Τετάρτη, 14 Οκτωβρίου 2009

CCD από το charge-coupled device

....τι είναι αλήθεια το CCD;


 ..........ένα είδος αισθητήρα..... είναι ένας ‘μηχανισμός εικόνας’ μέσα στις περισσότερες καινούργιες φωτογραφικές μηχανές και βιντεοκάμερες ο οποίος είναι ευαίσθητος στο φως.... είναι ένα μεγάλης κλίμακας ολοκληρωμένο κύκλωμα που περιέχει εκατοντάδες χιλιάδες εικονοστοιχεία (pixels) τα οποία αποτελούνται από φωτοευαίσθητες επιφάνειες [τα φωτοδιόδια] τα οποία αναλαμβάνουν την καταγραφή του φωτός το οποίο το μεταφράζει σε ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο μετατρέπεται σε ψηφιακό σήμα από τον αντίστοιχο μετατροπέα............

............το μέγεθος του το μετράμε διαγώνια και μπορεί να είναι 1/4, 1/3, 1/2, ή 2/3 της ίντσας....... οσο μεγαλύτερο τόσο καλύτερη η ποιότητα της εικόνας................
............... σκοπός του ήταν να χρησιμοποιηθεί σαν μηχανισμός μνήμης....

..........................ένας αισθητήρας αποτελείται από σειρές εικονοστοιχείων ((pixels -που προέρχεται από το picture elements-) τα οποία με τη σειρά τους έχουν ως βασικό συστατικό τo πυρίτιο........... τα εικονοστοιχεία είναι μικρότατες μονάδες  που μπορούν να καταγράψουν πληροφορίες για την ένταση του φωτός και το χρώμα σε μια εικόνα......................
.............κάθε τέτοιο εικονοστοιχείο λοιπόν (το οποίο όπως είπα είναι ευαίσθητο στο φως) έτσι όταν αυτό πέσει επάνω του παράγει ηλεκτρική τάση................ η ηλεκτρική τάση είναι ανάλογη με την ποσότητα του φωτός που πέφτει στο εικονοστοιχείο..........όσο περισσότερο το φως, τόσο μεγαλύτερη τάση παράγεται............


..........υπάρχουν δυο βασικές κατηγορίες αισθητήρων.... οι αισθητήρες διάταξης και οι γραμμικοί....
...........στους πρώτους τα εικονοστοιχεία χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες:
...........σε αυτά που αντιδρούν μόνο στο κόκκινο φως,
...........σε αυτά που αντιδρούν μόνο στο πράσινο,
............και τέλος σε αυτά που αντιδρούν μόνο στο μπλε.
...........ως γνωστόν όλα τα χρώματα σχηματίζονται από το συνδυασμό αυτών των τριών χρωμάτων: κόκκινου, πράσινου και μπλε το γνωστό μας RGB............έτσι λοιπόν, ένα εικονοστοιχείο που αντιδρά στο κόκκινο φως παράγει ηλεκτρική τάση μόνο όταν πέσει πάνω του κόκκινο φως, ενώ μένει ανεπηρέαστο από τα άλλα δύο χρώματα................ αντίστοιχα αντιδρούν και τα άλλα δύο.............

.......τά άλλα χρώματα δουλεύουν ώς εξής: ας πάρουμε το πορτοκαλί για παράδειγμα............
 ..............είναι ο συνδυασμός κόκκινου και μπλε........... έτσι, το εικονοστοιχείο που αντιδρά στο κόκκινο θα παράγει μια μικρή τάση και το εικονοστοιχείο που αντιδρά στο μπλε θα παράγει επίσης μια μικρή τάση. Η μονάδα της κάμερας που κάνει τη μετατροπή θα διαβάσει τις δυο αυτές μικρές τάσεις σαν πορτοκαλί. Βλέπουμε, συνεπώς ότι χρειαζόμαστε τρία διαφορετικά εικονοστοιχεία για να αναπαράγουμε ένα χρώμα.....(πόσο μου θυμίζουν όλα αυτά το έχρωμο τύπωμα.... μιά άλλη μου αδυναμία είναι η εκτύπωση έχρωμου)

............όσο περισσότερο φως πέφτει πάνω σε ένα εικονοστοιχείο, τόσο μεγαλύτερη ηλεκτρική τάση παράγεται....... έτσι κάθε εικονοστοιχείο δίνει ένα byte ψηφιακής πληροφορίας.... κάθε byte όμως περιέχει οκτώ bits και κάθε bit έχει τιμή 1 ή 0, που αντιστοιχεί στο on και στο off.... όλοι οι πιθανοί συνδυασμοί των οκτώ bits μας δίνουν 256 συνδυασμούς...... τελικά το κάθε εικονοστοιχείο μπορεί να αντιδράσει στην ένταση του φωτός που πέφτει πάνω του με 256 διαφορετικές τιμές, που ποικίλουν από το μηδέν (καθόλου φως) μέχρι το 256 (μέγιστη ένταση φωτός)..... δηλ κάθε εικονοστοιχείο μπορεί να διαβάσει 256 διαφορετικά επίπεδα φωτός..... αν πολλαπλασιάσουμε 256Χ256Χ256 (τα επίπεδα του φωτός που διαβάζει κάθε εικονοστοιχείο κόκκινο, πράσινο, μπλε) βρίσκουμε τον αριθμό 16.777.216. ......

......αυτό μας δηλώνει ότι ένας αισθητήρας CCD RGB μπορεί να διαβάσει 16.777.216 διαφορετικά χρώματα!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! άραγε μπορεί ο αριθμός αυτός να αποτυπώσει με ακρίβεια οποιοδήποτε χρώμα στη φύση;
...............ο γραμμικός αισθητήρας κάνει τρεις λήψεις του ίδιου θέματος, όπου στην κάθε λήψη χρησιμοποιεί ένα κόκκινο, πράσινο και μπλε φίλτρο........... έτσι η τελική εικόνα προέρχεται από τον συνδυασμό των τριών χρωμάτων RGB..............
................υπάρχουν δυο κύρια είδη αισθητήρων, οι CCD και CMOS. CCD σημαίνει Charge Coupled Device, ενώ CMOS σημαίνει Complementary Metal Oxide Semiconductor...............  οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται ευρύτερα είναι οι αισθητήρες CCD......... το πλεονέκτημα των αισθητήρων CMOS είναι ότι το κόστος κατασκευής τους είναι πολύ χαμηλότερο από αυτών των αισθητήρων CCD,όμως η ποιότητα εικόνας που δίνουν είναι χαμηλότερη.... αυτός είναι και ο λόγος που  χρησιμοποιούνται κυρίως σε φτηνές μηχανές με χαμηλή ανάλυση................
.............μερικές εταιρείες χρησιμοποιούν ένα είδος αισθητήρα CCD που είναι διαφορετικός ως προς την κατασκευαστική του δομή από τους άλλους αισθητήρες και τον ονομάζουν Super CCD..........σε αυτόν η διάταξη των εικονοστοιχείων είναι διαφορετική και το σχήμα τους οκταγωνικό......................... 

...........η διάταξη αυτή προσφέρει μεγαλύτερη ευαισθησία, καλύτερο λόγο σήματος/θορύβου και ευρύτερο δυναμικό πεδίο..............
.................ανάλυση!!!!!!!!!!!!!!!!!το μέγεθος που χαρακτηρίζει ένα αισθητήρα είναι η ανάλυση, δηλαδή το πόσα εικονοστοιχεία διαθέτει............. όσο μεγαλύτερος αυτός ο αριθμός τόσο καλύτερη ποιότητας εικόνας δίνει.............βέβαια η ποιότητα εικόνας εξαρτάται και από άλλους παράγοντες όπως το λογισμικό της μηχανής, αλλά η ανάλυση παραμένει ο πρωταρχικός παράγοντας.......................
........ποιός όμως ανακάλυψε το CCD;
.....δύο εφευρέτες που φέτος μοιράστηκαν το βραβείο νόμπελ................

.................. Willard S. Boyle και George E. Smith... οι εφευρέτες του CCD που αντικατέστησε το φωτογραφικό φιλμ.......οι δύο εφευρέτες μοιράστηκαν το βραβείο "η εφεύρεση του απεικονιστικού κυκλώματος πυριτίου" δηλ του αισθητήρα CCD............ οι δύο επιστήµονες εργάζονταν το 1969 στα Bell Labs πάνω σε ολοκληρωµένα κυκλώµατα µνήµης και µάλιστα στο project Bubble Memory.......... γνωρίζοντας ότι το φως µπορεί να µετατραπεί σε ηλεκτρικό σήµα, προσπάθησαν να βρουν ένα ελεγχόµενο µέσο για να συλλέξουν φωτόνια και να τα µετατρέψουν σε ηλεκτρόνια..............
..αυτή ήταν η ιδέα πίσω από τον αισθητήρα CCD......


 ............και έτσι δημιουργήθηκε η πρώτη συσκευή συζευγένου φορτίου βασισμένη στην περιγραφή του φωτοηλεκτρικού φαινομένου,για την οποία είχε βραβευτεί το 1924 ο Αλμπερτ Αινστάιν με Νόμπελ.....


.... από τότε το Charge Coupled Device εξελίχθηκε και βρήκε εφαρµογές όχι µόνον στη φωτογραφία αλλά και ιατρική διαγνωστική εικόνα, συστήµατα µη καταστροφικής ανάλυσης ............ οι Boyle και Smith άλλαξαν τον κόσµο αλλά έµειναν άσηµοι για πολύ καιρό πριν τους απονεµηθεί το βραβείο...........
http://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device 
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009/ 
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009/smith-photo.html
http://www.dpreview.com/news/0601/06010503boylesmith.asp

4 σχόλια:

  1. Καλά μιλάμε ότι πρέπει να είσαι πολύ ψαγμένη με το αντικείμενο... υποκλίνομαι.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  2. Πολύ ενδιαφέρουσες και χρήσιμες πληροφορίες!

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  3. καλησπέρα φίλε hackaday!... χαίρομαι που σε ενδιαφέρουν αυτά τα θέματα...και ευχαριστώ!!!!!!

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  4. αγαπητέ φίλε Phivo,για να πώ την αλήθεια,νόμιζα ότι αυτό το θέμα θα περνούσε τελείως απαρατήρητο....χαίρομαι που υπάρχουν άτομα που ενδιαφέρονται και τους είναι χρήσιμα τέτοια ειδικά θέματα...την καλησπέρα μου!!!!!!!!!!

    ΑπάντησηΔιαγραφή