डिजिटल रूप से एक फोटो लेने के लिए, एक आधुनिक कैमरे को प्रकाश को पकड़ने और इसे डिजिटल जानकारी में बदलने की जरूरत होती है। ऐसा करने के लिए, एक कैमरे को एक सेंसर की आवश्यकता होगी जो पर्यावरण से फोटॉन को सटीक और तेज़ी से रिकॉर्ड करे।
आप शायद स्मार्टफ़ोन और उपभोक्ता डिजिटल कैमरों में उपयोग किए जाने वाले CMOS सेंसर के बारे में पहले से ही जानते होंगे। लेकिन क्या आप जानते हैं कि एक अन्य प्रकार का सेंसर भी है जो उच्च स्तर का विस्तार और गतिशील रेंज प्रदान करता है? इन कैमरा सेंसर को CCD के नाम से जाना जाता है।
तो, सीसीडी वास्तव में क्या हैं? यह कैसे काम करता है, और इसका उपयोग कैसे किया जाता है? चलो इसके बारे में बात करें।
सीसीडी (चार्ज-युग्मित डिवाइस) क्या है?
एक सीसीडी, या चार्ज-युग्मित डिवाइस, एक इलेक्ट्रॉनिक सेंसर है जो एक पतली सिलिकॉन वेफर पर फोटॉनों को बाउंस करके उत्पन्न चार्ज के माध्यम से प्रकाश को डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करता है।
सीसीडी 80 के दशक की शुरुआत से 2000 के दशक के अंत तक कैमरा सेंसर के लिए स्वर्ण मानक थे। ऐसा इसलिए है क्योंकि 2010 के आसपास, CMOS सेंसरों ने महत्वपूर्ण तकनीकी नवाचार प्राप्त किए जो उन्हें एक के रूप में निर्माण करने के लिए सस्ता बना देगा
एक चिप पर प्रणाली (एसओसी) एक सीसीडी सेंसर के तुलनीय छवि गुणवत्ता होने पर।जब से CMOS ने लोकप्रियता हासिल की है, पिछले एक दशक में स्मार्टफोन और कैमरों पर CCD सेंसर देखना दुर्लभ हो गया है। हालाँकि, CCD सेंसर बिल्कुल अप्रचलित नहीं हैं। हालांकि उन्हें उपभोक्ता कैमरा बाजार से बाहर कर दिया गया हो सकता है, सीसीडी सेंसर अभी भी फोटोग्राफी के कुछ क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले पसंदीदा सेंसर हैं।
फोटोग्राफी में सीसीडी प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग
निर्माण के लिए महंगा होने के अलावा, CCD में अन्य समस्याएं भी थीं, जिसके कारण इसे उपभोक्ता बाजार से बाहर कर दिया गया। इसमें इसकी उच्च-शक्ति की आवश्यकता शामिल होगी, जो कि CMOS द्वारा उपयोग की जाने वाली क्षमता से 100 गुना अधिक है, और धीमी छवि प्रसंस्करण, जो कि फटने और वीडियो शूट करने में फोटो लेने में एक समस्या है।
इन सभी नुकसानों के बावजूद, सीसीडी अभी भी विभिन्न औद्योगिक और वैज्ञानिक अनुप्रयोगों में फल-फूल रहे हैं, जिन्हें मशीन दृष्टि की आवश्यकता होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सीसीडी अभी भी उच्च गुणवत्ता वाली कम-शोर वाली छवियां प्रदान करते हैं जो कि विशेष फोटोग्राफी के इन क्षेत्रों की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, सीसीडी कैमरों को खरीदने और संचालित करने की लागत वास्तव में अच्छी तरह से वित्त पोषित संस्थानों और व्यवसायों के लिए कोई समस्या नहीं है।
तो, फोटोग्राफी के ये विशेष क्षेत्र क्या हैं जो अभी भी सीसीडी का उपयोग करते हैं? आइए नीचे जानें:
ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी
भोजन, रसायन विज्ञान, इंजीनियरिंग और अन्य अनुप्रयोगों का निरीक्षण करने के लिए विभिन्न माइक्रोस्कोपी अनुप्रयोगों में सीसीडी का उपयोग किया जाता है जहां सूक्ष्म वस्तुओं के स्पष्ट दृश्य आवश्यक होते हैं। एक सीसीडी को ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी के लिए चुना जाता है क्योंकि यह उच्च संवेदनशीलता और कम शोर अनुपात वाले 10 पिक्सेल से अधिक वस्तुओं को रिकॉर्ड कर सकता है।
अंतरिक्ष फोटोग्राफी
सीसीडी कैमरों पर अंतरिक्ष की तस्वीरें लेना सबसे अच्छा होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सीसीडी सेंसर में उच्चतम मात्रा क्षमता होती है, जिसके परिणामस्वरूप कम शोर, उच्च गतिशील रेंज और बेहतर एकरूपता होती है - अंतरिक्ष फोटोग्राफी के सभी महत्वपूर्ण पहलू।
निकट-इन्फ्रारेड इमेजिंग
सीसीडी का उपयोग विभिन्न औद्योगिक इमेजिंग अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें से एक निकट-अवरक्त इमेजिंग है। निकट-इन्फ्रारेड इमेजिंग करने के लिए सेंसर को अत्यधिक कुशल फोटॉन अवशोषण की आवश्यकता होती है, क्योंकि इन्फ्रारेड फोटॉन नियमित रूप से दृश्यमान फोटॉन से कम दिखाई देते हैं। चूंकि सीसीडी अत्यधिक संवेदनशील सेंसर प्रदान करते हैं जो इन्फ्रारेड फोटोन को बेहतर ढंग से कैप्चर कर सकते हैं, इन अनुप्रयोगों में उनका हमेशा उपयोग किया जाता है।
सीसीडी मुख्य रूप से अपनी उच्च मात्रा क्षमता, कम शोर वाली इमेजरी और उच्च स्तर की एकरूपता के कारण वैज्ञानिक, औद्योगिक और चिकित्सा फोटोग्राफी के क्षेत्र में फलते-फूलते हैं। लेकिन सीसीडी सेंसर वास्तव में ऐसे गुण कैसे प्रदान करते हैं? इसे बेहतर ढंग से समझने के लिए आपको सबसे पहले यह सीखना होगा कि सीसीडी सेंसर कैसे काम करते हैं।
सीसीडी सिस्टम कैसे काम करता है?
सीसीडी विभिन्न में से एक है कैमरा सेंसर के प्रकार. और अन्य कैमरा सेंसरों की तरह, सीसीडी प्रकाश को कैप्चर करते हैं और इसे डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करते हैं, जो तब संसाधित होते हैं और मॉनिटर जैसे इलेक्ट्रॉनिक डिस्प्ले पर देखे जाने पर पिक्सेल के रूप में प्रदर्शित होते हैं।
हालांकि सभी इमेजिंग सेंसर डिजिटल सिग्नल बनाने के लिए एनालॉग को कैप्चर करने का एक ही कार्य है, उक्त कार्यों को प्राप्त करने के लिए जो मोड या प्रक्रिया होती है वह अन्य सेंसर से भिन्न होगी।
एक सीसीडी सेंसर के लिए छवियों को कैप्चर करने के लिए, यह लाइट-टू-चार्ज से शुरू होने वाली पांच-चरणीय प्रक्रिया से गुजरता है रूपांतरण, चार्ज संचय, चार्ज ट्रांसफर, चार्ज-टू-वोल्टेज रूपांतरण, और फिर सिग्नल प्रवर्धन। आइए प्रक्रिया को चरण दर चरण देखें:
चरण 1: लाइट-टू-चार्ज रूपांतरण
एक सीसीडी सेंसर फोटॉन (प्रकाश से ऊर्जा) को एक पतली सिलिकॉन वेफर से बाउंस करने की अनुमति देकर प्रकाश को कैप्चर करता है जो फिर एक इलेक्ट्रॉन को छोड़ता है। एक छोटा सकारात्मक चार्ज कैपेसिटर तब एक बाल्टी के रूप में कार्य करता है जो जारी किए गए इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा और संग्रहीत करता है। एक छोटे संधारित्र के शीर्ष पर इस पतली सिलिकॉन वेफर की एक इकाई को फोटोसाइट के रूप में जाना जाता है।
चरण 2 और 3: चार्ज संचय और चार्ज ट्रांसफर
कैमरा शटर बंद होने तक एक सीसीडी सेंसर ऐसे इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा और स्टोर करना जारी रखता है। संधारित्र से सभी संग्रहीत इलेक्ट्रॉन वे हैं जो आवेश बनाते हैं।
जब कैमरा शटर बंद हो जाता है, तो फोटोसाइट्स से सभी चार्ज एक सेंस कैपेसिटर सर्किट में स्थानांतरित हो जाते हैं। स्थानांतरण सेंसर के किनारे पर क्षैतिज रूप से आवेशों को स्थानांतरित करके किया जाता है और फिर लंबवत रूप से तब तक किया जाता है जब तक कि प्रत्येक आवेश को कैपेसिटर सर्किट में नहीं भेजा जाता है।
सीसीडी सेंसर चार्ज स्थानांतरित करने के लिए इस शिफ्ट रजिस्टर तंत्र का उपयोग करते हैं, जबकि सीएमओएस सेंसर स्थानीय वोल्टेज रूपांतरण और सिग्नल एम्पलीफिकेशन का उपयोग करते हैं। यद्यपि यह CMOS को तेज़ संवेदक बनाता है, यह उनके आउटपुट को काफी शोर भी बनाता है क्योंकि स्थानीय एम्पलीफायरों की भारी संख्या एक छवि में शोर या कलाकृतियाँ बनाती है। इसके विपरीत, एक सीसीडी संकेतों को बढ़ाने के लिए केवल एक एम्पलीफायर सर्किट का उपयोग करता है।
उच्च गति पर स्थानीय प्रवर्धन का उपयोग करने का एक और नुकसान यह है कि यह इमेजरी में असमानता का कारण बनता है। सीसीडी सेंसर में ऐसी समस्या नहीं होती है क्योंकि प्रत्येक फोटोसाइट में चार्ज को संसाधित करते समय उनकी रैखिक प्रक्रिया होती है।
चरण 4 और 5: चार्ज-टू-वोल्टेज रूपांतरण और सिग्नल प्रवर्धन
सेंस कैपेसिटर को भेजे गए एनालॉग चार्ज स्वचालित रूप से वोल्टेज में परिवर्तित हो जाते हैं जो छवियों को बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले कच्चे डिजिटल डेटा को बनाता है। चार्ज-टू-वोल्टेज रूपांतरण के बाद, प्रोसेसर के उपयोग के लिए डिजिटल सिग्नल अभी भी बहुत कम हैं।
डिजिटल सिग्नल को बढ़ावा देने के लिए सिग्नल एम्पलीफायर का उपयोग किया जाता है। यह प्रवर्धित संकेत तब एक इमेज प्रोसेसर को भेजा जाता है जो तब इमेज को असेंबल करता है।
सीसीडी यहां रहने के लिए हैं
एक बार डिजिटल कैमरा सेंसर के लिए स्वर्ण मानक, सीसीडी अब नियमित उपभोक्ता उपयोग के लिए बंद कर दिए गए हैं। लेकिन उनकी उच्च मात्रा क्षमता, कम शोर इमेजिंग, उच्च गतिशील रेंज और उत्कृष्ट एकरूपता के साथ, सीसीडी का उपयोग अभी भी कई वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों में किया जाता है।
और यद्यपि यह संभावना नहीं है कि निर्माता निकट भविष्य में उपभोक्ता-श्रेणी के सीसीडी कैमरों को वापस लाएंगे, सीसीडी वैज्ञानिक अनुसंधान में एक प्रधान बने रहेंगे।
