اردو
کیمرا ماڈیولز میں CMOS سینسرز کی ترقی: لیب سے روزمرہ کی ٹیکنالوجی تک
سائنچ کی 10.09
کسی بھی الیکٹرانکس کی دکان میں آج جائیں، اور آپ کو کیمرے ملیں گے—چاہے وہ اسمارٹ فونز میں ہوں، ایکشن کیمروں میں، یا سیکیورٹی ڈیوائسز میں—ایک چھوٹے لیکن طاقتور جزو کے ساتھ: CMOS سینسر۔ Complementary Metal-Oxide-Semiconductor کا مخفف، یہ چپ اس بات میں انقلاب لے آئی ہے کہ ہم روشنی کو کیسے پکڑتے ہیں اور اسے ڈیجیٹل امیجز میں تبدیل کرتے ہیں۔ لیکن اس کا سفر ایک لیب کے تجربے سے جدید دنیا کی ریڑھ کی ہڈی تک کیسے پہنچا۔کیمرہ ماڈیولزیہ راتوں رات نہیں ہوا۔ آئیے CMOS سینسرز کی ترقی کا پتہ لگائیں، یہ دیکھتے ہیں کہ انہوں نے پرانی ٹیکنالوجیز کو کیسے پیچھے چھوڑا، صارفین کی ضروریات کے مطابق کیسے ڈھال لیا، اور امیجنگ کے مستقبل کو کیسے تشکیل دیا۔
1. ابتدائی دن: CMOS بمقابلہ CCD – سینسر کی حکمرانی کے لیے جنگ (1960 کی دہائی – 1990 کی دہائی)
اس سے پہلے کہ CMOS مرکزی اسٹیج پر آئے، چارج-جوڑے والے آلات (CCDs) امیجنگ کی دنیا میں حکمرانی کرتے تھے۔ 1960 کی دہائی میں بیل لیبز کے ذریعہ تیار کردہ، CCDs روشنی کو برقی سگنلز میں تبدیل کرنے میں اعلی حساسیت اور کم شور کے ساتھ بہترین تھے—صاف تصاویر کے لیے یہ بہت اہم ہے۔ کئی دہائیوں تک، یہ پیشہ ور کیمروں، طبی امیجنگ، اور یہاں تک کہ ہبل جیسے خلا کے دوربینوں کے لیے جانے والا انتخاب تھے۔
CMOS ٹیکنالوجی، اس کے برعکس، تقریباً اسی وقت ابھری لیکن ابتدائی طور پر اسے "بجٹ متبادل" کے طور پر مسترد کر دیا گیا۔ ابتدائی CMOS سینسرز میں دو بڑے نقصانات تھے: زیادہ شور (جو داغ دار تصاویر بناتا تھا) اور کم روشنی کی حساسیت۔ CCDs کے برعکس، جنہیں سگنل پروسیسنگ کے لیے بیرونی سرکٹری کی ضرورت ہوتی تھی، ابتدائی CMOS ڈیزائنز نے پروسیسنگ اجزاء کو براہ راست چپ پر ضم کیا—یہ ایک خصوصیت تھی جس نے کم پاور کی کھپت کا وعدہ کیا لیکن اس کے ساتھ کچھ نقصانات بھی تھے۔ آن-چپ سرکٹس نے برقی مداخلت پیدا کی، جو تصویر کے معیار کو برباد کر دیتی تھی، اور CMOS سینسرز CCDs کی متحرک رینج (چمکدار اور تاریک تفصیلات دونوں کو پکڑنے کی صلاحیت) کے ساتھ مقابلہ کرنے میں جدوجہد کرتے تھے۔
تا 1980 کی دہائی تک، تاہم، محققین نے CMOS کی صلاحیت کو دیکھنا شروع کر دیا۔ اس کی کم طاقت کا استعمال پورٹیبل ڈیوائسز کے لیے ایک گیم چینجر تھا—ایسی چیز جو CCDs، جو بیٹریوں کو تیزی سے ختم کر دیتے تھے، پیش نہیں کر سکتے تھے۔ 1993 میں، ٹیکساس یونیورسٹی کے ایک ٹیم، جس کی قیادت ڈاکٹر ایرک فوسم نے کی، نے ایک اہم پیش رفت کی: انہوں نے "ایکٹیو پکسل سینسر" (APS) ڈیزائن تیار کیا۔ APS نے CMOS چپ پر ہر پکسل کے لیے ایک چھوٹا ایمپلیفائر شامل کیا، شور کو کم کیا اور حساسیت کو بڑھایا۔ اس جدت نے CMOS کو ایک ناقص تصور سے ایک قابل عمل حریف میں تبدیل کر دیا۔
2. 2000 کی دہائی: تجارتی کاری اور صارف CMOS کا عروج
2000 کی دہائی نے CMOS کی لیب سے اسٹور کی شیلفوں میں منتقلی کا نشان لگایا۔ اس تبدیلی کے پیچھے دو اہم عوامل تھے: لاگت اور ڈیجیٹل ٹیکنالوجی کے ساتھ ہم آہنگی۔
پہلے، CMOS سینسرز کی تیاری سستی تھی۔ CCDs کے برعکس، جن کے لیے خصوصی پیداوار کے عمل کی ضرورت ہوتی تھی، CMOS چپس کو ان ہی فیکٹریوں میں بنایا جا سکتا تھا جو کمپیوٹر مائیکروچپس تیار کرتی تھیں (اس وقت کی 50 بلین ڈالر کی صنعت)۔ اس پیمانے کی معیشت نے قیمتوں کو کم کیا، جس سے CMOS صارفین کی الیکٹرانکس برانڈز کے لیے قابل رسائی ہو گیا۔
دوسرا، کیمرے کے ماڈیولز چھوٹے ہو رہے تھے—اور CMOS اس کے لیے موزوں تھا۔ جیسے جیسے ڈیجیٹل کیمرے فلم کے ماڈلز کی جگہ لے رہے تھے، صارفین نے چھوٹے، ہلکے آلات کا مطالبہ کیا۔ CMOS کی مربوط پروسیسنگ کا مطلب تھا کہ کیمرے کے ماڈیولز کو اضافی سرکٹ بورڈز کی ضرورت نہیں تھی، جس سے حجم میں کمی آئی۔ 2000 میں، کینن نے EOS D30 جاری کیا، جو CMOS سینسر استعمال کرنے والا پہلا پیشہ ور DSLR تھا۔ اس نے ثابت کیا کہ CMOS DSLR معیار کی تصاویر فراہم کر سکتا ہے، اور جلد ہی، نیکون اور سونی جیسے برانڈز نے بھی اسی راستے پر چلنا شروع کر دیا۔
2000 کی دہائی کے وسط تک، CMOS نے صارفین کے کیمروں میں CCDs کو پیچھے چھوڑ دیا تھا۔ مارکیٹ ریسرچ فرم IDC کی 2005 کی رپورٹ میں پایا گیا کہ 70% ڈیجیٹل کیمروں میں CMOS سینسر استعمال ہوتے تھے، جبکہ CCDs کے لیے صرف 30%۔ وقت بدل چکا تھا: CMOS اب "بجٹ آپشن" نہیں رہا—یہ نیا معیار بن چکا تھا۔
3. 2010 کی دہائی: اسمارٹ فون کا عروج – CMOS کا سب سے بڑا خلل انداز
اگر 2000 کی دہائی نے CMOS کو مرکزی دھارے میں لایا، تو 2010 کی دہائی نے اسے ایک گھریلو ٹیکنالوجی میں تبدیل کر دیا—اس کا شکریہ اسمارٹ فونز کو۔ جب ایپل نے 2007 میں آئی فون جاری کیا، تو اس میں 2 میگا پکسل CMOS سینسر شامل تھا، لیکن ابتدائی اسمارٹ فون کیمروں کو "کافی اچھا" سمجھا جاتا تھا عام تصاویر کے لیے، نہ کہ مخصوص کیمروں کے مقابلے کے لیے۔ یہ تیزی سے بدل گیا جب صارفین نے فونز کو اپنے بنیادی کیمروں کے طور پر استعمال کرنا شروع کیا۔
اسمارٹ فون بنانے والوں کو CMOS سینسرز کی ضرورت تھی جو چھوٹے (پتلے آلات میں فٹ ہونے کے لیے) لیکن طاقتور (کم روشنی میں اعلیٰ معیار کی تصاویر لینے کے لیے) ہوں۔ اس طلب نے تین بڑے انوکھے خیالات کو جنم دیا:
a. پچھلے حصے کی روشنی (BSI) CMOS
روایتی CMOS سینسرز کے سامنے وائرنگ ہوتی ہے، جو کچھ روشنی کو پکسل تک پہنچنے سے روکتی ہے۔ BSI CMOS ڈیزائن کو پلٹ دیتا ہے: وائرنگ پیچھے ہوتی ہے، لہذا زیادہ روشنی پکسل پر پڑتی ہے۔ اس نے روشنی کی حساسیت کو 40% تک بڑھا دیا، جس سے کم روشنی میں تصاویر زیادہ واضح ہو گئیں۔ سونی نے 2009 میں BSI CMOS متعارف کرایا، اور 2012 تک، یہ آئی فون 5 جیسے فلیگ شپ ماڈلز میں معیاری بن گیا۔
b. اسٹیکڈ CMOS
اسٹیکڈ CMOS نے BSI کو ایک قدم آگے بڑھایا۔ اس نے پروسیسنگ سرکٹس کو پکسلز کی اسی تہہ پر رکھنے کے بجائے، پکسل کی تہہ کو ایک علیحدہ پروسیسنگ تہہ کے اوپر رکھا۔ اس نے بڑے پکسلز (جو زیادہ روشنی پکڑتے ہیں) اور تیز پروسیسنگ (4K ویڈیو اور برست موڈ کے لیے) کے لیے جگہ خالی کر دی۔ سام سنگ کے 2014 کے گلیکسی S5 نے اسٹیکڈ CMOS کا استعمال کیا، اور آج، تقریباً تمام اعلیٰ درجے کے اسمارٹ فونز اس ڈیزائن پر انحصار کرتے ہیں۔
c. زیادہ پکسلز اور متحرک رینج
2010 کی دہائی کے آخر تک، CMOS سینسرز نے 48 میگا پکسلز (MP) اور اس سے آگے کی سطح کو پہنچا دیا۔ Xiaomi کا 2019 کا Mi 9 ایک 48MP سونی سینسر کے ساتھ آیا، اور Samsung کا 108MP سینسر (جو Galaxy S20 Ultra میں استعمال ہوا) نے تفصیل کی حدود کو بڑھا دیا۔ سینسرز نے متحرک رینج میں بھی بہتری کی—2000 کی دہائی میں 8 EV (ایکسپوزر ویلیوز) سے لے کر آج 14 EV+ تک—جس نے کیمروں کو سورج غروب کی تصاویر لینے کی اجازت دی بغیر آسمان کو پھلانے یا سامنے کے منظر کو تاریک کرنے کے۔
4. 2020 کی دہائی سے موجودہ: AI، IoT، اور اس سے آگے کے لیے CMOS سینسر
آج، CMOS سینسرز صرف کیمروں کے لیے نہیں رہے—یہ ایک نئے دور کی سمارٹ ٹیکنالوجی کو طاقت دے رہے ہیں۔ یہ دیکھیں کہ یہ کس طرح ترقی کر رہے ہیں:
a. AI انضمام
جدید CMOS سینسر AI چپس کے ساتھ مل کر حقیقی وقت میں تصاویر کو بہتر بناتے ہیں۔ مثال کے طور پر، گوگل کا Pixel 8 ایک 50MP CMOS سینسر استعمال کرتا ہے جو AI کے ساتھ مل کر تصاویر کو "حساب" کرتا ہے: یہ شور کو کم کرتا ہے، رنگوں کو ایڈجسٹ کرتا ہے، اور یہاں تک کہ آپ کے شٹر دبانے سے پہلے دھندلی تصاویر کو بھی درست کرتا ہے۔ AI اشیاء کی ٹریکنگ (ویڈیو کے لیے) اور پورٹریٹ موڈ (جو پس منظر کو درست طریقے سے دھندلا کرتا ہے) جیسی خصوصیات کو بھی فعال کرتا ہے۔
b. IoT اور سیکیورٹی
CMOS سینسر اتنے چھوٹے ہیں کہ یہ IoT ڈیوائسز جیسے سمارٹ ڈور بیلز (جیسے، Ring) اور بیبی مانیٹرز میں فٹ ہو سکتے ہیں۔ انہیں سیکیورٹی کیمروں میں بھی استعمال کیا جاتا ہے جن میں رات کی بصیرت ہوتی ہے—انفراریڈ (IR) حساسیت کی بدولت، CMOS سینسر مکمل تاریکی میں واضح تصاویر حاصل کر سکتے ہیں۔ 2023 میں، مارکیٹ ریسرچ فرم Yole Développement نے رپورٹ کیا کہ IoT کیمرا ماڈیولز 2028 تک CMOS سینسر کی فروخت میں 12% سالانہ اضافہ کریں گے۔
c. مخصوص استعمال کے لیے خصوصی سینسر
CMOS سینسرز کو مخصوص صنعتوں کے لیے تیار کیا جا رہا ہے:
• موٹر گاڑیاں: خودکار گاڑیاں CMOS سینسرز (جنہیں "تصویری سینسرز" کہا جاتا ہے) کا استعمال کرتی ہیں تاکہ پیدل چلنے والوں، ٹریفک لائٹس، اور دیگر گاڑیوں کا پتہ لگایا جا سکے۔ یہ سینسرز تیز رفتار اشیاء کو پکڑنے کے لیے اعلیٰ فریم کی شرح (120 fps تک) رکھتے ہیں۔
• طبی: اینڈوسکوپ میں جسم کے اندر دیکھنے کے لیے چھوٹے CMOS سینسر استعمال ہوتے ہیں، اور ہائی سینسٹیوٹی سینسر ایکس رے اور ایم آر آئی امیجنگ میں مدد کرتے ہیں۔
• خلاء: NASA کا Perseverance روور مریخ کی تصاویر لینے کے لیے CMOS سینسر کا استعمال کرتا ہے۔ CCDs کے برعکس، CMOS خلا کی سخت تابکاری کو برداشت کر سکتا ہے، جو اسے تلاش کے لیے مثالی بناتا ہے۔
d. کم طاقت، زیادہ کارکردگی
جیسے جیسے آلات زیادہ ذہین ہوتے ہیں، بیٹری کی زندگی ایک ترجیح بنی رہتی ہے۔ نئے CMOS ڈیزائن "کم پاور موڈز" کا استعمال کرتے ہیں جو سینسر کے غیر فعال ہونے پر توانائی کے استعمال کو 30-50% تک کم کر دیتے ہیں۔ مثال کے طور پر، CMOS سینسرز (دل کی دھڑکن کی نگرانی اور فٹنس ٹریکنگ کے لیے) کے ساتھ اسمارٹ واچز ایک ہی چارج پر کئی دن تک چل سکتی ہیں۔
5. مستقبل: کیمرا ماڈیولز میں CMOS کے لیے اگلا کیا ہے؟
CMOS سینسرز کی ترقی میں سست ہونے کے کوئی آثار نہیں ہیں۔ یہاں تین رجحانات ہیں جن پر نظر رکھنی ہے:
a. عالمی شٹر CMOS
زیادہ تر CMOS سینسر "رولنگ شٹر" کا استعمال کرتے ہیں، جو تصاویر کو لائن بہ لائن پکڑتا ہے—یہ تیز رفتار ویڈیو میں مڑنے والی عمارتوں جیسی تحریف کا سبب بن سکتا ہے۔ گلوبل شٹر CMOS پوری تصویر کو ایک ساتھ پکڑتا ہے، جس سے تحریف ختم ہو جاتی ہے۔ یہ پہلے ہی پیشہ ور کیمروں (جیسے سونی کے FX6) میں استعمال ہوتا ہے، لیکن یہ مہنگا ہے۔ جیسے جیسے قیمتیں کم ہوں گی، گلوبل شٹر اسمارٹ فونز میں آئے گا، جس سے ایکشن ویڈیو اور VR مواد زیادہ ہموار ہو جائے گا۔
b. کثیر الطیف امیجنگ
مستقبل CMOS سینسر صرف مرئی روشنی کو ہی نہیں بلکہ انفرا ریڈ، الٹرا وائلٹ (UV)، اور یہاں تک کہ تھرمل تابکاری کو بھی پکڑیں گے۔ یہ اسمارٹ فونز کو درجہ حرارت ناپنے (کھانا پکانے یا صحت کی جانچ کے لیے) یا دھند میں دیکھنے کی اجازت دے سکتا ہے (ڈرائیونگ کے لیے)۔ سام سنگ اور سونی پہلے ہی کثیر الطیفی CMOS کا تجربہ کر رہے ہیں، تجارتی آلات 2026 تک متوقع ہیں۔
c. چھوٹے، زیادہ طاقتور سینسر
مور کے قانون (جو چھوٹے، تیز چپس کی پیش گوئی کرتا ہے) CMOS پر بھی لاگو ہوتا ہے۔ محققین "نان پکسل" CMOS سینسرز تیار کر رہے ہیں، جہاں پکسلز صرف 0.5 مائیکرومیٹر (μm) چوڑے ہیں (موجودہ پکسلز 1-2 μm ہیں)۔ یہ چھوٹے سینسرز سمارٹ چشموں اور کانٹیکٹ لینز جیسے آلات میں فٹ ہوں گے، جو AR/VR اور صحت کی نگرانی کے لیے نئے امکانات کو کھولیں گے۔
نتیجہ
ایک شور مچانے والے، نظر انداز کیے جانے والے متبادل سے سی سی ڈی کے لیے جدید امیجنگ کے انجن تک، سی ایم او ایس سینسرز نے ایک طویل سفر طے کیا ہے۔ ان کی ترقی صارفین کی طلب سے متاثر ہوئی ہے—چھوٹے آلات، بہتر تصاویر، اور زیادہ ذہین ٹیکنالوجی کے لیے—اور یہ اسمارٹ فونز، اے آئی، اور آئی او ٹی کے عروج سے جڑی ہوئی ہے۔
آج، جب بھی آپ اپنے فون سے کوئی تصویر لیتے ہیں، QR کوڈ اسکین کرتے ہیں، یا سیکیورٹی کیمرے کی جانچ کرتے ہیں، آپ ایک CMOS سینسر کا استعمال کر رہے ہیں۔ اور جیسے جیسے ٹیکنالوجی ترقی کرتی ہے، یہ چھوٹے چپس ممکنات کی حدود کو آگے بڑھاتے رہیں گے—چاہے یہ مریخ کے روور سیلفیز کو پکڑنا ہو، خود چلنے والی گاڑیوں کو طاقت دینا ہو، یا ہمیں دنیا کو ایسے طریقوں سے دیکھنے کی اجازت دینا ہو جن کا ہم نے کبھی تصور بھی نہیں کیا۔
کاروباروں کے لیے جو کیمرہ ماڈیولز یا صارف ٹیکنالوجی بنا رہے ہیں، CMOS رجحانات سے آگے رہنا کلیدی حیثیت رکھتا ہے۔ جیسے جیسے سینسر زیادہ ذہین، چھوٹے، اور زیادہ موثر ہوتے جائیں گے، وہ اس طرح سے ہماری ڈیجیٹل دنیا کے ساتھ تعامل کو تشکیل دیتے رہیں گے—ایک پکسل میں ایک وقت میں۔
رابطہ
اپنی معلومات چھوڑیں اور ہم آپ سے رابطہ کریں گے۔
WhatsApp
WeChat