در مقابل CMOSتکنولوژی های حس گر تصویر CMOS و CCD در اواخر 1960 تا اوایل 1970اختراع شده است. در آن زمان عملکرد CMOS با تکنولوژی چاپ سنگی ( لیتوگرافی ) موجود محدود می شد.
محدود شدن عملکرد CMOS به وسیله ی تکنولوژی چاپ سنگی این اجازه را به CCD داد که برای 25 سال بعدی بر CMOS چیره شود. CCD های امروزی آن قدر تکامل یافته اند که می توانند تصویر کامل و بدون نویزی را ارائه کنند.
معمولاً چیپ CCD به طور مجزا استفاده شده و در کنار آن از چیپ دیگری برای پردازش تصویر و تفکیک رنگها استفاده میشود.به همین دلیل دوربین های CCD دارای چندین چیپ مجزا در کنار هم خواهند بود. علاوه بر آن چیپ CCD نیاز به پالس ساعت دقیقی دارد و این مدار نیز به صورت چیپ مجزا ساخته می شود.
استفاده از چیپ های مجزا امکان تداخل نویز و کاهش کیفیت را به همراه خواهد داشت. ضمن آنکه حجم دوربین های بزرگ و مصرف توان بیشتر خواهد شد. به علت اختلاف در ولتاژ تغذیه چیپ های جدید به نام CMOS ساخته شدند این چیپ ها ساده، کوچک و ارزان تر هستند ولی تمام مزایای چیپ CCD را دارا هستند در چیپ های CMOS تمام مدارات الکترونیکی فقط در داخل یک چیپ قرار می گیرند. در اینجا کلیه مدارات الکترونیکی مثل مبدل های آنالوگ به دیجیتال و مولد پالس ساعت در کنار مبدل تصویر به صورت یک چیپ کامل ساخته می شوند. دوربین های CMOS از نقطه نظر دریافت و تبدیل تصویر کاملا شبیه مبدل های CCD هستند ولی پس از تبدیل کاملا متفاوت از آنها هستند، در چیپ های CMOS شارژ هر کدام از پیکسل های تصویر مستقیما به تقویت کننده هایی که از نوع ترانزیستور های CMOS هستند، داده می شود.
در برخی از چیپ ها، تقویت کننده ها درست در زیر پیکسل ها قرار گرفته اند، به همین دلیل به آنها پیکسلهای فعال (active pixel) گفته می شود. یکی از مشکلات چیپهای CMOS هماهنگی و تنظیم اطلاعات خروجی از تقویت کننده ها است که باعث نویز پذیری و اختلال در تصویر می شود.از آنجاییکه سطح سنسوری که نور و تصویر را دریافت می کند کوچکتر از دوربین های CCD است، حساسیت آنها کمتر از دوربین های CCD ولی حجم و قیمت آنها باعث کاربرد روز افزون آنها شده است.اگر چه هنوز سنسور های CCD در صنعت فیلمبرداری و پردازش تصویر رایج بوده و حرف اول را می زنند ولی تکنولوژی CMOS به خاطر مزایی که دارند می توانند به عنوان یک جایگزین خوب و برتر مطرح شوند از جمله مزایای CMOS موارد زیر را می توان عنوان کرد :
نسبت سیگنال به نویز در دوربین های CMOS به مراتب بالاتر و در نتیجه کیفیت تصویر بهتر است.
سرعت پاسخ دهی پیکسل های CMOS به مراتب بالاتر از CCD است
اجزا و قطعات دوربین CMOS ساده و کوچکتر از CCD در نتیجه ارزان تر از آنها نیز می باشد.
[*]رقابت اصلی در دهه گذشته برای نو سازی سنسور های تصویر CMOS به عنوان یک رقیب تکنولوژی CCD به طور کلی بر اساس دلایل مختلفی بود :
[*]لیتوگرافی و کنترل فرایند در تولید CMOS به مراحلی رسید که خیلی زود می توانست از نظر کیفی با CCDها رقابت کند.
از جمع شدن و کنار هم قرار گرفتن در یک قطعه ی نازک سیلیکونی سنسور تصویر تولید می شود و قابلیت ساخت دوربین و سیستم را روی تراشه(chip ) دارد.
کاهش مصرف توان
کاهش سایز سیستم تصویری که منجر به کاهش توان و یکپارچگی می شود.
مقایسه دوربین های CCD وCMOS : اگر چه هنوز سنسور CCD در صنعت پردازش تصویر و ساخت دوربین های فیلم برداری بسیار رایج هستند، ولی تکنولوژی CMOS بخاطر مزایایی که دارد می تواند جایگزین مناسبی برای آن باشد.یکی از مهمترین مزایای CMOS در مقابل CCD کاهش نویز در سیگنال خروجی از سنسور است . سرعت پاسخ دهی پیکسل های CMOS بسیار سریعتر از پیکسل های CCD است همچنین قطعات دوربین های CMOS ساده و کوچکتر از دوربین های CCD است در نتیجه هزینه کمتر برای آن پرداخت می شود.
همانند دوربین های CCD این دوربینها از سیلیکون ساخته شده اند و همانطور که از نام آن برمی آید از تکنولوژی (CMOS(Compelementary Metal Oxide Semiconductor استفاده شده اند. دوربین های CMOS از دیود های حساس به نور هستند که هر دیود مشخص کننده یک پیکسل تصویری است.
مسیر هموار برای CCD ها: تکنولوژی CCD در جهت رشد فزاینده ای در طراحی وسایل و کالا ها و تکنولوژی تولید قرار داشته است.سنسور تصویر CCD به طور مداوم در یک راندمان قابل قبولی در حال افزایش است و سایز پیکسل ها و جریان تاریک کاهش یافته و همچنین کاهش عملکرد ولتاژ (اتلاف توان) و جابجایی بهتر سیگنال ها.و مدار مجتمع های آنها بیشتر فشرده می شود و استفاده از CCDها آسان تر می شود و سریعتر به فروش می رسد
.در حال حاضر با توان کمتر در جهت عملکرد بهتر و کاهش سایز دوربین تولید می شود امروزه CCDها یک نقش مهم و حساس در کاربرد های پر ظرفیت مثل تلفن های همراه ،دوربین های فیلم برداری و دوربین های دیجیتال دارند و همچنین کاربرد های با عملکرد بالا مثل عکس های حرفه ای ،صنعتی، علمی، پزشکی، نظامی و کاربرد های هوا فضایی دارند .
مسیر غیر مستقیم برای CMOS : در مقایسه با CCDها پیشرفت اخیر تکنولوژی تصویری CMOS ،خیلی سریع تر بوده است. در عین حال متلاطم و نوسانی نیز بوده .به طور تقریبی حرکت به سمت عملکرد بهتر در حس گر های تصویر CMOS با توسعه ی ضریب اشباع شروع شد. تمایل برای کارایی و انعطاف پذیری در ساختمان پیکسلی که در پردازنده است با مقدار فضا در هر پیکسل که نور را دریافت می کند رقابت می کند چون تصویر CMOS عموماً به تعدادی ترانزیستور غیر حساس نوری در هر پیکسل احتیاج دارد. رسیدن به ضریب اشباع بیشتر و توانایی ساخت پیکسل های کوچک تر مرتبط حداقل 0.5 میکرومتر نسبت به دهه ی گذشته بهبود یافته است. تصاویر CMOS به سمت تکنولوژی فرایند تولید 0.25 و 0.35 میکرومتر به 0.18 در بیشتر وسائل پیشرفته رفته است و با پیشرفت موارد متعدد حتی کوچکتر شده است. پیشرفت تکنولوژی لیتوگرافی برای بهبود ضریب اشباع و بهبود حساسیت نوری ، فرصت یکپارچه سازی دیجیتالی روی یک تراشه به وجود آورده زیرا ترانزیستور های کوچک تر هم اتلاف توان را کاهش می دهند و هم سایزی که مورد استفاده قرار نگرفته را کاهش می دهند که مورد نیاز برای کارکرد مدار مجتمع است.اگرچه وابستگی تکنولوژی CMOS به لیتوگرافی پیشرفته هزینه بر است اما رفته رفته با توسعه ی لیتوگرافی در موارد متعدد هزینه ها افزایش یافته که به خاطر افزایش بهای عدسی در تکنولوژی ساخت هر المان بوده است.. اگر چه سایز ترانزیستور کوچکتر باعث تسهیل در در مجتمع سازی دیجیتالی شد ولی این فشرده سازی ، پیچیدگی طرح را نسبت به سود دهی طرح سریعتر افزایش می دهد . اساساً فشرده سازی دیجیتالی روی چیپ با خود نویز به همراه دارد . با قطع و وصل ناپایدار در مسیر سیگنال های آنالوگ نویز به وجود می آید .تاثیر نویز در مدار مجتمع دیجیتال در کیفیت تصویر اختلال ایجاد می کند. پیچیدگی طراحی ،مدت زمان چرخه طراحی و نویز اغلب به این معنی است که فشرده سازی دیجیتال اساسا قادر نیست که تمام مزایای سنسور تصویرCMOS را استفاده کند.رقابت برای طراحی ضخامت سنسور تصویر زیرمیکرون در سنسور CMOS که در قسمت آنالوگ مدار مجتمع است مهم و غیر قابل اجتناب است. چون تکنولوژی تولید مدارهای میکرو الکترونیک متراکم تر شد، عملکرد مدار آنالوگ آسیب دید.
CCD در مقابل CMOS : حقایق و داستان ها : در انتخاب یک تصویر پرداز در نظر گرفتن نه تنها تراشه بلکه سازنده ی آن و اینکه تقاضا ی شما چطور برآورده می شود مهم است.تقاضاهای زیاد طرفداران تکنولوژی از نو باب شده ی CMOS با تقاضاهای متعدد مدافعان CCD برابری می کند. در این روند رقابت در تکنولوژی ( هم داشتن ویژگی های اصلی و هم کامل نبودن در بعضی موارد) کاربران نسبت به عملکرد نمایندگی ها مشکوک هستند.پیشرفت رو به جلو و بیش از حد هر دو تکنولوژی منجر به در نظر گرفتن ترس، عدم اطمینان شده است.
اساس پردازنده : برای آینده ی قابل پیش بینی ، یک قانون اساسی برای هر دو حسگر در تصویر وجود خواهد داشت. مهم ترین کاربران موفق تکنولوژی عکس برای آنهایی هستند که نه تنها اساس تکنولوژی بلکه قابلیت دوام، سازگاری و حمایت را در نظر می گیرند.سر دو حس گر تصویر از اسید آهن نیمه رسانایی ساخته شده اند. آنها سیگنال های عهده دار در هر پیکسل را متناسب با شدت روشن سازی مرکزی جمع می کنند.وقتی پرتو دهی انجام می شود، یک CCD بسته بار الکتریکی را به طور پیوسته به ساختمان خروجی ارسال می کند که بار الکتریکی را به ولتاژ تبدیل و ذخیره می کند و به تراشه خروجی ارسال می کند.در یک پردازنده ی CMOS بار الکتریکی به ولتاژ تبدیل می شود که این امر در همان پیکسل اتفاق می افتد. این تفاوت در تکنیک های بازخوانی دلایل مهمی برای ساختار و قابلیت و محدودیت حس گر دارد.
عملکرد مشخصه های حسگر تصویر:
قابلیت واکنش: مقدار سیگنال حس گر که به هر واحد انرژی نوری ورودی تحویل داده می شود.به طور کلی تصاویر CMOS تا حدودی نسبت به CCD سطح بالا تری دارد. زیرا المان های تقویت کننده در حس گر CMOS آسان تر قرار می گیرند. ترانزیستور های مکمل در CMOS تقویت کننده هایی با توان کمتر و بهره بالاتر هستند در حالی که تقویت کننده CCD توان بیشتری مصرف می کند که این یک اشکال محسوب می شود.
یکنواختی، یکسانی: سازگاری واکنش برای پیکسل های مختلف تحت شرایط روشنایی مساوی (عکس العمل پیکسل های مختلف تحت شرایط روشنایی مساوی در شرایط ایده آل یکسان است.) اما پردازش فضایی قطعه نازک سیلیکون که بر روی آن مدار مجتمع جهت ایجاد یک تراشه قرار دارد متفاوت است. معایب ریز اختلافات تقویت کننده ها باعث ایجاد یک غیر یکنواختی می شود و این برای ایجاد یک مزیت بین یکنواختی در روشنایی و مکان نسبتا تاریک مهم است. به طور کلی پردازنده های CMOSدر هر دو شرایط بدتر هستند هر پیکسل یک تقویت کننده ی خروجی مدار باز دارد. ورودی و خروجی هر تقویت کننده به طور قابل ملاحظه ای متفاوت است و علت آن تفاوت در پردازش فضایی قطعه نازک سیلیکون، که هم محیط تاریک و هم روشن را غیر یکنواخت می سازند بدتر از آنچه که در CCDها است.بعضی از مردم پیش بینی می کنند که این امر باعث مغلوب ساختن پردازنده های CMOS می شود چون شکل هندسی آن وسیله کوچک می شود و واریانس آن افزایش می یابد. اگر چه ساختار تقویت کننده ی فیدبک می تواند خروجی بیشتری را در شرایط روشنایی یکسان تولید کند.
نتیجه گیری و انتخاب سنسور: CMOS ها دارای مدارات مجتمع پیشرفته تر ، اتلاف انرژی کمتر و اندازه های کوچکتر در مقابل کیفیت تصویری که ارائه می دهند ، می باشند. و همچنین برای تولید انبوه دارای تکنولوژی مناسب تری هستند و در جاهاییکه کیفیت تصویر اهمیت چندانی ندارد کاربرد فراوان دارند از قبیل : دوربین های مدار بسته ، دور بین های ویدیو کنفرانس، اسکنرهای بارکد ، ماشین های فکس و...،در مقابل CCDها کیفیت تصویر بالاتری ارائه می دهند و برای کاربردهایی که احتیاج به کیفیت بالایی دارند همچنان بهترین انتخاب می باشد، همانند عکاسی های دیجیتال ، دوربین های تلویزیونی ، تصاویر صنعتی با دقت بالا و استفاده های علمی و صنعتی دیگر.
