ارزیابی حسگرهای CMOS در مقابل حسگرهای CCD در ماژول‌های دوربین مداربسته

ساخته شده در 08.21

در حوزه فناوری نظارت، انتخاب حسگر تصویر نقش حیاتی در تعیین کیفیت، قابلیت اطمینان و عملکرد داردماژول‌های دوربین. دو بازیکن اصلی در این حوزه CMOS (نیمه‌هادی اکسید فلزی مکمل) و CCD (دستگاه متصل به بار) حسگرها هستند. در حالی که هر دو عملکرد اصلی تبدیل نور به سیگنال‌های الکتریکی را انجام می‌دهند، معماری‌ها و قابلیت‌های زیرین آن‌ها به طور قابل توجهی متفاوت است—که هر کدام را برای سناریوهای خاص نظارتی مناسب‌تر می‌سازد. در این وبلاگ، تفاوت‌های کلیدی بین حسگرهای CMOS و CCD را بررسی خواهیم کرد، مزایا و معایب آن‌ها را در کاربردهای نظارتی با مثال‌های واقعی ارزیابی خواهیم کرد و به شما کمک خواهیم کرد تا تعیین کنید کدام یک برای نیازهای شما مناسب‌تر است.

درک اصول اولیه: چگونه حسگرهای CMOS و CCD کار می‌کنند

قبل از پرداختن به مقایسه‌ها، درک نحوه عملکرد این حسگرها ضروری است.

• حسگرهای CCD: در دهه 1970 توسعه یافته‌اند، CCDها از یک تقویت‌کننده واحد در لبه تراشه حسگر برای تبدیل بار انباشته شده (از نور) به ولتاژ استفاده می‌کنند. این طراحی پردازش سیگنال یکنواختی را در تمام پیکسل‌ها تضمین می‌کند که به طور تاریخی به کیفیت تصویر ثابت تبدیل شده است. با این حال، بار باید برای رسیدن به تقویت‌کننده "جابجا" شود، فرآیندی که انرژی بیشتری مصرف می‌کند و سرعت را محدود می‌کند.

• حسگرهای CMOS: حسگرهای CMOS که بعداً معرفی شدند، تقویت‌کننده‌ها، مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) و حتی مدارهای پردازش سیگنال را مستقیماً در هر پیکسل ادغام می‌کنند. این امکان را به هر پیکسل می‌دهد که نور را به یک سیگنال دیجیتال به‌طور مستقل تبدیل کند و سرعت خواندن سریع‌تر و مصرف انرژی کمتری را امکان‌پذیر می‌سازد. حسگرهای CMOS اولیه از نویز تصویر رنج می‌بردند، اما پیشرفت‌های فناوری این فاصله را به‌طور قابل توجهی کاهش داده است.

معیارهای کلیدی عملکرد برای نظارت با موارد واقعی

دوربین‌های نظارتی به ویژگی‌های خاصی نیاز دارند: حساسیت به نور کم، وضوح بالا، نرخ فریم سریع، قابلیت اطمینان در شرایط متغیر و مصرف انرژی کارآمد. بیایید CMOS و CCD را در این معیارهای حیاتی با مثال‌های عملی مقایسه کنیم.

1. عملکرد در نور کم

قابلیت نور کم برای نظارت غیرقابل مذاکره است، زیرا بسیاری از حوادث در سپیده دم، غروب یا شب رخ می‌دهند.

• حسگرهای CCD: به طور سنتی، CCDها در نور کم عملکرد خوبی دارند. طراحی تک تقویت‌کننده آن‌ها نویز را کاهش می‌دهد و می‌توانند بار را برای مدت طولانی‌تری جمع‌آوری کنند تا نور ضعیف را ثبت کنند. این ویژگی آن‌ها را برای سناریوهایی مانند کوچه‌های تاریک یا پارکینگ‌های کم‌نور که نور محیطی حداقلی در دسترس است، ایده‌آل می‌سازد.

نمونه موردی: یک پروژه نظارت بر بزرگراه‌های روستایی در یک منطقه دورافتاده بدون چراغ‌های خیابانی. تیم دوربین‌های مبتنی بر CCD را مستقر کرد و حتی در شب‌های بدون ماه، تصاویر به وضوح outlines وسایل نقلیه و شماره‌پلاک‌ها را ضبط کرد—چیزی که مدل‌های اولیه CMOS در آزمایش‌های اولیه نتوانسته بودند انجام دهند.

• حسگرهای CMOS: حسگرهای CMOS اولیه به دلیل تقویت‌کننده‌های روی پیکسل خود در نور کم با نویز مشکل داشتند. با این حال، فناوری CMOS مدرن—مانند حسگرهای با نور پس‌زمینه (BSI) و الگوریتم‌های بهبود یافته کاهش نویز—عملکرد را به طرز چشمگیری بهبود بخشیده است. بسیاری از دوربین‌های نظارتی CMOS با کیفیت بالا اکنون در شرایط نور کم با CCDها رقابت می‌کنند، به ویژه زمانی که با روشن‌کننده‌های IR جفت شوند.

نمونه موردی: یک پارک شهری که در غروب بسته می‌شود از دوربین‌های BSI CMOS با IR داخلی استفاده می‌کند. زمانی که چراغ‌های پارک در ساعت ۱۰ شب خاموش می‌شوند، دوربین‌ها به حالت IR تغییر می‌کنند و تصاویر واضحی از بازدیدکنندگان شبانه را ضبط می‌کنند. حسگرهای CMOS به همراه نرم‌افزار کاهش نویز، تصاویری تقریباً به پاکی CCDها در آزمایش‌های کنار هم تولید می‌کنند.

2. وضوح و کیفیت تصویر

رزولوشن بالا برای ضبط جزئیات دقیق، مانند شماره‌پلاک‌ها یا ویژگی‌های صورت، حیاتی است.

• حسگرهای CCD: حسگرهای CCD به خاطر تولید تصاویر صاف و کم‌نویز با دقت رنگ عالی شناخته شده‌اند. آن‌ها در وضوح‌های پایین‌تر (به عنوان مثال، 1MP تا 4MP) عملکرد خوبی دارند اما در وضوح‌های بالاتر (8MP+) هزینه‌بر و پرمصرف می‌شوند. این موضوع مقیاس‌پذیری آن‌ها را برای سیستم‌های نظارتی مدرن 4K یا 8K محدود می‌کند.

نمونه موردی: یک فروشگاه خرده‌فروشی کوچک با دوربین‌های CCD 2MP. تصاویر خطوط پرداخت واضح است، بدون نویز قابل مشاهده، و رنگ‌ها (مانند لباس یا بسته‌بندی محصولات) واقعی به نظر می‌رسند. با این حال، زمانی که فروشگاه سعی کرد به دوربین‌های CCD 8MP ارتقا یابد تا جزئیات راهروها را زیر نظر بگیرد، هزینه سه برابر شد و دوربین‌ها در تابستان داغ شدند.

• حسگرهای CMOS: حسگرهای CMOS بر بازار با وضوح بالا تسلط دارند. توانایی آنها در ادغام بیشتر پیکسل‌ها بر روی یک تراشه واحد، همراه با سرعت‌های خواندن سریع‌تر، آنها را برای دوربین‌های 4K، 8K و حتی دوربین‌های پانورامای چند حسگری ایده‌آل می‌سازد. در حالی که مدل‌های اولیه با مشکلاتی در ثبات رنگ مواجه بودند، پیشرفت‌ها در طراحی پیکسل (مانند شاترهای جهانی) و پردازش، تصاویر CMOS را در بیشتر موارد قابل مقایسه با CCDها کرده است.

نمونه موردی: یک ترمینال شلوغ فرودگاه از دوربین‌های 4K CMOS برای نظارت بر جمعیت استفاده می‌کند. وضوح بالا به تیم‌های امنیتی این امکان را می‌دهد که بر روی چهره‌های فردی یا برچسب‌های چمدان از نمای عریض زوم کنند. در ساعات اوج، دوربین‌ها دقت رنگ واضحی را حفظ می‌کنند، حتی با تغییر نور طبیعی از پنجره‌های ترمینال.

3. سرعت و نرخ فریم

نظارت اغلب نیاز به ضبط اشیاء با حرکت سریع—مانند وسایل نقلیه یا مظنونین—بدون تاری حرکت دارد.

• حسگرهای CCD: فرآیند جابجایی بار در CCDها محدودیت‌هایی در نرخ فریم آن‌ها ایجاد می‌کند. آن‌ها معمولاً در 30 فریم در ثانیه (fps) برای فیلم‌برداری با وضوح بالا حداکثر می‌شوند که می‌تواند در سناریوهای با حرکت سریع منجر به تاری شود.

مثال موردی: یک ایستگاه عوارض بزرگراه دوربین‌های CCD را برای ثبت خودروهای سرعتی آزمایش کرد. در 30fps، وسایل نقلیه‌ای که با سرعت بیش از 60 مایل در ساعت حرکت می‌کردند، تار به نظر می‌رسیدند و شناسایی شماره پلاک غیرقابل اعتماد بود. تیم مجبور شد وضوح را به 1MP کاهش دهد تا نرخ فریم‌ها را افزایش دهد و در عوض جزئیات را فدای این کار کند.

• حسگرهای CMOS: با پردازش در پیکسل، حسگرهای CMOS می‌توانند به‌طور همزمان داده‌ها را از پیکسل‌ها بخوانند و نرخ فریم‌های بسیار بالاتری (60fps، 120fps یا بیشتر) را امکان‌پذیر می‌سازند. این یک تغییر دهنده بازی برای کاربردهایی مانند نظارت بر ترافیک است، جایی که ثبت تصاویر واضح از خودروهای در حال سرعت ضروری است.

نمونه موردی: یک تقاطع شلوغ از دوربین‌های CMOS با 60 فریم در ثانیه استفاده می‌کند. حتی زمانی که خودروها با سرعت بالا از چراغ قرمز عبور می‌کنند، فیلم‌برداری هر فریم را به وضوح ثبت می‌کند و به مقامات این امکان را می‌دهد که شماره پلاک‌ها را بخوانند و رانندگان را بدون تاری شناسایی کنند.

4. مصرف انرژی و گرما

دوربین‌های نظارتی اغلب در مکان‌های دورافتاده یا سخت‌دسترس مستقر می‌شوند، که باعث می‌شود کارایی انرژی حیاتی باشد.

• حسگرهای CCD: حسگرهای CCD به طور قابل توجهی بیشتر از حسگرهای CMOS انرژی مصرف می‌کنند، به ویژه در وضوح‌های بالاتر. این افزایش مصرف انرژی گرمای بیشتری تولید می‌کند که می‌تواند عمر حسگر را کاهش دهد و نیاز به مکانیزم‌های خنک‌کننده اضافی داشته باشد—که به هزینه‌ها و پیچیدگی‌ها می‌افزاید.

نمونه موردی: یک سیستم نظارت خورشیدی در یک ذخیره‌گاه حیات‌وحش در ابتدا از دوربین‌های CCD استفاده می‌کرد. مصرف بالای انرژی باتری‌ها را در عرض 6 ساعت تخلیه می‌کرد، حتی در روزهای آفتابی. افزودن باتری‌های بزرگ‌تر و فن‌های خنک‌کننده هزینه‌ها را 40% افزایش داد و نگهداری را در زمین‌های ناهموار دشوارتر کرد.

• حسگرهای CMOS: معماری CMOS به طور ذاتی انرژی کمتری مصرف می‌کند. مصرف کمتر انرژی به معنای عمر باتری طولانی‌تر برای دوربین‌های بی‌سیم، کاهش فشار بر منابع تغذیه و کاهش گرما است—که آن‌ها را برای نصب‌های نظارتی در فضای باز یا ۲۴/۷ ایده‌آل می‌سازد.

نمونه موردی: همان ذخیره‌گاه حیات‌وحش به دوربین‌های CMOS تغییر کرد. مصرف انرژی 60% کاهش یافت و این امکان را فراهم کرد که پنل‌های خورشیدی باتری‌ها را برای بیش از 24 ساعت شارژ نگه دارند. نیازی به خنک‌سازی نبود و دوربین‌ها به مدت 3 سال با حداقل نگهداری به‌طور قابل‌اعتمادی کار کرده‌اند.

5. هزینه و مقیاس‌پذیری

محدودیت‌های بودجه و نیاز به استقرار دوربین‌های متعدد اغلب بر انتخاب حسگر تأثیر می‌گذارد.

• حسگرهای CCD: CCDها هزینه تولید بالاتری دارند، به ویژه در وضوح‌های بالاتر. مقیاس‌پذیری محدود و نیازهای بالای انرژی آن‌ها نیز هزینه‌های کلی سیستم را افزایش می‌دهد و آن‌ها را برای استقرارهای بزرگ‌مقیاس کمتر عملی می‌کند.

نمونه موردی: یک منطقه آموزشی برنامه‌ریزی کرده بود تا 50 دوربین در 10 پردیس نصب کند. نقل قول دوربین‌های CCD (2MP) هزینه کل 75,000 را نشان داد، که شامل تأمین برق و سیم‌کشی بالاتر بود. ارتقاء به CCDهای 4MP بودجه را به 120,000 رساند— 超出 منابع مالی منطقه.

• حسگرهای CMOS: تولید انبوه و فرآیندهای تولید ساده‌تر باعث شده است که حسگرهای CMOS مقرون به صرفه‌تر شوند. سازگاری آن‌ها با سیستم‌های چند دوربینه با وضوح بالا و نیازهای پایین‌تر به انرژی، آن‌ها را به انتخابی مقرون به صرفه برای اکثر شبکه‌های نظارتی مدرن تبدیل کرده است.

نمونه موردی: همان منطقه مدرسه  دوربین‌های 4MP CMOS را انتخاب کرد. هزینه کل 55,000 دلار بود که شامل منبع تغذیه استاندارد می‌شد. آنها حتی 10 دوربین اضافی در بودجه اضافه کردند که مناطق بیشتری مانند زمین‌های بازی و خطوط اتوبوس را پوشش می‌داد.

کدام حسگر برای نیازهای نظارتی شما مناسب است؟

پاسخ به مورد استفاده خاص شما بستگی دارد:

• اگر CCD را انتخاب کنید: شما عملکرد در نور کم را در محیط‌های بسیار تاریک (مانند مناطق روستایی بدون چراغ خیابان) در اولویت قرار می‌دهید و به وضوح بالا یا نرخ فریم سریع نیاز ندارید. CCDها هنوز برای کاربردهای خاصی که نرمی تصویر و دقت رنگ در آن‌ها بسیار مهم است، قابل استفاده هستند.

• CMOS را انتخاب کنید اگر: به وضوح بالا (4K+)، نرخ فریم سریع، کارایی انرژی یا مقیاس‌پذیری نیاز دارید. حسگرهای CMOS مدرن انتخاب واضحی برای نظارت شهری، نظارت بر ترافیک، شهرهای هوشمند و سیستم‌های امنیتی بزرگ مقیاس هستند. آنها همچنین در محیط‌های ترکیبی که نور متفاوت است (به عنوان مثال، انتقال‌های داخلی/خارجی) عالی عمل می‌کنند.

آینده حسگرهای نظارتی

در حالی که CCDها هنوز در سناریوهای خاص نور کم جایگاهی دارند، فناوری CMOS به سرعت در حال تکامل است. نوآوری‌هایی مانند حسگرهای CMOS لایه‌ای (که لایه‌های پیکسل و پردازش را برای عملکرد بهتر جدا می‌کنند) و حسگرهای یکپارچه با هوش مصنوعی (برای شناسایی اشیاء در زمان واقعی) مرزهای آنچه دوربین‌های نظارتی می‌توانند به دست آورند را جابجا می‌کنند. در نتیجه، CMOS به طور فزاینده‌ای به انتخاب پیش‌فرض برای سیستم‌های نظارتی مصرفی و حرفه‌ای تبدیل می‌شود.

نتیجه گیری

هنگام ارزیابی سنسورهای CMOS در مقابل CCD برای ماژول‌های دوربین‌های نظارتی، واضح است که CMOS به عنوان پیشتاز برای اکثر کاربردها ظاهر شده است. ترکیب وضوح بالا، نرخ فریم سریع، کارایی انرژی و مقرون به صرفه بودن آن، آن را برای نیازهای امنیتی مدرن ایده‌آل می‌سازد. با این حال، CCDها همچنان گزینه‌ای قوی برای سناریوهای خاص با نور کم هستند که در آن‌ها نرمی تصویر حیاتی است.

با درک نیازهای نظارتی شما—چه ضبط شماره‌پلاک‌ها در شب، نظارت بر فضاهای شلوغ، یا استقرار یک شبکه بزرگ از دوربین‌ها—می‌توانید تصمیمی آگاهانه بگیرید که عملکرد، هزینه و قابلیت اطمینان را متعادل کند.

تماس

اطلاعات خود را وارد کنید و ما با شما تماس خواهیم گرفت.

درباره ما

محصولات

درباره ما

پشتیبانی

+8618520876676

+8613603070842

اخبار

leo@aiusbcam.com

vicky@aiusbcam.com

WeChat