Beeldsensor

'n CCD beeldsensor.

’n Beeldsensor is ’n sensor wat die inligting van ’n beeld omskakel na elektroniese seine en oordra na ’n toestel wat die inligting gebruik. Dit kan liggolwe of ander elektromagnetiese straling omskakel na ’n beeld. Beeldsensors kan analoog of digitaal wees en word in elektroniese beeldverwerkingsapparate gebruik soos digitale kameras, mediese beeldtoerusting, nagsigtoerusting soos termiese beelde, radar en sonar. Soos wat die tegnologie verbeter, vervang digitale beeldtoerusting analoogtoerusting.

Vroeë analoë sensors vir sigbare lig was videokamerabuise. Tans word digitale sensors gebruik soos halfgeleier- ladingsgekoppelde toestelle (charged-coupled devices of CCD) of aktiewe piekselsensors in komplementêre metaaloksied-halfgeleier- (complementary metal-oxide-semiconductor of CMOS) of N-tipe-metaaloksied-halfgeleier- (NMOS en Live NMOS) tegnologie.

In Februarie 2018 het navorsers by die Dartmouth-universiteit ’n nuwe beeldsonsortegnologie aangekondig wat hulle QIS noem, vir Quanta Image Sensor. In plaas van pieksels het die QIS sensor-"jots", waar elke jot ’n enkele ligpartikel of foton kan opspoor.^[1]

CCD- vs. CMOS-tegnologie

’n Mikrograaf van die hoek van die beeldsensormatriks in ’n digtale kamera.

Die meeste klein verbruikersprodukte met kameras gebruik CMOS-sensors omdat hulle kleiner en goedkoper as CCD's is en ook ’n laer kragverbruik het, wat voordelig is wanneer die toestel met batterye aangedryf word.^[2] CCD-sensors word gebruik vir hoëgehaltebeeldsending-videokameras.

Elke sel van ’n CCD-sensor is ’n analoogtoestel. Wanneer lig op die sensor inval, skep dit ’n klein elektriese lading in elke sel van die sensor. Die ladings veroorsaak klein spannings op elke sel. Hierdie spannings word dan ry vir ry versterk en deur ’n verwerker gelees totdat die hele beeld gelees is.^[3]

Anders as die paar versterkers in ’n CCD, het ’n CMOS-sensor ’n versterker vir elke pieksel. Dit veroorsak dat daar minder plek is vir fotons om op die sensor in te val. Hierdie probleem is oorkom deur mikrolense te gebruik voor elke fotodiode, wat lig na die fotodiode fokus. CMOS-sensors kan geïmplementeer word met minder komponente, gebruik minder krag en verskaf die beeld vinniger as CCD-sensors.^[4]

Werkverrigting

Daar is baie parameters wat kan gebruik word om die werkverrigting van ’n beeldsensor te evalueer. Dit sluit in dinamiese bereik, sein-tot-ruis-verhouding en laeligsensitiwiteit. Vir dieselfde tipe sensors verbeter die sein-tot-ruis-verhouding namate die grootte van die sensor toeneem.

Kleurskeiding

Bayer-patroon op ’n sensor.

Foveon se skema van vertikale filtrering vir kleurskeiding.

Daar is verskeie hooftipes kleurbeeldsensors, wat verskil in die hul kleurskeidingssmeganismes:

• Bayer filter sensor. Dit is goedkoop en word meestal gebruik. Dit gebruik ’n kleurfiltermatriks wat rooi, groen en blou lig na sekere piekselsensors deurlaat. Elke individuele sensorelement word sensitief gemaak vir rooi, groen of blou deur ’n kleurgel van ’n chemiese kleurstof wat bo-oor geplaas word en dan as ’n ligfilter optree. Omdat die kleurgel geskei moet word, is minder van die sensor beskikbaar om lig in te neem, wat ’n Bayerfilter minder sensitief maak vir lig teenoor ander kleursensors van soortgelyke grootte. Hierdie verlies kan oorkom word deur ’n groter sensor te gebruik, maar dit is duurder. Die algemeenste Bayerfiltermatriks bevat twee groen pieksels en een elk rooi en blou pieksel. Dit lei tot ’n laer resolusie vir rooi en blou, wat ooreenstem met die menslike oog se laer sensitiwiteit vanweë die beperkings van die visuele spektrum.
• Foveon X3-sensor gebruik ’n matriks van piekselsensors in lae wat die lig verdeel volgens die inherente golflengte-afhanklike ligabsorpsie van silikon, sodat elke pieksel al drie kleurkanale meet. Hierdie metode is soortgelyk aan kleurfilms wat voorheen vir fotografie gebruik is.
• 3CCD gebruik drie diskrete beeldsensors met die kleurverdeling wat uitgevoer word deur ’n dichroïdeprisma. Die dichroïde-elemente gee ’n skerper kleurverdeling en verbeter dus die kleurgehalte. 3CCD-sensors gee ’n volledige 4:4:4-sein, wat verkies word in televisie-uitsending en videoverwerking.

Spesialiteitsensors

Infrarooibeeld van die Orionnewel geneem deur die ESO se HAWK-I, ’n kriogeniese wyeveldsensor^[5]

Spesiale sensors word gebruik in ’n verskeidenheid toepassings soos termografie, multispektrale beelde, gammakameras, x-strale en ander sensitiewe sensormatrikse in astronomie.

Terwyl algemene digitale kameras ’n plat sensor gebruik, het Sony in 2014 ’n prototipe ontwikkel van ’n gebuigde sensor. Die sensor maak ’n korter en kleiner lens moontlik en verminder die versteurings aan die kante van die foto.^[6]

Verwysings

1. "Super Sensitive Sensor Sees What You Can't" (in Engels). Geargiveer vanaf die oorspronklike op 30 April 2020. Besoek op 28 April 2018.
2. "CMOS Is Winning the Camera Sensor Battle, and Here's Why" (in Engels). 29 Desember 2011. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 7 Mei 2017. Besoek op 27 April 2017.
3. 2002-2017., Canon Europa N.V. and Canon Europe Ltd. "CCD and CMOS sensors - Canon Professional Network". Geargiveer vanaf die oorspronklike op 31 Oktober 2019. Besoek op 28 April 2018.
4. Moynihan, Tom. "CMOS Is Winning the Camera Sensor Battle, and Here's Why" (in Engels). Geargiveer vanaf die oorspronklike op 8 September 2016. Besoek op 10 April 2015.
5. "Deepest Ever Look into Orion" (in Engels). Geargiveer vanaf die oorspronklike op 3 April 2020. Besoek op 13 Julie 2016.
6. Dent, Steve. "Sony's first 'curved sensor' photo may herald better images, cheaper lenses" (in Engels). Geargiveer vanaf die oorspronklike op 15 Oktober 2019. Besoek op 8 Julie 2014.