فيما يتعلق بالحساسات ومبادئ عملها في الكاميرا عالية السرعة
2026,08,25
استخدمت أنظمة الكاميرات عالية السرعة المبكرة أنابيب كاميرا مستهدفة من السيليكون عالية الحساسية كمستشعرات للصور. التقطت الكاميرا عالية السرعة إشارات الصور عن طريق مسحها سطرًا تلو الآخر باستخدام شعاع الإلكترون، وتحويلها إلى إشارات صور فيديو، والتي تم تخزينها بعد ذلك على شريط أو قرص مغناطيسي عالي الكثافة. نظرًا للقصور الذاتي العالي لأنبوب الكاميرا، لم يكن ذلك ملائمًا لتحقيق معدلات إطارات عالية. علاوة على ذلك، كان التشويه الهندسي الشديد للصورة ضارًا بالقياسات عالية الدقة. مع تطور تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة، حلت أجهزة التصوير ذات الحالة الصلبة (أجهزة CCD وCMOS) محل أنابيب الكاميرا كمستشعرات للصور في أنظمة الكاميرات عالية السرعة.
يتم تصوير الأحداث الخارجية العابرة على منطقة التصوير الخاصة برقاقة كاميرا CCD من خلال نظام بصري. أثناء وقت التكامل (T<sub>التكامل</sub>)، تولد مجموعة بكسلات CCD رسومًا مولدة ضوئيًا، يتناسب مقدارها مع شدة الضوء ووقت التعرض. بعد التكامل، يتم نقل الشحنات الموجودة في منطقة التصوير إلى منطقة التخزين العلوية أو السفلية المقابلة (كما هو موضح بالأسهم في الشكل) تحت سيطرة ساعة رأسية، مع وقت نقل قدره T<sub>transfer</sub>. بعد ذلك، يتم نقل الشحنات الموجودة في منطقة التخزين سطرًا تلو الآخر إلى سجلات تحويل الإخراج تحت سيطرة الساعة العمودية. ستة عشر سجل تحول، تحت سيطرة ساعة أفقية، تكمل إخراج الشحنات المولدة ضوئيًا سطرًا تلو الآخر. يمكن تلخيص عملية عمل شريحة CCD على النحو التالي: ① انتهاء التكامل؛
② يتم نقل الشحنة من منطقة التصوير إلى منطقة التخزين؛
③ يبدأ التكامل في منطقة التصوير؛
④ يتم نقل الشحن صفًا تلو الآخر من منطقة التخزين إلى سجل تحويل الإخراج؛
⑤ يتم إخراج الشحنة في السجل (تم إزاحتها 64 مرة). من المناقشة أعلاه، من السهل أن نرى أنه بالنسبة لمستشعر صور CCD، فإن زيادة معدل الإطارات يعني في الواقع زيادة معدل قراءة الشحنة المولدة ضوئيًا لـ CCD. نظرًا لهيكل CCD ومبدأ عمله، فمن السهل أن نتخيل أن زيادة معدل قراءة الشحنة المولدة ضوئيًا لـ CCD يمكن تحقيقها بطريقتين:
1. زيادة تردد الساعة لنبض محرك CCD؛
2. تقسيم شريحة CCD إلى عدة مناطق صغيرة مستقلة واستخدام طريقة إخراج متوازية متعددة القنوات لقراءة الشحنة المولدة ضوئيًا لكل بكسل CCD في كل منطقة صغيرة.
في حين أن زيادة تردد نبض محرك CCD يمكن أن يزيد من معدل القراءة، فإن النتيجة هي وقت أقصر لتكامل CCD، وزيادة الضوضاء، وزيادة فقدان نقل الشحن، مما يؤدي إلى انخفاض في جودة الصورة. في مكونات الكاميرا فائقة السرعة فائقة الدقة، إذا تم تقسيم شريحة CCD إلى عدة مناطق صغيرة محددة منطقيًا، ولكل منها نفس عدد البكسل ومنفذ إخراج الشحن المستقل الخاص بها، فيمكن زيادة معدل إطارات الكاميرا عدة مرات دون تغيير تردد نبض محرك CCD. في حين أن طريقة إخراج الشحنة المقسمة ومتعددة القنوات هذه قد تزيد من متطلبات عمليات تصنيع شرائح CCD وصعوبة التحكم في المحرك، فهي بلا شك وسيلة لتحسين معدل قراءة CCD.
