bằng màu từ một điểm ảnh chính kết hợp với các màu bù được bổ sung từ các điểm xung quanh bằng phương pháp nội suy.

minh-hoa-su-loc-mau-tai-mot-diem-bat-sang-cua-chip-ccd

Để dễ tưởng tượng quy trình xử lý ảnh của CCD, bạn hãy hình dung mỗi một điểm ảnh là một người cầm một xô nước.

Khi ánh sáng tràn vào cũng giống như cơn mưa xuống, và mỗi người tùy theo độ dày đặc của cơn mưa (ánh sáng mạnh yếu thể hiện nên bức ảnh) sẽ hứng được một lượng nước khác nhau ở xô của mình. Sau khi số lượng nước của mỗi người đã được ghi nhớ, hàng ngoài cùng (hàng 1) sẽ đổ nước vào một cái rãnh (bộ đọc giá trị).

Rãnh này sẽ ghi nhớ số lượng từng xô nước của hàng 1. Số lượng nước của hàng 2 được truyền đến cho hàng 1 rồi lại đổ vào rãnh, rãnh lại ghi nhớ số lượng nước của hàng 2. Rồi hàng 3 đổ vào hàng 2, hàng 4 đổ vào hàng 3, cứ thế truyền tay cho đến hết hàng cuối cùng là coi như thông tin về toàn bộ bức ảnh (màu sắc, đậm nhạt, sáng tối…) đã được truyền xong, tất cả mọi người lại sẵn sàng cho một cơn mưa khác tới (một kiểu ảnh mới).

Việc đọc thông tin từng hàng lần lượt làm cho chip CCD có bất lợi về tốc độ xử lý hoàn thiện ảnh khá chậm, một số vùng có thể bị thừa sáng hoặc thiếu sáng.

Để giải quyết vấn đề này người ta bổ sung xen kẽ các rãnh để tăng quá trình đổ nước làm tốc độ xử lý không bị suy giảm chất lượng, giúp quá trình đọc ảnh chỉ qua một lần đổ dữ liệu về.

Tuy nhiên để làm được việc đó lại cần thiết bị, phòng lab chuyên dụng làm cho giá thành CCD đã đắt lại càng thêm đắt.

CMOS thì khác, cạnh mỗi một điểm bắt sáng trên chip đều có một mạch bổ trợ, do đó người ta có thể tích hợp các quy trình xử lý ảnh như bộ chuyển đổi analog/digital, cân bằng trắng… vào mạch bổ trợ này, giúp cho quá trình xử lý bức ảnh được thực hiện rất nhanh nhờ được thực hiện ngay tại từng điểm ảnh đơn lẻ.

Các điểm ảnh đa chức năng này (vì thế ở CMOS thế hệ mới còn được gọi là các điểm ảnh chủ động APS – active pixel sensor) đều có khả năng tự làm việc. Cũng do khả năng này mà người ta có thể chỉ tương tác với một vùng pixel nhất định của chip cảm biến (ví dụ như zoom số, phóng to chỉ một phần của ảnh.

CMOS lại tiêu thụ rất ít điện năng, việc sản xuất dễ dàng vì quy trình giống như quy trình sản xuất chip máy tính hay các chip trong các thiết bị điều khiển khác, không cần phải đầu tư thêm phòng lab mới. Giá thành sản xuất theo đó sẽ được giảm đáng kể.

Cảm biến CMOS xử lý thông tin qua tín hiệu kỹ thuật số, cảm biến CCD được xử lý thông tin qua tín hiệu dạng tương tự với các thông số của dòng ngang. Do vậy, khi camera giám sát sử dụng mạng IP để truyền tải thường sẽ được sử dụng với cảm biến CMOS, còn camera giám sát truyền thống(Analog) lại được sử dụng với cảm biến CCD.

Ưu điểm của CMOS so với CCD

  • Độ nhạy sáng (ISO) cao, độ phân giải cao.
  • Tiêu thụ điện năng ít, điều này làm thời lượng pin sử dụng tăng lên
  • Ít nhiễu hơn so với CCD
  • Tốc độ xử lý hình ảnh chụp cực nhanh do có sử dụng bộ nhớ đệm.
  • Hỗ trợ nhiều chức năng tương tác trên ảnh chụp.

Vậy qua bài trên các bạn đã biết được cảm biến hình ảnh là gì? Cảm biến Cmos là gì? Và cách thức hoạt động của cảm biến CMOS như thế nào rồi nhé. Chúc các bạn có sự chọn lựa phù hợp cho camera nhà mình. Nếu cần tư vấn hay hỗ trợ, vui lòng liên hệ với chung tôi để được trợ giúp MIỄN PHÍ.

Cảm biến ảnh camera
5 (100%) 9 votes