Ўзбек тили
Kamera modullarida CMOS sensorlarining rivojlanishi: Laboratoriyadan kundalik texnologiyaga
Tashkil Topildi 10.09
Keling, bugun har qanday elektronika do'koniga kirib, siz kameralarni topasiz - ular smartfonlarda, harakatli kameralar yoki xavfsizlik qurilmalarida bo'lsin - kichik, lekin kuchli bir komponent bilan to'ldirilgan: CMOS sensor. To'liq nomi Komplementar Metall-Oksid-Semikonduktor bo'lgan bu chip, bizning yorug'likni qanday ushlab olishimiz va uni raqamli tasvirlarga aylantirishimizni inqilob qildi. Ammo uning laboratoriya tajribasidan zamonaviy texnologiyaning asosiga aylanishi yo'li...kamera modullaribu bir kechada bo'lmadi. Keling, CMOS sensorlarining rivojlanishini kuzataylik, qanday qilib eski texnologiyalarni ortda qoldirib, iste'molchilar ehtiyojlariga moslashganini va tasvirlash kelajagini qanday shakllantirganini o'rganaylik.
1. Dastlabki kunlar: CMOS va CCD – Sensor ustunligi uchun kurash (1960-yillar–1990-yillar)
CMOS sahnaga chiqishidan oldin, Zaryadlangan Juftlashgan Qurilmalar (CCD) tasvir olish dunyosida hukmronlik qildi. 1960-yillarda Bell Labs tomonidan ishlab chiqilgan CCDlar, yorug'likni elektr signallariga yuqori sezgirlik va past shovqin bilan aylantirishda juda muvaffaqiyatli bo'ldi - bu esa aniq fotosuratlar uchun muhimdir. O'n yillar davomida ular professional kameralar, tibbiy tasvirlash va hatto Hubble kabi kosmik teleskoplar uchun asosiy tanlov bo'lib kelgan.
CMOS texnologiyasi, aksincha, taxminan bir vaqtda paydo bo'ldi, lekin dastlab "byudjet alternativasi" sifatida rad etildi. Dastlabki CMOS sensorlarining ikkita asosiy kamchiligi bor edi: yuqori shovqin (bu tasvirlarni donalashgan qiladi) va yomon yorug'lik sezgirligi. CCDlardan farqli o'laroq, signalni qayta ishlash uchun tashqi sxemalarni talab qiladigan, dastlabki CMOS dizaynlari qayta ishlash komponentlarini to'g'ridan-to'g'ri chipga integratsiya qildi - bu xususiyat past energiya iste'molini va'da qildi, lekin o'zida savdolarni olib keldi. Chip ichidagi sxemalar elektr aralashuvini keltirib chiqardi, tasvir sifatini buzdi va CMOS sensorlari CCDlarning dinamik diapazoniga (ham yorqin, ham qorong'u tafsilotlarni ushlash qobiliyati) mos kelishda qiynaldi.
1980-yillarga kelib, tadqiqotchilar CMOSning potentsialini ko'rishni boshladilar. Uning past quvvat iste'moli portativ qurilmalar uchun o'yin o'zgartiruvchi bo'ldi - CCDlar, tezda batareyalarni tugatadigan, buni taklif qila olmadilar. 1993 yilda, Texas universitetining Austin shahridagi bir guruh, Dr. Erik Fossum boshchiligida, bir yutuqqa erishdi: ular "faol piksel sensor" (APS) dizaynini ishlab chiqishdi. APS CMOS chipidagi har bir pikselga kichik amplifikatör qo'shdi, shovqinlarni kamaytirib, sezgirlikni oshirdi. Ushbu innovatsiya CMOSni nuqsonli kontseptsiyadan raqobatbardosh variantga aylantirdi.
2. 2000-yillar: Tijoratlash va iste'molchilar CMOS ning o'sishi
2000-yillar CMOSning laboratoriyadan do'kon raflariga o'tishini belgiladi. Ushbu o'zgarishni ikki asosiy omil boshqaradi: xarajat va raqamli texnologiya bilan moslik.
Birinchidan, CMOS sensorlarini ishlab chiqarish arzonroq edi. CCDlardan farqli o'laroq, maxsus ishlab chiqarish jarayonlarini talab qiladigan, CMOS chiplarini kompyuter mikrochiplarini ishlab chiqaradigan bir xil fabrikalarda ishlab chiqarish mumkin edi (o'sha paytda 50 milliard dollarlik sanoat). Ushbu kengayish narxlarni pasaytirdi va CMOSni iste'mol elektronika brendlariga kirish imkonini berdi.
Ikkinchidan, kamera modullari kichrayotgan edi - va CMOS bu talabga javob berdi. Raqamli kameralar film modellari o'rnini bosganida, iste'molchilar kichikroq, engilroq qurilmalarni talab qildilar. CMOSning integratsiyalashgan ishlov berishi kamera modullariga qo'shimcha sxemalar kerak emasligini anglatardi, bu esa o'lchamni kamaytirdi. 2000 yilda Canon EOS D30 ni chiqardi, bu CMOS sensoridan foydalangan birinchi professional DSLR edi. Bu CMOS DSLR sifatidagi tasvirlarni taqdim eta olishini isbotladi va tez orada Nikon va Sony kabi brendlar ham shu yo'ldan bordi.
2000-yillarning o'rtalariga kelib, CMOS iste'mol kameralarida CCD-larni ortda qoldirdi. 2005-yilda bozor tadqiqotlari firmasi IDC tomonidan tayyorlangan hisobotda raqamli kameralarining 70% CMOS sensorlardan foydalanganligi, CCD-lar esa faqat 30% ni tashkil etgani aniqlangan. Holat o'zgardi: CMOS endi "byudjet varianti" emas — u yangi standartga aylandi.
3. 2010-yillar: Smartfonlar inqilobi – CMOSning eng katta buzuvchisi
Agar 2000-yillar CMOSni ommaviy texnologiyaga aylantirgan bo'lsa, 2010-yillar uni uy texnologiyasiga aylantirdi — bu smartfonlar tufayli. Apple 2007 yilda iPhone'ni chiqarganda, u 2-megapikselli CMOS sensorini o'z ichiga oldi, lekin dastlabki smartfon kameralar oddiy fotosuratlar uchun "yetarli" deb hisoblangan, maxsus kameralar bilan raqobatlashish uchun emas. Bu tezda o'zgardi, chunki iste'molchilar telefonlarni asosiy kameralar sifatida ishlatishni boshladilar.
Smartfon ishlab chiqaruvchilari kichik (nozik qurilmalarga mos kelishi uchun) lekin kuchli (past yorug'likda yuqori sifatli tasvirlarni olish uchun) CMOS sensorlariga muhtoj edilar. Ushbu talab uchta asosiy innovatsiyani rag'batlantirdi:
a. Orqa yoritilgan (BSI) CMOS
An'anaviy CMOS sensorlar oldida simlar mavjud bo'lib, bu ba'zi yorug'likning pikselga yetib borishini to'sadi. BSI CMOS dizaynni o'zgartiradi: simlar orqada joylashgan, shuning uchun ko'proq yorug'lik pikselga tushadi. Bu yorug'lik sezgirligini 40% gacha oshirdi, bu esa past yorug'likda suratlarni aniqroq qiladi. Sony BSI CMOS ni 2009 yilda taqdim etdi va 2012 yilga kelib, iPhone 5 kabi flagmanlarda standart bo'lib qoldi.
b. Stacked CMOS
Stacked CMOS BSI ni bir qadam oldinga olib chiqdi. Qayta ishlash sxemalarini pikselar bilan bir xil qatorda joylashtirish o'rniga, u piksel qatlamini alohida qayta ishlash qatlamining ustiga joylashtirdi. Bu katta pikselar (ko'proq yorug'likni ushlaydi) va tezroq qayta ishlash (4K video va burst rejimi uchun) uchun joyni bo'shatdi. Samsungning 2014 yildagi Galaxy S5 modeli stacked CMOS dan foydalangan, va bugungi kunda deyarli barcha yuqori darajadagi smartfonlar ushbu dizaynga tayanadi.
c. Yuqori Piksellar va Dinamik Diapazon
2010-yillarning oxirlariga kelib, CMOS sensorlar 48 megapikseldan (MP) oshdi. Xiaomi’ning 2019-yilgi Mi 9 modelida 48MP Sony sensori mavjud edi, Samsung’ning 108MP sensori (Galaxy S20 Ultra’da ishlatilgan) esa tafsilotlar chegarasini kengaytirdi. Sensorlar shuningdek, dinamik diapazonni ham yaxshiladi—2000-yillarda 8 EV (exposure values) dan bugungi kunda 14 EV+ gacha—kameralarga quyosh botishini osmonni yondirmasdan yoki old planda qoraytirmasdan suratga olish imkonini berdi.
4. 2020-yillardan hozirgi kungacha: AI, IoT va boshqa narsalar uchun CMOS sensorlar
Bugun, CMOS sensorlari faqat kameralar uchun emas - ular yangi aqlli texnologiya davrini boshqarayotgan. Ular qanday rivojlanayotganini ko'ring:
a. AI Integratsiyasi
Zamonaviy CMOS sensorlari tasvirlarni real vaqt rejimida yaxshilash uchun AI chiplar bilan ishlaydi. Masalan, Google’ning Pixel 8 modeli 50MP CMOS sensorini AI bilan birga ishlatadi va fotosuratlarni “hisoblaydi”: u shovqinni kamaytiradi, ranglarni sozlaydi va hatto suratga olish tugmasini bosishdan oldin noaniq suratlarni tuzatadi. AI shuningdek, ob'ektlarni kuzatish (video uchun) va portret rejimi (orqa fonni aniq xiralashtiradi) kabi funksiyalarni ham ta'minlaydi.
b. IoT va Xavfsizlik
CMOS sensorlar IoT qurilmalariga, masalan, aqlli eshik qo'ng'iroqlari (masalan, Ring) va bolalar kuzatuvchilariga sig'adigan darajada kichikdir. Ular shuningdek, infraqizil (IR) sezgirligi tufayli to'liq qorong'ulikda aniq tasvirlarni olish imkonini beradigan tungi ko'rish bilan xavfsizlik kameralarida ham ishlatiladi. 2023 yilda bozor tadqiqotlari firmasi Yole Développement IoT kamera modullari 2028 yilga kelib CMOS sensorlar savdosida yillik 12% o'sishni ta'minlaydi deb xabar berdi.
c. Maxsus sensorlar maxsus foydalanish uchun
CMOS sensorlari ma'lum sohalarga moslashtirilmoqda:
• Avtomobil: O'z-o'zini boshqaradigan avtomobillar piyodalarni, trafik chiroqlarini va boshqa transport vositalarini aniqlash uchun CMOS sensorlaridan ( “rasm sensorlari” deb ataladi) foydalanadi. Ushbu sensorlar tez harakatlanuvchi ob'ektlarni ushlash uchun yuqori kadr tezligiga (120 fps gacha) ega.
• Tibbiy: Miniatur CMOS sensorlar endoskoplarda tananing ichini ko'rish uchun ishlatiladi va yuqori sezgirlikka ega sensorlar rentgen va MRI tasvirlashda yordam beradi.
• Kosmos: NASAning Perseverance roveri Marsning fotosuratlarini olish uchun CMOS sensoridan foydalanadi. CCDlardan farqli o'laroq, CMOS kosmosning qattiq nurlanishiga chidamli bo'lib, uni tadqiqot uchun ideal qiladi.
d. Kam quvvat, yuqori samaradorlik
Qurilmalar aqlli bo'lgani sayin, batareya hayoti ustuvor vazifa bo'lib qolmoqda. Yangi CMOS dizaynlari "past quvvat rejimlari" dan foydalanadi, bu energiya iste'molini 30-50% ga kamaytiradi, sensor faol bo'lmaganida. Masalan, CMOS sensorlari (yurak urishini kuzatish va fitnesni kuzatish uchun) bo'lgan aqlli soatlar bitta zaryadda bir necha kun davom etishi mumkin.
5. Kelajak: Kameralar modullarida CMOS uchun keyingi nima?
CMOS sensorlarining evolyutsiyasi sekinlashish belgilari ko'rsatmayapti. E'tibor berish kerak bo'lgan uchta tendentsiya:
a. Global Shutter CMOS
Ko'pchilik CMOS sensorlari "o'ralgan shutter"dan foydalanadi, bu tasvirlarni qatorma-qator ushlab oladi - bu tez harakatlanuvchi videoda deformatsiyaga olib kelishi mumkin (masalan, egilgan binolar). Global shutter CMOS butun tasvirni bir vaqtning o'zida ushlab oladi, deformatsiyani yo'q qiladi. Bu allaqachon professional kameralar (masalan, Sony FX6) da ishlatilmoqda, lekin bu qimmat. Narxlar pasayganda, global shutter smartfonlarga kiradi, bu esa harakatli video va VR kontentini yanada silliq qiladi.
b. Ko'p spektrli tasvirlash
Kelajakdagi CMOS sensorlar faqat ko'rinadigan yorug'likni emas, balki infraqizil, ultrabinafsha (UV) va hatto issiqlik nurlarini ham ushlaydi. Bu smartfonlarga haroratni o'lchash (ovqat tayyorlash yoki sog'liqni tekshirish uchun) yoki tutun orqali ko'rish imkonini berishi mumkin (haydash uchun). Samsung va Sony allaqachon ko'p spektrli CMOSni sinovdan o'tkazmoqda, tijorat qurilmalari esa 2026 yilga kelib kutilmoqda.
c. Kichik, kuchli sensorlar
Moore qonuni (kichikroq, tezroq chiplar bashorat qiluvchi) CMOS ga ham taalluqlidir. Tadqiqotchilar "nanopixel" CMOS sensorlarini ishlab chiqmoqdalar, bu yerda pikselning kengligi atigi 0.5 mikrometr (μm) (hozirgi piksel 1-2 μm). Ushbu kichik sensorlar aqlli ko'zoynaklar va kontakt linzalari kabi qurilmalarga joylashadi, AR/VR va sog'liqni monitoring qilish uchun yangi imkoniyatlarni ochadi.
Xulosa
Shovqin, e'tiborsiz alternativlardan CCDlarga qadar, CMOS sensorlar zamonaviy tasvirlashning dvigateliga aylanishda uzoq yo'l bosib o'tdi. Ularning rivojlanishi iste'molchilar talabiga bog'liq bo'lib, kichikroq qurilmalar, yaxshiroq fotosuratlar va aqlli texnologiyalar uchun bo'lgan talablar bilan bog'liq va bu smartfonlar, sun'iy intellekt va IoTning o'sishi bilan bog'liq.
Bugun, har safar telefoningiz bilan rasmga olsangiz, QR kodini skanerlash yoki xavfsizlik kamerasi orqali tekshirsangiz, siz CMOS sensoridan foydalanmoqdasiz. Va texnologiya rivojlanishi bilan, bu kichik chiplar imkoniyatlarni cheklovlarini davom ettiradi - bu Mars roveri selfieslarini olish, o'z-o'zini boshqaradigan avtomobillarni quvvatlash yoki bizni hech qachon tasavvur qilmagan usullarda dunyoni ko'rishga imkon berish bo'lsin.
Bizneslar uchun kamera modullarini yoki iste'mol texnologiyalarini ishlab chiqayotganlar uchun CMOS tendentsiyalaridan oldinda bo'lish muhimdir. Sensorlar aqlliroq, kichikroq va samaraliroq bo'lgani sayin, ular raqamli dunyo bilan qanday aloqada bo'lishimizni shakllantirishda davom etadi — bir pikselda bir vaqtning o'zida.
Aloqa
Ma'lumatingizni qoldiring va biz siz bilan bog'lanamiz.
WhatsApp
WeChat