حساب کاربری

لطفا از حروف a-z,A-Z,0-9 استفاده نمایید - حداقل 5 کاراکتر

حداقل 8 کاراکتر

اهمیت اندازه سنسور تصویر در انتخاب دوربین مداربسته IP

معرفی

 

امروزه در بازار دوربین‌ها، مدل‌های بی‌نظیری برای انتخاب وجود دارد. اخیرا قصد خرید یک دوربین دیجیتال با این ویژگی‌ها را داشتم: دارای مگاپیکسل بالا، اندازه کوچک، زمان پاسخ سریع (تاخیر پایین شاتر).

متاسفانه نتوانستم دوربینی با این ویژگی‌ها را  پیدا کنم، زیرا در زمان خرید چنین دوربینی وجود نداشت. پس از کمی تحقیق، دریافتم که هرگز آنچه را که می‌خواستم پیدا نخواهم کرد، مگر اینکه کسی راهی برای شکستن قوانین فیزیک پیدا کند. امیدوارم بتوانم با این مقاله منظور خود را به شما برسانم.

 

شمارش فوتون‌ها

 

سنسور دوربین‌های دیجیتال موجود از یک دستگاه شارژ، سنسور CMOS یا دستگاه مشابه دیگری که مجموعه‌ای از پیکسل‌ها ا‌ست استفاده می‌کند. هر پیکسل یک ماده نیمه هادی است که فوتون را جذب کرده و الکترون آزاد می‌کند.

الکترون‌ها در یک سطح انرژی بالقوه و یا سطح ولتاژ که مانع از حرکت الکترون می‌شود جمع و نگهداری می‌گردند. این روند را با یک سطل آب که با قطرات باران پر می‌شود مقایسه می‌کنیم؛

در اینجا قطرات باران که درون سطل می‌چکد فوتون‌ها هستند. این قیاس در شکل ۱ نشان داده شده است. اما شبیه‌سازی شکل ۱ ناقص است: ما به یک لنز نیاز داریم. شکل ۲ مقایسه کامل‌تری را نشان می‌دهد: قیف‌ها قطرات باران را جمع می‌کنند و آب را به سطل می‌رسانند.

 

 

تصویر ۱

 

شکل ۱: باران فوتون: در این قیاس، فوتون‌ها در سطل‌هایی می‌چکند که قطرات باران را جمع می‌کند. سطل بزرگتر قطرات بیشتری را جمع آوری می‌کند. با توجه به دو سنسور با تعداد پیکسل‌ برابر که هر یک لنزهایی با f / ratio یکسان دارند، سنسور بزرگتر فوتون‌های بیشتری را جمع آوری می‌کند، اما دارای همان رزولوشن فضایی(Spatial Resolution) است. لنز سنسورهای بزرگتر دارای فاصله کانونی بیشتری است تا بتواند همان میدان دید را پوشش دهد.

لنز نیز دارای قطر دیافراگم بزرگتر است، پس می‌تواند نور بیشتری را جمع کند. این، دیافراگم بزرگتر است که نور را به پیکسل ارائه می‌دهد و پیکسل بزرگتر به سادگی مجموعه‌ای از نور افزایش یافته که به وسیله‌ی لنز جمبع شده را فعال می کند. این بحث در شکل۲ نشان داده شده است.

 

به طور کلی گفته می‌شود که پیکسل‌های بزرگتر نور بیشتری را جمع آوری می‌کنند و دوربین‌هایی با پیکسل‌های بزرگ دارای حساسیت کمتری نسبت به نور کم هستند. پیکسل‌های بزرگتر دارای حداکثر ظرفیت سیگنال در هر پیکسل (که ظرفیت کامل نامیده می‌شود) هستند.

مقایسه نور و دوربین‌ها یک نقص دارد: یک لنز، یا در مورد قطرات باران، یک قیف. مقایسه بارش باران خوب است، چرا که نور مانند قطرات باران از فوتون (ذرات نور) تشکیل شده است که به صورت تصادفی به چشم و لنز دوربین می‌رسد.

برای درک این مفهوم، به شکل ۲ توجه نمایید. مقایسه باران فوتون می‌تواند قطرات باران در یک روز بارانی باشد یا فوتون‌هایی که به دوربین می‌رسند. خطوط نارنجی نشان‌دهنده‌ی قیف در باران و همچنین لنزی که نور را در دوربین جمع می‌کند می‌باشد.

دو دوربین مختلف در تصویر نشان داده شده است، یکی از آنها دارای پیکسل‌های بزرگ و پیکسل‌های دوم نصف اندازه دیگری است. قطر لنز یکسان است و لنز نور را جمع می‌کند.

تا زمانی که پیکسل سرریز نگردد، نتیجه آن در عملکرد یکسان می‌باشد. مقدار باران (فوتون) در هر سطل (پیکسل) یکسان است. در عمل، با توجه به فناوری دوربین، نویز الکترونیکی دوربین و سنسور می‌توان بهتر یا بدتر بودن عملکرد یک دوربین را در مقایسه با دیگری تشخیص داد، در یک مورد دوربین با پیکسل بزرگ عملکرد بهتری در نور کم دارد، و در دیگری دوربین با پیکسل کوچک عملکرد بهتر خواهد داشت.

در هر صورت، کلید عملکرد کم نور تا جایی که ممکن است نور را جمع آوری می‌کند.

 

تصویر ۲

 

شکل ۲ : شباهت قطرات باران (آبی) با فوتون‌های ورودی در یک دوربین. سطل‌ها (پیکسل‌ها) با آب (آبی) پر می‌شوند، اما قیف‌های نارنجی باران را جمع آوری کرده و در سطل‌ها (پیکسل‌ها) متمرکز می‌کنند.

در این مورد، سر باز قیف‌ها، قطر یکسانی دارند، بنابراین مقدار باران برابری را در واحد زمان جمع می‌کنند. تنها تفاوت میان آنها این است که سطل کوچک سریعتر پر می‌شود، اما در شرایط کم نور این موضوع مشکل به حساب نمی‌آید.

سطل‌های کوچک جزء معایب نیستند. این قطر قیف است که میزان بارانی که داخل سطل می‌رود را کنترل می‌کند، نه اندازه سطل. این موضوع در مورد دوربین، لنز و پیکسل نیز صدق می‌کند. زاویه “a” اندازه زاویه یک پیکسل است و برای هر دو پیکسل بزرگ و کوچک در این مثال یکسان است.

در یک دوربین، هر دو دوربین می‌توانند همان مقدار نور در هر پیکسل را دریافت کنند، نویز یکسانی را نشان دهند، پیکسل‌ها و عمق میدان مشابهی دارند.

هنگامی که تصویر آماده خواندن است، سیگنال از پیکسل به تقویت کننده و سپس یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (A به D) فرستاده می‌شود. در مقایسه سطل آب، دیوارهای سطل باید به اندازه کافی ضخیم باشد تا آب نشت ننماید و به سطل مجاور برسد.

حداقل اندازه‌ها برای دیوارها و اندازه سوراخ که آب می‌تواند از آن وارد شود بدین وسیله تنظیم می‌شود. در دنیای الکترونیکی، چقدر باید دیوارهای سطح انرژی الکترون بزرگ باشد، فاصله آنها باید تا چه حدی باشد و نیز اندازه منطقه فعال که در آن فوتون‌ها برای تولید الکترون‌ها جذب می‌شوند باید چقدر باشد. حتی اگر پیشرفت‌هایی در این زمینه‌ها ایجاد شود، باز یک محدودیت اساسی وجود دارد:

آمار شمارش فوتون‌ها

ارسال دیدگاه

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

X