اصول كار دوربين هاي امنيتي و تکنولوژی ساخت آنها

اصول كار دوربين هاي امنيتي و تکنولوژی ساخت آنها
مقدمه :
يك دوربين را مي توان به مانند چشم انسان در نظـر گرفـت . زمـاني كـه نـور وار د دوربـين
ميشود به وسيله سنسورهاي تبديل تصويرCCDبه سيگنال هـاي الكترونيكـي تبـديل مـي
گردد درست مانند انچه در شبكيه چشم انسان اتفاق مي افتد . سـپس ايـن سـيگنال هـاي
الكترونيكي به يك نمايش دهنده مانند تلويزيون

فرستاده مي گردد .
چشم انسان : تقريبا يك عدسي كروي با قطر2/5سانتي متر مي باشـد كـه از چنـدين لايـه
مختلف كه دروني ترين انها شبكيه نام دارد تشكيل شده است . ماهيچه هاي اطـراف چشـم
اندازه هاي لنز را تنظيم مي كنندكه اين كار چشم را قادر به (zoom) كـردن روي اشـيا ء
مي كند .
وظيفه ي عدسي چشم؛ فرم و شكل دادن به تصويري اسـت كـه توسـط ميليـون هـا سـلول
گيرنده مخروطي (cone) و ميله اي (rod) گرفته شده و برروي پرده شبكيه افتاده است ،
مي باشد . سلول هاي ميله اي به يك عصب معمولي كه از انتها به شبكيه ختم مـي شـود و
فقط در سطح نور پايين فعال است متصلند و سلول هاي مخروطي هر كدام بـه يـك عصـب
اتصال دارند . آنها در نورهاي شديدتر ، بيشتر فعالنـد و ميـزان درك مـا از رنـگ هـا را نـوع
فعاليت اي ن مخروط ها مشخص مي كند .
در ميان شبكيه ناحيه اي به نام نقطه كور وجـود دارد كـه در آن هـيچ گيرنـده اي موجـود
نيست . در اين ناحيه اعصاب به صورت جداگانه به عصب بينايي كه سـيگنال هـاي دريافـت
شده را به قشر بينايي مخ انتقال مي دهند ، وصل مي شود .

دوربين CCD :
CCD از جهت عملكرد تقريبا مانند چشم انسان كار مي كند . نـور از طريـق يـك عدسـي وارد
دوربين و بر روي يك پرده مخصوص تصوير مي شود كه تحت عنوان تراشه CCD شناخته مي
شود .

تراشه Coupled Device ) CCD charge) كه تصاوير بااستفاده از آن گرفته مي شوند از
تعداد زيادي سلول تشكيل شده كه همگي در يك تراشه باالگوي خاصي مرتب شده انـد و تحـت
عنوان پيكسل (pixels) شناخته مي شوند .
زماني كه تراشه CCD ناي اطلاعات را دريافـت مـي كنـد ، آن هـا را بـه شـكل سـيگنال هـاي
ديجيتالي از طريق كابل هايي به سيستم دريافت كننده مي فرستند و بعد تصاوير در اين سيستم
به صورت مجموعه اي از اعداد ذخيره مي شوند .
ساير تكنولوژي ها :
تكنولوژي CMOS :
تعدادي ديگر از دوربين هاي ديجيتالي از تكنولوژي نيمه هادي در
. شود مي استفاده (metal oxide semiconductor CMOS) complementary
در سال 1988 سنسورهاي CMOS بعنوان تكنولوژي ثبت تصوير جايگزين براي CCD ابداع
گرديد .
تكنولوژي مورد استفاده در ساخت CMOS همان تكنولوژي است كه در سراسـر جهـان بـراي
ساخت ميليون ها ريز پردازنده و حفظه مورد استفاده قرار مي گيرد .
از آنجا كه روي اين تكنولوژي كار زيادي صورت گرفته و توليـد آن در حجـم انبـوه مـي باشـد ،
ساخت چيپ هاي CMOS نسبت به CCD ارزانتر در مي آيد .
ديگر مزيت اين سنسورها نسبت به CCD اين است كه توان مصرفي آنها پايين تر مي باشد .
بعلاوه در حالي كه CCD تنها براي ثبت شدت نوري كه بر روي هريك از صدها هزار نقاط نمونه
برداري مي افتد كاربرد دارد ، مي توان از CCD براي منظور هاي ديگر ، نظير تبديل آنالوگ بـه

ديجيتال ، پردازش سيگنال هاي لود شده ، تنظيم رنگ سـفيد (Balance white) و كنتـرل
دوربين و …. استفاده نمود .
همچنين مي توان تراكم نقاط و عمق بيني تصوير را به راحتي بـدون افـزايش بـيش از انـدازه ي
قيمت ، بالا برد .
بخاطر اين مزيتها و ساير مزايا ، بسياري از تحليل گران صنايع اعتقاد دارند كه نهايتا تمام دوربين
هاي معمولي ديجيتال از CMOS استفاده خواهند نمود و CCD فقط در دوربين هـاي حرفـه
اي و گران قيمت بكار خواهد رفت .
در اين تكنولـوژي مشـكلاتي از قبيـل تصـاوير داراي نـويز و عـدم توانـايي در گـرفتن عكـس از
موضوعات متحرك وجود دارد كه امروزه با رفع ايـن مشـكلات CMOS در حـال رسـيدن بـه
برابري با CCD مي باشد .
تابحال سنسورهاي تصوير CMOS با استفاده از تكنولوژي 35و 0 تـا 5و 0 ميكرونـي سـاخته
شده اند و چشم انداز آينده آن استفاده از تكنولوژي 0؛ 25 ميكرون مي باشد . سنسور Faveon
با 16,8 مگا پيكسل (يعني قدرت ايجـاد تصـاويري بـا وضـوح 4096×4096 پيكسـل ) اولـين
سنسوري است كه با استفاده از تكنولوژي 0 , 18 ميكرون ساخته شده است و يك پرش بزرگ را
در صنعت ساخت سنسور تصوير CMOS به نام خود نموده است .
استفاده از تكنولوژي 0 , 18 ميكرون امكان استفاده از تعداد بيشتري از پيكسل ها را در فضـاي
فيزيكي معين فراهم كرده و بنابر اين سنسوري با وضوح بالاتر به دست مي آيد .
(لازم به ذكر است چون از لحاظ فيزيكي ايجاد شده توسط لنز تصويري پيوسته بوده و بدون هيچ
گونه نقطه و ناپيوستگي مي باشد ، هر چه بتوان پيكسلهاي سنسور را كوچك تـر نمـود و تعـداد

بيشتري از آنها را در ناحيه تشكيل تصوير قرار داد ، مي توان عكسي با وضوح بالاتر و نزديك تـر
به تصوير حقيقي گرفت – مولف )
ترانزيستورهاي ساخته شده با استفاده از تكنولوژي 18 و 0 ميكرون كوچكتر بوده و فضاي زيادي
از ناحيه سنسور را اشغال نمي كنند كه مي توان از اين فضا براي تشخيص نور استفاده نمود .
اين فضا بطور كار آمدي ، امكان طراحي سنسوري را كه داراي پيكسل هاي هوشمندتري بوده ، و
در حين عكس برداري توانايي هاي جديدي را بدون قرباني كردن حساسيت نوري به دوربين مي
دهد ، فراهم مي كند .
با استفاده از اين تكنولوژي 70 ميليون ترانزيستور و 4096 × 4096 سنسـور ، فقـط در فضـايي
برابر با 22mm×22mm قرار داده مي شود و سرعت ISO آن برابر بـا 100 بـوده و محـدوده
ديناميكي آن 10 استپ است !!
انتظار مي رود ، بعد از توليد اين سنسور استفاده از آن در وسايل حرفه اي نظير اسكنرها، وسايل
تصويري پزشكي، اسكن پرونده ها و آرشيو موزه ها شروع شود .
در آينده اي طولاني تر ، انتظار مي رود بطور وسيعي در وسايل معمولي موجود در بازار اسـتفاده
گردد .
تکنولوژی SuperCCD SR Fuhifihm :
شركت فوجي به تازگي نوع سنسور جديدي بنام SR SuperCCD رامعرفي نموده است . اعلام
اين محصول دومـين اعـلام فـوجي در مـورد سـاخت سنسـوري اسـت كـه چهـارمين پيشـرفت
SuperCCD شناخته مي شود .
Dynamic Range Super SR SuperCCD تقريبا دو گام محدوده دينـاميكي بـالاتر از
CCD هاي معمولي دارد . (وحدوده ي ديناميكي عبارتست از نسبت بين شـديدترين تاضـعيف

ترين نور موجود در صحنه ، معمولا دوربين هاي عكاسـي نمـي تواننـد تمـام محـدوده ي نـوري
موجود در صحنه هايي كه تفاوت نوري زيادي وجود دارد را بدرستي ثبت نمايند .
هرچه محدوده ديناميكي يكCCD داراي گام هاي بيشتري باشد توانايي آن در ثبت دقيق تـر
جزئيات موجود در سايه روشن هاي تصوير بيشتر خواهد بود .
پشت هر ميكرولنزروي سطح سنسور دو فتو ديود اصلي سطوح تاريك و عادي نـور را ثبـت مـي
كند (داراي حساسيت بالاتري است )و دومي جزئيات روشن تر را مي گيرد (حساسـيت كمتـري
دارد ).
سيگنا ل هاي دو سنسور بطريقي هوشـمندانه تركيـب مـي شـوند تـا تصـويري بـا محـدوده ي
ديناميكي گسترده تري ارائه دهند .
اولين سنسور از نوع SR SuperCCD داراي تعداد پيكسل هاي موثر 3 مگا پيكسل مي باشد
.
شركت فوجي فيلم SR SuperCCD را به عنوان تكنولوژي معرفي نموده است كه براي شـبيه
سازي محدوده ديناميكي نگاتيوها طراحي شده است . فيلم هاي عكاسي داراي لايه هاي مختلف
با حساسيت مختلف مي باشند كه محدوده ي متفاوت وسيعي را ايجاد مي نمايند .
SR SuperCCD به گونه اي طراحي شده است كه اين خاصيت را بااستفاده از دو فتوديود كه
داراي حساسيت هاي متفاوت مي باشند شبيه سازي نمايد .
تكنولوژي X3 :
در سال 2002 وقتي شركتFoveon بعد از پنج سال تحقيق و توسعه ، يك سنسور تصويري
جديد را كه ادعا مي شد قادر به رسيدن فيلم هـاي 35 mm اسـت عرضـه نمـود ، چشـم انـداز
دوربين هاي ديجيتال قابل رقابت با كيفيت دوربين هاي فيلمي تا حد زيادي روشن گرديد .

در دوربين هاي ديجيتال معمولي فيلترهاي رنگي با الگوي موزائيكي بـر روي يـك لايـه تكـي از
حس گر هاي نوري قرار گرفته اند . فيلترها فقط به يك طول موج از نـور –قرمز،سـبز يـا آبـي ،
اجازه عبور و رسيدن به پيكسل سنسور را داده و فقط يك رنگ در هر نقطه ثبت مي گردد .
در نتيجه سنسور تصوير فقط 50% رنگ سبز و 25% از هر كدام از رنگ هاي قرمز و آبي را ثبت
مي نمايد . اين روش ايرادي ذاتي داشت كه بستگي به تعداد پيكسل هـاي روي سنسـور تصـوير
نداشت . يعني بهر حال چون اين سنسور يك سوم رنگ ها را تشخيص مي دهد ، مـا بقي رنگهـا
مي بايست بااستفاده از يك الگوريتم پيچيده و زمانبر ميان يابي مي شد .
اين كار نه تنها عملكرد دوربين را كند مي سازد ، بلكه باعث ايجاد رنگ مصنوعي در تصـوير و از
دست رفتن جزئيات تصوير مي گردد . بعضي از دوربين ها براي حل مشكل مصنوعي شدن رنگها
، تصوير را به طور عمدي اندكي مات مي كنند .
سنسور تصوير جديد Foveon كه از نوع CMOS مي باشد و از تكنولوژي انقلابي اين شركت
يعني X3 استفاده مي نمايد ،در هر پيكسل از سنسور سه برابر اطلاعات بيشتر از دوربين هـاي
مدرن با تعداد پيكسل هاي مساوي ثبت مي نمايد . سنسورهاي سنسورهاي تصوير X3 اين كار
را بااستفاده از سه لايه از تشخيص دهنده ي نور كه در سيليكون جاسازي سپشده اند انجام مـي
دهند .
لايه ها به گونه اي قرار گرفته اند تا از اين خاصيت سيليكون كه در عمق هاي مختلف رنگ هاي
متفاوتي از نور را تشخيص مي دهد استفاده نمايند . بنابر اين در يك لايه رنگ قرمز ، در ديگري
سبز و لايه بعدي آبي ثبت مي شود .
اين بدان معني است كه براي هر پيكسل در سنسورهاي X3