Cara Kerja Sensor CMOS Beserta Aplikasinya Di Perangkat Elektronik- Elektronik pencitraan memainkan peran penting dalam kinerja sistem pencitraan. Sistem ini mencakup komponen yang berbeda seperti kamera, perangkat lunak, papan tangkap, kabel, dll. Jadi, sangat penting untuk memahami konsep sensor kamera karena merupakan komponen penting dalam sistem pencitraan atau kamera tetapi dua kamera berbeda dengan sensor serupa dapat memiliki kinerja & sifat yang berbeda karena antarmuka elektronik dalam desain.
Dulu, phototube seperti Vidicons & Plumbicons digunakan sebagai sensor gambar di kamera tetapi sekarang sensor ini tersedia dalam dua jenis sensor CMOS dan sensor CCD. Sensor gambar adalah perangkat semikonduktor yang digunakan untuk mengubah gambar optik menjadi sinyal digital, yang banyak digunakan dalam kamera digital & perangkat optik.
Apa itu Sensor CMOS?
Sensor CMOS atau sensor semikonduktor oksida logam pendamping adalah tipe chip electronic, yang dipakai untuk mengganti foton jadi elektron untuk pemrosesan digital. Sensor ini terutama digunakan untuk membuat gambar dalam kamera digital, kamera CCTV digital & kamera video digital.
Chip elektronik ini juga dapat ditemukan di pemindai, pembaca kode batang & teleskop astronomi. Pembuatan CMOS berbiaya rendah membuatnya dapat dicapai untuk menghasilkan perangkat konsumen berbiaya rendah.
Sensor CMOS bekerja berdasarkan prinsip efek fotolistrik untuk mengubah foton menjadi energi listrik. Tidak seperti sensor CCD, sensor CMOS akan mengubah muatan listrik menjadi tegangan langsung di dalam piksel. Saat ini sensor CMOS tersedia dengan kualitas gambar yang luar biasa & kecepatan bingkai yang tinggi, sehingga digunakan pada kamera industri berbasis kinerja tinggi.
Desain Sensor CMOS
Dalam sensor gambar CMOS, muatan dari pixel fotosensitif di lokasi pixel bisa diganti jadi tegangan dan signal digandakan lewat baris dan kolom dan diterima oleh chip konverter digital ke analog.
Sensor CMOS adalah perangkat digital di mana setiap situs menyertakan fotodioda & tiga transistor untuk melakukan tugas yang berbeda seperti mengaktifkan & mengatur ulang piksel, amplifikasi & konversi biaya, dan multiplexing atau seleksi.
Konfigurasi multiplexing sensor CMOS sering dihubungkan dengan rolling shutter elektronik; meskipun dengan transistor tambahan di lokasi piksel, rana global akan dicapai di mana semua piksel terbuka pada saat yang sama dan kemudian dibacakan secara berurutan.
Prosedur fabrikasi multilayer sensor CMOS tidak memungkinkan penggunaan lensa mikro di atas chip, sehingga mengurangi efisiensi pengumpulan yang efektif. Jadi efisiensi yang lebih rendah ini digabungkan melalui perbedaan piksel-ke-piksel memberikan rasio sinyal-ke-noise yang lebih rendah & kualitas gambar keseluruhan yang lebih sedikit dibandingkan dengan sensor CCD.
Bagaimana Sensor CMOS Bekerja?
Sensor gambar dalam sistem kamera menerima cahaya datang yang difokuskan melalui lensa. Berdasarkan jenis sensor gambar seperti CMOS atau CCD, sistem kamera akan mengirimkan data ke fase berikutnya seperti sinyal digital atau tegangan.
Sensor CMOS mengubah foton menjadi elektron menjadi tegangan & setelah itu menjadi nilai digital melalui on-chip ADC (Analog to Digital Converter) .
Tergantung pada produsen kamera digital, komponen yang digunakan dalam sistem kamera dan desainnya akan diubah. Fungsi utama dari desain ini adalah untuk mengubah cahaya menjadi sinyal digital kemudian dapat diperiksa untuk mengaktifkan beberapa peningkatan lebih lanjut atau tindakan yang ditentukan pengguna.
Kamera yang digunakan di tingkat konsumen tersedia dengan komponen tambahan untuk menyimpan gambar dalam memori, LCD & sakelar, dan kenop kontrol, tetapi kamera tipe visi mesin tidak termasuk.
Jenis Sensor CMOS
Ada dua jenis sensor CMOS seperti sensor piksel aktif dan sensor piksel pasif di mana masing-masing jenis dibahas di bawah ini.
Sensor Piksel Aktif
Sensor Piksel Aktif adalah jenis sensor gambar yang dirancang dengan kumpulan sensor piksel. Dalam jenis sensor ini, setiap sensor piksel menyertakan amplifier dan fotodetektor. Dari sensor piksel aktif (APS) ini, APS CMOS adalah sensor paling terkenal karena aplikasi hebat yang mereka miliki di DSLR, kamera digital, dll.
Sensor ini diproduksi melalui proses CMOS , sehingga dikenal sebagai CMOS APS. Jenis sensor ini mirip dengan CCD atau Charge Coupled Device karena mereka juga dikenal sebagai sensor gambar piksel aktif & pencitra sensor piksel aktif.
Sensor piksel aktif CMOS menggunakan fotodetektor untuk mendeteksi cahaya & mengubahnya menjadi sinyal listrik. Setelah itu, sinyal ini diperkuat melalui transistor yang berbeda & kemudian dipindahkan melalui kabel tetap.
Aplikasi CMOS APS terutama mencakup kamera penangkap gerak, pencitraan sinar-X, kamera web, kamera endoskopi, radiografi digital, dll.
Sensor Piksel Pasif
Dalam sensor ini, setiap piksel pasif mencakup transistor akses dan fotodioda. Piksel dalam sensor ini diatur dalam struktur dua dimensi melalui akses yang memungkinkan kabel dibagi melalui piksel dalam baris yang sama & kabel keluaran dibagi melalui kolom.
Setiap ujung kolom termasuk amplifier. Sensor ini terutama mengalami beberapa keterbatasan seperti pembacaan yang lambat, kurangnya skalabilitas & kebisingan yang tinggi. Jadi masalah ini dapat diatasi dengan menambahkan amplifier ke setiap piksel.
Sensor CMOS piksel pasif menggunakan situs foto untuk mengubah foton menjadi tegangan, tetapi pembangkitan noise selama pengembangan gambar adalah salah satu kelemahan utama sensor jenis ini.
IC Sensor CMOS
IC sensor CMOS yang paling banyak digunakan adalah modul sensor kamera OV7670 . Ini adalah modul Sensor gambar CMOS yang sangat sensitif, bertegangan rendah, dan berukuran kecil yang digunakan untuk menangkap dan memproses gambar. Modul ini tersedia dengan konfigurasi pin yang berbeda dari Produsen yang berbeda. TheOV7670 IC menyediakan gambar 8-bit dan full-frame berjendela dalam format yang berbeda.
OV7670 terutama mencakup array sensor gambar, konverter A/D, generator waktu, prosesor sinyal analog, skalar gambar, DSP, generator pola uji, port video digital, LED, dll. Sensor gambar ini dapat dikontrol melalui SCCB atau Kontrol Kamera Serial Bus yang merupakan antarmuka I2C dengan frekuensi CLK 400KHz.maksimum.
Keuntungan Sensor CMOS
Kelebihan sensor CMOS antara lain sebagai berikut.
- Konsumsi daya rendah.
- Lebih sedikit biaya.
- Kebisingan gelap yang lebih rendah akan memberikan citra keandalan yang lebih tinggi.
- Ukuran kamera sekecil logika pembacaan dapat dimasukkan dalam chip serupa.
- Pembacaan yang fleksibel karena pengalamatan piksel individu langsung yang memungkinkan lebih banyak tempat penyimpanan & kemungkinan pemindaian terbatas.
- Sensitivitas yang lebih tinggi dalam kisaran NIR.
- Dibandingkan dengan CCD, frame rate tinggi.
- Mekar sangat berkurang.
- Mereka menghasilkan video HD yang bagus.
- Sensor ini digunakan di Ponsel, Tablet, dan banyak lagi.
- Pencitra CMOS memiliki kinerja yang lebih baik.
Kekurangan Sensor CMOS
Kerugian dari sensor CMOS antara lain sebagai berikut.
- Sensor ini lebih rentan terhadap noise dan gambar terkadang berbintik.
- Sensor ini memanfaatkan lebih banyak cahaya untuk gambar yang disempurnakan.
- Dalam sensor ini, setiap piksel mengeksekusi konversinya.
- Homogenitas & kualitas gambarnya rendah.
Aplikasi Sensor CMOS
Aplikasi sensor CMOS meliputi berikut ini.
- Sensor ini digunakan di berbagai bidang seperti kelautan, otomotif, manufaktur, penerbangan, kesehatan, astronomi, medis & fotografi digital.
- Sensor CMOS mencakup dari otomatisasi hingga aplikasi berbasis lalu lintas seperti panduan buta, sistem penargetan, pencari jangkauan aktif atau pasif, dll.
- Sensor ini mengubah foton menjadi elektron untuk digunakan dalam pemrosesan digital.
- Sensor ini akan membuat gambar dalam kamera digital, kamera CCTV digital & kamera video digital.
- Sensor ini digunakan dalam kamera resolusi tinggi.
- Sensor CMOS hebat dipakai di beberapa sektor seperti augmented reality, photografi komputasi, pencitraan biomedis, perawatan kesehatan digital, dan lain-lain.
