کشاورزی ماشینی

مهندسی مکانیک بیوسیستم

مهندسی مکانیک بیوسیستم

امیدی ارجنکی هستم دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک ماشین های کشاورزی (مهندسی مکانیک بیوسیستم) و در این وبلاگ آموخته هایم را نشر می دهم.
آموزش و یاد دادن از زکات علم است.پیامبر خوبی ها حضرت محمد صلوا تالله علیه و آله فرمودند حکایت کسی که علم آموزد و از آن سخن نکند چون کسی است که گنجی نهد و از آن خرج نکند.
این روزها که دانش مهندسی ماشین ها و مکانیزاسیون کشاورزی غریب و محجور افتاده است، آموزش و بیان فایده ها و سودهای استفاده از اتوماسیون در کشاورزی شاید راهی برای تغییر نگرش بر این رشته باشد.
فارغ التحصیلان، استادان و دانشجویان رشته مهندسی مکانیک ماشین های کشاورزی بهترین متخصصان برای ارتباط علم نوین مهندسی با کشاورزی هستند. چون در این رشته انوع تخصص ها آموزش داده می شود. برق، کشاورزی، باغبانی، دامپروری، کامپیوتر، تجهیزات و ابزار اندازه گیری، علوم نوین مثل شبکه های عصبی، بینایی ماشین، انرژی های نوین که همه و همه از ملزمات توسعه کشاورزی نوین هستند.
استفاده از علم نوین در کشاورزی صد در صد باعث تولید غذای بیشتر، رفع وابستگی، تولید غذای با کیفیت تر، ارزانی محصولات و بازارپسندی و سود بیشتر می شود.
امیدوارم بتوانم گامی را برای این مهم بردارم.
از نظرات دوستان و هم رشته ای هایم در این وبلاگ استقبال خواهم کرد.
در آخر هم:
کارتان را برای خدا نکنید؛ برای خدا کار کنید!
تفاوتش فقط همین اندازه است که ممکن است حسین (علیه السلام) در کربلا باشد و من در حال کسب علم برای رضایت خدا ...!
شهید سید مرتضی آوینی

آخرین نظرات

کدام سنسور؟ CCD یا CMOS یا BSI-CMOS

چهارشنبه, ۳ ارديبهشت ۱۳۹۳، ۱۲:۲۴ ق.ظ

اون قدیما که ما کار پردازش تصویر میکردیم فقط نام سنسور CCD را میشنیدیم. تمام پایان نامه ها و تمام مقالاتی که میدیدم همه در بخش مواد و روش هاشون به این سنسور اشاره کرده بودند. داشتیم افرادی که بدون اطلاع از ماهیت این سنسور فقط از آن استفاده میکردند. و اصلا نمیدانستند این سنسور به چه روشی به تولید یک تصویر دیجیتال کمک میکنه.


اما امروزه سنسورهای دیگه ای هم برای دوربین ها استفاده میشه. سنسورهای CMOS و نوع پیشرفته و بهتر آن BSI-CMOS.


اما کدام را استفاده کنیم؟


اول بهتره بفهمیم این سنسورهای چکار میکنند:


در هر سنسور عکاسی دیجیتال به تعداد پیکسلی که ضبط می‌کند، فتودیود وجود دارد که شدت نور را اندازه گیری کرده و به صورت سیگنال الکتریکی به پردازنده‌ی دستگاه ارسال می‌کند. در سنسورهای FSI یا FrontSide Illumination (یا من میگم جلونوری)  نوری که وارد سنسور می‌شود از میکرولنز، فیلتر رنگ، و لایه‌های سیم‌کشی سنسور عبور می‌کند تا به فتودیود برسد. در این حین مقداری از نور در لایه‌های سیم کشی بازتاب شده و در حقیقت مقداری از تصویر قبل از رسیدن به فتودیود تلف می‌شود. این سنسورها در قدیم استفاده می‌شدند و خدا رحمتشون کنه و امروزه بیشتر از سنسورهای BSI (پشت نوری BackSide Illumination) استفاده می‌شه.


در سنسورهای BSI فتودیود مستقیماً بعد از فیلتر رنگ نصب می‌شود. لذا نور مستقیماً وارد فتودیود می‌شود. در سنسور BSI نسبت به FSI نور بیشتری وارد فتودیود می‌شود لذا تصویر بهتری ضبط خواهد شد.


مشکلی که در این سنسور وجود دارد این است که مقداری از نور واردشده به هر فتودیود به فتودیود کناری نشت می‌کند. در نتیجه دقت رنگ هر پیکسل پایین می‌آید و نویز در تصویر ظاهر می‌شود. در صورتی که این اتفاق در سنسورهای FSI به خاطر لایه‌های سیم‌کشی به وجود نمی‌آید. سنسورهای جدیدی هم سامسونگ ارائه کرده به نام ISOCELL که نوعی دیواره بین هر فتودیود با فتودیود کناری قرار داده شده است و از تداخل نور جلوگیری میکند. (قراره توی گوشی S5 بذاره.)

در یک دوربین دیجیتال، لنز و یا سیستم لنزها، نور وارد شده را پس از عبور از فیلتر، در محل حسگر تصویر همگرا می کنند و تصویر ایجاد شده به پردازشگر تصویر منتقل می شود. پردازشگر تصویر یک نسخه دیجیتال از تصویر می سازد و آن را به تراشه ی فشرده سازی ارسال می کند تا به فرمت مورد نظر (TIFF، JPG و …) تبدیل شود. پردازنده ی اصلی (CPU)، تصحیحات لازم را بر روی تصویر انجام می دهد و آن را بر روی حافظه ذخیره می کند. DRAM به منظور انجام اعمال پردازش تصویر توسط CPU به کار گرفته می شود. در نهایت عنصری برای آماده سازیِ نهایی به منظور مشاهده ی تصویر تعبیه شده است.
CCD و یا CMOS در واقع دو گونه ی متفاوتِ حسگر تصویر(Image Sensor) می باشند و طبعاً نقش بسزایی را در عملکرد یک دوربین دیجیتال ایفا می کنند.

ایده ی اصلیِ CCD این است که با برخورد نور به آن از خود اثر فتوالکتریک نشان می دهد. بار الکتریکی ای که توسط ماتریس بزرگی از خازن ها جمع آوری می شود به یک تقویت کننده ی بار الکتریکی ارسال می شود. تقویت کننده، بار مورد نظر را به ولتاژ تبدیل می کند. با تکرار این عمل، کل تصویر برای مرحله ی بعدی پردازش، ساخته می شود.

در CMOS ها بر مبنای تکنولوژی ریزپردازنده ها ساخته می شوند. تراشه ی مذکور، در هر پیکسل شامل ترانزیستورهایی است که بار الکتریکی را تقویت می کنند و به صورت مجزا (برای هر پیکسل) به پردازنده ارسال می کنند.

مقایسه ی CCD و CMOS

مصرف انرژی
حسگر های CCD نسبت به حسگر های CMOS توان بیشتری مصرف می کنند. توان مصرفی یک حسگر CCD می تواند بیشتر از ۱۰ برابر توان مصرفی یک حسگر CMOS مشابه باشد.

نویز
در حسگر های CMOS امکان به وجود آمدن نویز بیشتر است.

حساسیت به نور کم
CCD ها در نور کم، از حساسیت بیشتری برخوردار می باشند. دلیل این مطلب، این است که در تراشه های CMOS ترانزیستورهایی وجود دارند که نسبت به نور دریافتی حساسیتی از خود نشان نمی دهند. البته این مشکل در BSI ها رفع میشه چون که فوتودیودهای حساس به نور در عقب حسگر جای گرفتند نه مثل cmos (complementary metal oxide semiconductor) های رایج در جلوی حسگر
بهمین دلیل جذب نور بیشتر و کیفیت بالاتری رو عرضه می کنند هر چند قیمت بالاتر رو بدلیل نیاز به خط تولید پیشرفته تر و دقیق تر بهمراه دارند. از طرفی سنسور BSI CMOS توانسته تا در برابر دوربین‌های فیلمبرداری آماتور، استاندارد جدیدی از کیفیت را معرفی کرده و کیفیت تصویر بی‌مانندی را ایجاد کند.

قیمت
حسگر های CMOS را به سادگی می توان در خط تولید یک تراشه ی سیلیکونی، تولید کرد. بنابراین CMOS ها نسبت به CCD ها از قیمت پایین تری برخوردارند. تولید CCD ها فرآیند هزینه بری دارد.

همسانی
این فاکتور بدین معنی است که هر یک از پیکسل ها می بایست در برابر نور یکسان، حساسیت یکسانی از خود نشان دهند. در CMOS، هر یک از پیکسل ها خود به تنهایی عملیات تقویت بار را انجام می دهند و بنابراین همسانی در آن ها پایین تر است.

سرعت
اغلب توابع و نیاز های یک دوربین را می توان در یک تراشه ی CMOS تعبیه کرد. بنابراین CMOS به علت یکپارچگی مراحل، از سرعت بالاتری برخوردار است.

اغتشاش و حالت محوی در تصویر (Smear)
یکی از معایب حسگر های CCD این است که در صورتی که در معرض نور عمودی قرار گیرند، تصویر دچار اغتشاش می شود (در شکل زیر ببینید). CMOS ها در این زمینه عملکرد مناسبی دارند.

سنسور CCD در دوربین های کوچک استفاده میشه. برای کم حجم کردن وسایل دیگه نمیشه از اون سنسور استفاده کرد. حتی با اندازه کوچکتر حسگر های CCD حساس تر از CMOS ها هستند. سنسورهای BSI-CMOS این مشکل را حل کردند. با جابجایی نقاط دریافت کننده نور به پشت سنسور سرعت و بازدهی و مدیریت حرارت وسایل و مدار هم بهتر شده.


در آخر نظر خودمو میگم (بعد از تحقیق یکی دو ساعته): تمام افرادی که از این دو سنسور استفاده کردند نسبت به تجربه شخصیشون CCD را بهتر ترجیح دادند. البته اذعان کردند که تکنولوژی BSI بیشتره اما CCD را از روی تجربه بیشتر دوست دارند. بنده مقاله ای هم که از این سنسور استفاده کرده باشند را پیدا نکردم. در تصویر زیر عکس سمت چپ با CCD گرفته شده و عکس سمت راست با BSI-CMOS. البته در کار پردازش تصویر تفاوت با چشم قابل قیاس نیست و تصویر زیر جهت درک بهتر مطلب ارائه شده. (تصویر اصلی بزرگتره میتونید دانلودش کنید.) همینطور عنوان شده که در نور زیاد مثل نور مستقیم خورشید سنسورهای CCD عملکرد بهتری دارند. حسن سنسورهای BSICMOS تنها در حساسیت بالاتر و نویز کمتر است.


فعلا بنده در کارهای خودم به CCD اطمینان دارم. مگر اینکه منبع مناسبی را برای تایید استفاده از BSI-CMOS برای پردازش تصویر پیدا کنم. این هم بگم که سنسور یکی از جزئیات مهم تصویر برداریه. پردازشگر تصویر و نرم افزار وسیله و همینطور لنز و تکنیک تصویر برداری اجزای مهم تر دیگه هستند.

در آخر متن زیر هم مطالعه بفرمایید بد نیست. دیگه حال نکردم ترجمه اش کنم (متن زیر را به سختی گیر آوردم. تونستید و لازم داشتید حتما بخونید.):

CCD and CMOS sensors

Charge-coupled device (CCD) and complementary metal oxide semiconductor (CMOS) sensors are similar in their architecture and function. They both utilize semiconductor technology to collect an image focused by a lens on to them. Some of the differences between the technologies

will be detailed as we progress through this chapter, but the majority of concepts may be applied to both technologies.

Trying to conceive of a new type of memory for computers, CCDs were invented, almost by accident, by Willard Boyle and George Smith at Bell Laboratories in 1969. CCDs therefore precede CMOS devices and are a more mature technology. CMOS devices initially suffered from high noise and therefore low image quality, though these arguments are not as valid in the present day. CCD sensors are generally used for higher quality imaging and scientific applications, such as astronomy, whereas CMOS technology is used in many devices from cellphones and webcams' to prosumer digital single-lens reflex (ProDSLR) cameras and security devices. The pricing of the devices has fallen considerably as the technologies have matured and digital devices have become extremely common. The sales of digital cameras have surpassed those of film cameras since the last edition of this book.

Both CMOS and CCD imaging sensors are constructed from the same material, silicon, and this gives them fundamentally similar properties of sensitivity in the visible and near-lR spectrum. Sensors are formed on silicon wafers and cut apart, generally with a diamond saw, to produce individual sensors or die. CCD and CMOS sensors can support a variety of photoelements, though the fundamentals are primarily concentrated upon here.



MOS capacitor

At the heart of the CCD is the metal oxide semiconductor (MOS) (Figure 9.5). It is comprised of silicon doped with impurities, such as aluminium, to produce a P-type semi-conductor, formed on a silicon substrate. Above the P-type semiconductor is formed a gate from polysilicon, which is held at a positive bias and produces a depletion region in the semiconductor. Generally, three or four such photogates are used in a single pixel to enable charge transfer (see later).

Silicon has a band gap of 1.1 eV; this is the energy required to promote one of its valence electrons to its conduction band (Figure 9.6). Using the relationship expressed in Eqn 2.35 it is therefore found that it has an inherent sensitivity up to approximately 1100 nm. While this may be an advantage for recording in the IR region of the spectrum for security and other applications, it is a disadvantage for imaging within the visible region of the spectrum and results in incorrect tone and colour balance. Image sensors to be used in the visible region of the spectrum have an IR filter to restrict their response to the visible region below approximately 670 nm.

The positive voltage to the gate (Vgate) causes mobile positive holes to migrate to the ground electrode, creating a depletion region. When light of sufficient energy (greater than 1.1 eV) is absorbed in the depletion region an electron— hole pair is produced. The electron remains in the depletion region whilst the positive holes migrate to the ground electrode. If the positive voltage was not applied.

A fundamental difference between CCD and CMOS technologies is the manner in which the signal is read from the pixels on the sensor. The CCD gets its name from the method of moving the stored image across the sensor (charge coupling) and reading it out at one corner, whereas each pixel in a CMOS device contains several components and may be read individually in most architectures.



CCD readout

Exact architectures may vary, though generally each pixel in a CCD is subdivided with three photogates. The charge may be thought of as gathering under the photogate to which the highest potential is applied. Adjustments of the gate voltages then allow transfer of electrons from well to well as a function of time.

The architecture of CMOS sensors differs significantly from that of CCDs in terms of the manner in which the signal is read. Dependent upon the architecture, each pixel in a CMOS sensor has its own set of transistors to perform amplification and to assist with readout and reset. By including circuitry to select columns and rows, entire columns or rows can be read out simultaneously. Figure 9.11 shows an early passive pixel architecture. The readout transistor for each pixel in combination with the horizontal and vertical readout circuits allows each pixel to be individually addressed. Adding amplification to each pixel allows readout noise to be overcome, creating the active pixel sensor.

As separate amplifier and reset transistors are used for each pixel, CMOS sensors tend to have increased levels of noise over CCDs, as matching these components is a challenge and the photodiode resets to a slightly different value each time. The sophistication of a photodiode-based pixel is related to the number of transistors that can be incorporated into each pixel. The predominant architecture as of writing is three transistor designs (3T) consisting of the photodiode, reset, addressing and source-following components. A number of 4T, 5T and 6T designs exist, reducing read out and reset noise.

Advances in technology over the past decade have significantly reduced the gap with CMOS as the predominant sensor in the consumer market.

Because of the extra area needed to accommodate the circuitry for each pixel, the fill factor and the sensitivity of the CMOS device suffer. CMOS sensors may be made using similar silicon foundry technology to computer memory and other integrated circuits and, hence, they may accommodate image processing and other circuitry that traditionally gets put into supporting chips for CCD devices. This allows for the production of sophisticated devices and full 'camera-on-chip' imagers are regularly seen at the time of writing. However, this extra complexity can increase design time and updates to the sensor's on-chip functions may often require revision of the chip design.

Though the CMOS sensor requires less off-chip support it uses a larger area of silicon for the supporting processing, and the cost benefits of using the same or older depreciated foundries for production have not been as large as expected. CCDs, by comparison, require dedicated foundries and little, if anything else at all, can be produced. Because a CCD uses a single amplifier and ADC, the uniformity of these processes is very good.

The method of reading the CMOS sensor allows for windowing of the image, selecting a reduced portion of the device from which to read an image. This, in turn, allows frame rates to increase as only part of the available data is read. In addition, control of the imaging parameters can be performed on a frame-by-frame basis, making the device highly configurable.

CMOS sensors generally consume less power than CCDs, which need accurate timing circuitry. CMOS sensors are therefore a preferred choice for consumer goods where battery life is important, e.g. small cellphones and cameras. As with many commercial products, the choice between the sensors is a compromise between cost, performance, efficiency and suitability for purpose.

_______________________________

منابع:

1- http://www.dpreview.com/forums/post/51197641
2- http://30na.net/1389/02/06/ccd-vs-cmos
3- https://in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20130622125836AAFmvHX
3- http://www.cnet.com/news/why-the-iphone-4-takes-good-low-light-photos-bsi-cmos-sensors-explained

نظرات  (۰)

هیچ نظری هنوز ثبت نشده است

ارسال نظر

ارسال نظر آزاد است، اما اگر قبلا در بیان ثبت نام کرده اید می توانید ابتدا وارد شوید.
شما میتوانید از این تگهای html استفاده کنید:
<b> یا <strong>، <em> یا <i>، <u>، <strike> یا <s>، <sup>، <sub>، <blockquote>، <code>، <pre>، <hr>، <br>، <p>، <a href="" title="">، <span style="">، <div align="">
تجدید کد امنیتی