Home
  
Home บทความวิทยาศาสตร์ เซ็นสมุดเยี่ยม
CCD( Charge-Coupled Device) PDF พิมพ์

คลิกดูภาพเคลื่อนไหวค่ะ

    ซีซีดี  เป็นไดโอดขนาดเล็กที่ใช้สำหรับจับแสง  และเปลี่ยนพลังงานของแสงเป็นสัญญาณทางไฟฟ้า  ซึ่งสัญญาณทางไฟฟ้าจะแปรตามความเข้มของแสงอีกทีหนึ่ง

พลังงานของแสง (โฟตอน)  ชนเข้ากับแผ่นซีซีดี  ทำให้ประจุไฟฟ้ามีพลังงานในการเคลื่อนที่ ให้คุณกดที่ปุ่ม  Play  เม็ดสีน้ำเงิน ซึ่งก็คือโฟตอน  จะวิ่งเข้าชนกับเซลซีซีดี  ทำให้อิเล็กตรอน สีแดง  เคลื่อนที่ได้ 

FUJIFILM Super CCD

บทความ Super CCD เป็นเทคโนโลยี CCD ที่ FUJIFILM คิดค้นออกแบบ เพื่อพัฒนาคุณภาพในหลายๆ ด้าน ไม่ว่าจะเป็น ความไวแสงที่เพิ่มมากขึ้น, Dynamic Range ที่กว้างขึ้น, ความละเอียดสูงขึ้นและ Noise ในภาพต่ำลง


 

 

 



 
 

SUPER CCD ของ FUJIFILM

 

Super CCD เป็น CCD ที่ทาง FUJI คิดค้นออกแบบโครงสร้างใหม่ เพื่อต้องการพัฒนาให้ได้คุณภาพที่ดีขึ้นในหลายๆด้านทั้ง ความไวแสงที่สูงขึ้น, dynamic range ที่กว้างขึ้น noise ที่ต่ำลงและความละเอียดที่สูงขึ้น โดยเริ่มจาก ในปี 1999 ทางฟูจิได้เปิดตัว 1st generation SUPER CCD สู่ตลาด โดยรูปแบบของ super CCD จะเปลี่ยนจาก CCD ปกติที่ใช้ photo diodes เซลรับแสงแบบสี่เหลี่ยม อยู่บนแต่ละพิกเซล ซึ่งวางเรียงต่อๆกันอยู่บน CCD กลายเป็น SUPER CCD แบบรังผึ้งแปดเหลี่ยม โดยวางหันเฉียง 45 องศา (ตามเส้นประในภาพ) ซึ่งทำให้สามารถวาง photo diodes ที่มีขนาดใหญ่มากขึ้นได้แน่นมากขึ้น


 


 
หลังจากนั้นในปี 2001 ทาง fuji ได้ออก generation ที่สอง พัฒนาให้ขนาด CCD เล็กลงเพื่อให้ใช้รองรับความละเอียดที่สูงขึ้นในกล้องดิจิตอลขนาดเล็ก และระบบลด noise ในภาพก้อได้ถูกเพิ่มมาใน generation นี้
ถัดมาในปี 2002 จึงได้ออก generation ที่สามออกมา โดยความสามารถหลัก คือ การ interpolate จำลองพิกเซลของภาพที่มีความละเอียด 6ล้านพิกเซล ให้เป็น 2เท่า 12ล้าน
พิกเซล ในกล้องรุ่น fuji S2 pro แม้ภาพที่ได้จากการ interpolate จะไม่สามารถทำได้เท่าภาพที่ถ่ายจากกล้อง 12ล้านพิกเซลจริง แต่ก้อเป็นที่ยอมรับกันว่าให้รายละเอียดที่ดีกว่ากล้อง 6ล้านพิกเซล
ปกติ รวมถึงใน generation นี้เองที่ทาง fuji ได้พัฒนาด้านความไวแสงอย่างมากสามารถปรับได้ถึง iso1600 และการบันทึกรูปแบบวีดีโอ vga 30frame/sec เทียบเท่าปัจจุบัน
ต่อมาในปี 2003 ได้เกิด generation ที่ 4 ซึ่งแยกออกเป็นสองรูปแบบ คือ
SUPER CCD HR เหมือนกับการพัฒนา ใน generation ที่สอง คือ พัฒนาขนาด CCD เล็กลงเพื่อนำไปใช้กับกล้องขนาดเล็ก โดยความสามารถอื่นๆจะเหมือนในยุคที่สาม
SUPER CCD SR เป็นเทคโนโลยีที่น่าสนใจมากๆ จากเดิมที่จะมีเพียง 1 photo diode ที่เก็บภาพในแต่ละ photo site* เปลี่ยนเป็นการมี 2 photo diodes ในแต่ละ photo site โดยแบ่งเป็น S-pixel และ R-pixel ซึ่ง S-pixel จะมีขนาดใหญ่กว่าค่าความไวแสงที่สูงกว่า คอยเก็บภาพในส่วนปกติและส่วนมืด และ R-pixel จะมีค่าความไวแสงที่ต่ำ คอยเก็บภาพในส่วนสว่าง หลังจากการประมวลผลออกมาจะทำให้ สามารถเก็บภาพรายละเอียดทั้งส่วนสว่างและส่วนมืดได้อย่างครบถ้วน ถึงแม้ว่ากล้องที่ใช้ super ccd SR ความละเอียดในกล้องฟูจิที่อ้างถึงเช่น 6ล้าน จริงๆจะมีแค่ 3ล้าน โดยแบ่งเป็น S-pixel 3ล้านพิกเซล และ R-pixel 3ล้านพิกเซล ซึ่งเหมือนกับการ interpolate ให้เป็น 6ล้านพิกเซล แต่ยังไงคุณภาพโดยรวมที่ออกมา นั้นถือว่าดีมากๆ โดยเฉพาะในด้าน dynamic range

ณ ปัจจุบัน ฟูจิได้ออก กล้องรุ่นใหม่ S3PRO ซึ่งพัฒนาเป็น SUPER CCD SR II โดยแยก S-pixel และ R-pixel เป็นคนละ photo site โดยทางฟูจิอ้างว่า dynamic range ของ SUPER CCD SRII นั้นสามารถทำได้เหนือ 3rd generation super CCD ถึง 4 เท่า


 

 

 

*ในการเปรียบเทียบที่ใช้จะใช้เป็นphoto site แทน pixel เพราะ pixel จะใช้ในการเทียบแสดงเป็นจุดในภาพ output สุดท้าย ส่วนphoto site จะอ้างถึงพื้นที่รับแสงหนึ่งจุดหรือหนึ่งเซลที่ผ่าน microlen และฟิวเตอร์สีมาแล้ว

 



 
 
 



Image Sensor คือ ? Photosite ทำงานอย่างไร ?

image-sensor

หน้าที่ของเซนเซอร์รับภาพ หรือ Image Sensor

หน้าที่ของเซนเซอร์รับภาพ หรือ image sensor ก็เปรียบเสมือนแผ่นฟิล์มในยุคดิจิตอลนั่นเอง Image sensor ประกอบด้วย chip ซิลิกอนขนาดเล็กๆมายมายซึ่งภายในบรรจุไดโอดไวแสง (Photosite) เอาไว้ ซึ่งเจ้าตัวพวกนี้ล่ะครับ จะทำหน้าที่ในการรับรู้ถึงปริมาณแสงในส่วนต่างๆของภาพเพื่อส่งให้หน่วยประมวลผล เอาไปใช้และสร้างออกมาเป็นภาพที่เราเห็นกันในที่สุด ภาพข้างล่างจะแสดงเปรียบเทียบให้เห็นชัดเจนขึ้นเมื่อเทียบระหว่าง Film กับ image sensor

Film กับ image sensor

รู้จักกับ Photosite

หลักการทำงานของ Photosite ใน image sensor ก็คือเมื่อมีปริมาณแสงตกมากระทบ Photosite มันจะสร้างสัญญาณกระแสไฟฟ้าออกมา โดยยิ่งแสงตกลงมามาก กระแสที่สร้างขึ้นก็มากตามไปด้วย กระแสไฟฟ้าเหล่านี้จะถูกแปลงให้เป็นสัญญาณ Digital ผ่านทาง A/D Converter ซึ่งหน่วยประมวลผลก็สามารถเอาไปใช้สร้างสรรค์ออกมาเป็นภาพได้ต่อไป ตรงนี้มีจุดที่น่าสนใจอยู่ 2 ประการคือ

  • ยิ่งมีจำนวน Photosite มากเท่าไหร่ ความละเอียดของภาพที่ได้ก็จะมากขึ้น
  • ยิ่ง Photosite มีขนาดใหญ่เท่าไหร่ ความแม่นยำในการวัดสภาพแสงก็มากขึ้น

จำนวน Photosite เหล่านี้ก็คือเจ้า MP (Megapixel) ที่เรามักจะพูดถึงกันนั่นเอง กล้องที่มีจำนวน Photosite มาก ก็ย่อมจะมีโอกาสในการตรวจสอบสภาพแสง ณ จุดต่างๆของภาพได้ละเอียดขึ้น .. แต่ ก็ไม่ใช่ทั้งหมดครับ เพราะขนาดของแต่ละ Photosite ก็มีผลด้วยเช่นกัน ยิ่ง Photosite มีขนาดใหญ่ มันก็มีพื้นที่รับแสงมากขึ้น การสร้างกระแสไฟฟ้าก็มากขึ้น ทำให้ การคำนวณก็ละเอียดและแม่นยำขึ้นด้วย

ระหว่างกล้อง compact ความละเอียด 15MP กับกล้อง DSLR ความละเอียด 10MP อันไหนจะให้คุณภาพของภาพได้ดีกว่ากัน?

คำตอบก็คือ DSLR ครับ จริงอยู่ที่กล้อง Compact ตัวนี้อาจจะมีจำนวน MP ที่สูงกว่า แต่ว่า image sensor ของกล้อง Compact นั้นมีขนาดเล็กกว่า DSLR มาก (ประมาณ 1.5-2 เท่า) ลองนึกถึงสภาพ photesites 15 ล้านตัวต้องถูกอัดลงไปอยู่ในพื้นที่แคบๆสิครับ ตรงนี้ล่ะครับ มีผลต่อคุณภาพของภาพที่ได้อย่างมาก ต่างกับกล้อง DSLR ซึ่งแม้จะมีแค่ 10 ล้านพิกเซล แต่ว่าพื้นที่กว้างขวาง ทำให้แต่ละ photosite มีขนาดใหญ่ ความสามารถในการรับแสงมากกว่า การคำนวณภาพออกมาก็เลยดีกว่า มีสัญญาณรบกวนน้อยกว่า นอกจากนี้ถ้าขนาด photosite เล็กมากๆ แล้วปริมาณแสงที่ตกลงมามีมากเกินกว่าที่มันจะรับได้ ก็จะทำให้ภาพที่ออกมามีลักษณะเป็นแสงขาวๆฟุ้งๆอีกด้วย

Image Sensor ทำให้ภาพออกมาเป็นสีสันได้อย่างไร

ทีนี้เจ้า photosites ใน Image Sensor เหล่านี้รับปริมาณแสงเข้ามาหาตัวมัน แล้วมันก็บอกได้ว่าอันไหนสว่างมาก อันไหนสว่างน้อย แล้วทำไมภาพถึงออกมาเป็นสีสันได้อย่างไร ? ตรงนี้ก็ต้องมีตัวช่วยครับ ก็คือเค้าจะเอาฟิลเตอร์สีแดง เขียว และน้ำเงิน มาวางเป็นตัวกรองด้านหน้า image sensor อีกทีหนึ่ง โดยฟิลเตอร์นี้จะยอมให้แสงที่มีสีเหมือนตัวเองผ่านไปได้ แสงที่ไม่เหมือนก็จะถูกกั้นไว้ เมื่อรวมข้อมูลหลายๆจุดเข้าด้วยกันทำให้เกิดภาพออกมาเป็นสีสันได้อย่างที่เราเห็นๆกันครับ

สีสัน image sensor

CCD Sensor กับ CMOS sensor

  • CCD sensor
  • CMOS sensor

คงจะต้องผ่านๆตากันมาบ้างนะครับ สองตัวนี้ต่างกันยังไงล่ะ ง่ายๆเลย ที่ผมอธิบายมาข้างบนนี้เป็นหลักการของ CCD Sensor ครับ ข้อดีของระบบเซนเซอร์แบบ CCD ก็คือมันสามารถควบคุมสัญญาณรบกวน (ที่เราเรียกกันว่า Noise ในภาพ ลักษณะเป็นเม็ดเกรนหยาบๆ เห็นได้ชัดในเวลาที่ภ่ายภาพภายใต้แสงน้อยๆ) ได้ดีกว่า เนื่องจากตัวมันทำหน้าที่แค่รับแสง แล้วส่งต่อไปให้หน่วยประมวลผลคำนวณแบบแยกส่วนกัน ทำให้ขนาด Photodiode ที่อยู่บน CCD Sensor จะมีขนาดใหญ่กว่าและมีความไวแสงมากกว่า ภาพที่ได้ก็จะมีคุณภาพที่ดีกว่า ส่วนข้อเสียหลักๆของ CCD sensor ก็คือใช้พลังงานค่อนข้างเยอะกว่า (เมื่อเทียบกับ CMOS sensor) แล้วก็ต้นทุนในการผลิตค่อนข้างจะสูง (ต้องมีวงจรแยกสำหรับการประมวลผล A/D converter) ทำให้ปัจจุบัน หลายๆค่ายที่ผลิตกล้องเริ่มหันไปพัฒนาระบบ CMOS กันมากขึ้น

CMOS sensor ใช้หลักการผลิตเหมือนก้บ CPU คอมพิวเตอร์ การทำงานหลักๆก็เหมือนกับ CCD sensor ครับ จะต่างกันตรงที่แต่ละ pixel สามารถที่จะรับแสงและแปลงค่าออกมาเป็น digital ได้ในตัวมันเอง ไม่จำเป็นต้องใช้วงจรแยก ทำให้มีต้นทุนในการผลิตที่ถูกกว่าและยังประหยัดพลังงานอีกด้วย ในส่วนของคุณภาพเนื่องจากขนาด photosite ใน CMOS sensor มีขนาดเล็กกว่า CCD sensor(ต้องแบ่งที่ส่วนหนึ่งให้กับวงจรไฟฟ้า) ทำให้ภาพที่ได้มีสัญญาณรบกวนมากกว่า แต่อย่างไรก็ตาม ด้วยขบวนการผลิต และต้นทุนที่ถูกกว่า ทำให้ค่ายกล้องในปัจจุบันหันมาพัฒนาเทคโนโลยี CMOS กันมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง จนเรียกได้ว่าทุกวันนี้คุณภาพของภาพที่ได้ออกมาใกล้เคียง CCD เลยทีเดียว


Views: 5048

ความคิดเห็นแรก

Only registered users can write comments.
Please login or register.

Powered by AkoComment Tweaked Special Edition v.1.4.6
AkoComment © Copyright 2004 by Arthur Konze - www.mamboportal.com
All right reserved

< ก่อนหน้า   ถัดไป >
ขณะนี้มี 61 บุคคลทั่วไป ออนไลน์
สถิติผู้เยี่ยมชม
ผู้เยี่ยมชม: 9798850  คน
หนังสืออิเล็กทรอนิกส์
ฟิสิกส์ 1 (ภาคกลศาสตร์)
ฟิสิกส์ 1 (ความร้อน)
ฟิสิกส์ 2
กลศาสตร์เวกเตอร์
โลหะวิทยาฟิสิกส์
เอกสารคำสอนฟิสิกส์ 1
ฟิสิกส์ 2 (บรรยาย)
ฟิสิกส์พิศวง
สอนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
ทดสอบออนไลน์
วีดีโอการเรียนการสอน
แผ่นใสการเรียนการสอน
เอกสารการสอน PDF
หน้าแรกในอดีต

ทั่วไป
การทดลองเสมือน
บทความพิเศษ
ตารางธาตุ(ไทย1)
พจนานุกรมฟิสิกส์
ลับสมองกับปัญหาฟิสิกส์
ธรรมชาติมหัศจรรย์
สูตรพื้นฐานฟิสิกส์
การทดลองมหัศจรรย์
กิจกรรมการทดลองทางวิทยาศาสตร์

บททดสอบ
แบบฝึกหัดกลาง
แบบฝึกหัดโลหะวิทยา
แบบทดสอบ
ความรู้รอบตัวทั่วไป
อะไรเอ่ย ?
ทดสอบ(เกมเศรษฐี)
คดีปริศนา
ข้อสอบเอนทรานซ์
เฉลยกลศาสตร์เวกเตอร์
แบบฝึกหัดออนไลน์

สรรหามาฝาก
คำศัพท์ประจำสัปดาห์
ความรู้รอบตัว
การประดิษฐ์แของโลก
ผู้ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์
นักวิทยาศาสตร์เทศ
นักวิทยาศาสตร์ไทย
ดาราศาสตร์พิศวง
สุดยอดสิ่งประดิษฐ์
การทำงานของอุปกรณ์ทางฟิสิกส์
การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ

การเรียนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
การวัด
เวกเตอร์
การเคลื่อนที่แบบหนึ่งมิติ
การเคลื่อนที่บนระนาบ
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
การประยุกต์กฎของนิวตัน
งานและพลังงาน
การดลและโมเมนตัม
การหมุน
สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง
การเคลื่อนที่แบบคาบ
ความยืดหยุ่น
กลศาสตร์ของไหล
กลไกการถ่ายโอนความร้อน
เทอร์โมไดนามิก
คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร
คลื่น
การสั่น และคลื่นเสียง
ไฟฟ้าสถิต
สนามไฟฟ้า
ความกว้างของสายฟ้า
ตัวเก็บประจุ
ศักย์ไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้า
สนามแม่เหล็ก
การเหนี่ยวนำ
ไฟฟ้ากระแสสลับ
ทรานซิสเตอร์
สนามแม่เหล็กไฟฟ้า
แสงและการมองเห็น
ทฤษฎีสัมพัทธภาพ
กลศาสตร์ควอนตัม
โครงสร้างของอะตอม
นิวเคลียร์

สมัครสมาชิก
เพื่อรับเอกสารเพิ่ม!