छवि संवेदक



एक छवि   सेंसर  या इमेजर एक सेंसर है जो एक छवि बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली जानकारी का पता लगाता है और व्यक्त करता है।यह प्रकाश तरंगों के चर  क्षीणन  को परिवर्तित करके (जैसा कि  हिलाना   अपवर्तन  या प्रतिबिंब (भौतिकी) वस्तुओं) को  संकेत (विद्युत अभियांत्रिकी)  में परिवर्तित करके करते हैं,  विद्युत प्रवाह  के छोटे फटने वाले जो सूचना को व्यक्त करते हैं।तरंगें हल्की या अन्य  विद्युत चुम्बकीय विकिरण  हो सकती हैं।छवि सेंसर का उपयोग  एनालॉग [[ इलेक्ट्रानिक्स  ]] और  अंकीय इलेक्ट्रॉनिक्स  प्रकारों के इलेक्ट्रॉनिक्स इमेजिंग उपकरणों में किया जाता है, जिसमें  डिजिटल कैमरा,  कैमरा मॉड्यूल ,  कैमरा फ़ोन ,  ऑप्टिकल माउस  डिवाइस, ऑप्टिकल माउस डिवाइस, ऑप्टिकल माउस डिवाइस शामिल हैं,    चिकित्सीय इमेजिंग  उपकरण,  रात्रि दृष्टि  उपकरण जैसे  थर्मोग्राफी  डिवाइस,  राडार ,  सोनार  और अन्य।तकनीकी परिवर्तन के रूप में, इलेक्ट्रॉनिक और  डिजिटल इमेजिंग  रासायनिक और एनालॉग इमेजिंग को बदलने के लिए जाता है।

इलेक्ट्रॉनिक छवि सेंसर के दो मुख्य प्रकार चार्ज-युग्मित डिवाइस (CCD) और सक्रिय पिक्सेल संवेदक  ( CMOS  सेंसर) हैं।CCD और CMOS सेंसर दोनों मेटल-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर (MOS) तकनीक पर आधारित हैं, जिसमें  MOSFET  (MOS फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर)  एम्पलीफायरों  पर आधारित  मोस कैपेसिटर  और CMOS सेंसर पर आधारित CCDs हैं।अदृश्य विकिरण के लिए एनालॉग सेंसर में विभिन्न प्रकार के  निर्वात नली  शामिल होते हैं, जबकि डिजिटल सेंसर में  फ्लैट पैनल डिटेक्टर  शामिल होते हैं।

CCD बनाम CMOS सेंसर
फ़ाइल: एक red वेबकैम '.जेपीईजी के फोटोसेंसर सरणी के कोने का एक माइक्रोग्राफ | थम्ब डिजिटल कैमरा अंकीय छवि सेंसर के दो मुख्य प्रकार चार्ज-युग्मित डिवाइस (CCD) और सक्रिय-पिक्सेल सेंसर (CMOS सेंसर), पूरक MOS (CMOS) या N- प्रकार सेमीकंडक्टर में  अर्धचालक उपकरण निर्माण  हैं। एन-टाइप MOS (NMOS लॉजिकया  लाइव मोस ) प्रौद्योगिकियां।CCD और CMOS सेंसर दोनों MOS तकनीक पर आधारित हैं, MOS कैपेसिटर एक CCD के निर्माण ब्लॉक होने के साथ, और MOSFET एम्पलीफायरों एक CMOS सेंसर के बिल्डिंग ब्लॉक हैं। छोटे उपभोक्ता उत्पादों में एकीकृत कैमरे आम तौर पर सीएमओएस सेंसर का उपयोग करते हैं, जो आमतौर पर सस्ते होते हैं और सीसीडी की तुलना में बैटरी संचालित उपकरणों में बिजली की खपत कम होती है। CCD सेंसर का उपयोग उच्च अंत प्रसारण गुणवत्ता वाले वीडियो कैमरों के लिए किया जाता है, और CMOS सेंसर अभी भी फोटोग्राफी और उपभोक्ता वस्तुओं में हावी हैं जहां समग्र लागत एक प्रमुख चिंता का विषय है।दोनों प्रकार के सेंसर प्रकाश को कैप्चर करने और इसे विद्युत संकेतों में परिवर्तित करने के एक ही कार्य को पूरा करते हैं।

चार्ज-युग्मित डिवाइस इमेज सेंसर का प्रत्येक सेल एक एनालॉग डिवाइस है।जब प्रकाश चिप मारता है तो यह प्रत्येक फोटो सेंसर  में एक छोटे विद्युत आवेश के रूप में आयोजित किया जाता है।(एक या एक से अधिक) आउटपुट एम्पलीफायरों के निकटतम पिक्सेल की लाइन में शुल्क प्रवर्धित और आउटपुट होते हैं, फिर पिक्सेल की प्रत्येक पंक्ति अपने शुल्क को एम्पलीफायरों के करीब एक पंक्ति को शिफ्ट करती है, जिससे एम्पलीफायरों के निकटतम खाली लाइन भरती है।इस प्रक्रिया को तब तक दोहराया जाता है जब तक कि पिक्सेल की सभी लाइनों ने अपने चार्ज को प्रवर्धित और आउटपुट नहीं दिया है। CMOS इमेज सेंसर में CCD के कुछ एम्पलीफायरों की तुलना में प्रत्येक पिक्सेल के लिए एक एम्पलीफायर होता है।यह सीसीडी की तुलना में फोटॉनों के कब्जा के लिए कम क्षेत्र में परिणाम देता है, लेकिन इस समस्या को प्रत्येक फोटोडायोड के सामने माइक्रोलेंस का उपयोग करके दूर किया गया है, जो फोटोडायोड में प्रकाश को ध्यान केंद्रित करता है जो अन्यथा एम्पलीफायर को हिट करता है और पता नहीं लगाया गया है। कुछ सीएमओएस इमेजिंग सेंसर भी  बैक-इल्यूमिनेटेड सेंसर  का उपयोग करते हैं। फोटोडोड से टकराने वाले फोटॉनों की संख्या बढ़ाने के लिए बैक-साइड रोशनी। CMOS सेंसर संभावित रूप से कम घटकों के साथ लागू किया जा सकता है, कम शक्ति का उपयोग कर सकता है, और/या CCD सेंसर की तुलना में तेजी से रीडआउट प्रदान कर सकता है। वे स्थैतिक बिजली के निर्वहन के लिए भी कम असुरक्षित हैं।

एक अन्य डिजाइन, एक हाइब्रिड CCD/CMOS आर्किटेक्चर (SCMOS नाम के तहत बेचा गया) में CMOS रीडआउट इंटीग्रेटेड सर्किट (ROICs) होते हैं जो एक CCD इमेजिंग सब्सट्रेट के लिए बंधे होते हैं - एक ऐसी तकनीक जो इन्फ्रारेड स्टारिंग सरणियों के लिए विकसित की गई थी और सिलिकॉन के लिए अनुकूलित की गई है।-बेड डिटेक्टर तकनीक। एक अन्य दृष्टिकोण यह है कि आधुनिक सीएमओएस तकनीक में उपलब्ध बहुत ही बढ़िया आयामों का उपयोग सीसीडी को पूरी तरह से सीएमओएस तकनीक में पूरी तरह से लागू करने के लिए किया जाए: इस तरह की संरचनाएं व्यक्तिगत पॉली-सिलिकॉन गेट्स को बहुत छोटे अंतर से अलग करके प्राप्त की जा सकती हैं;हालांकि अभी भी अनुसंधान हाइब्रिड सेंसर का एक उत्पाद संभावित रूप से CCD और CMOS इमेजर्स दोनों के लाभों का उपयोग कर सकता है।

प्रदर्शन
कई पैरामीटर हैं जिनका उपयोग एक छवि सेंसर के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए किया जा सकता है, जिसमें डानामिक रेंज, सिग्नल-टू-शोर अनुपात और कम-प्रकाश संवेदनशीलता शामिल हैं।तुलनीय प्रकारों के सेंसर के लिए, सिग्नल-टू-शोर अनुपात और गतिशील रेंज में सुधार होता है क्योंकि छवि सेंसर प्रारूप#सेंसर आकार बढ़ता है।

संसर्ग का समय कंट्रोल =

छवि सेंसर के एक्सपोज़र समय को आमतौर पर एक पारंपरिक यांत्रिक शटर (फोटोग्राफी)  द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जैसा कि फिल्म कैमरों में, या एक  इलेक्ट्रॉनिक दरवाजा  द्वारा।इलेक्ट्रॉनिक शटरिंग वैश्विक हो सकती है, जिस स्थिति में पूरी छवि सेंसर क्षेत्र का फोटोइलेक्ट्रॉन का संचय शुरू हो जाता है और एक साथ रुक जाता है, या रोलिंग होता है, जिस स्थिति में प्रत्येक पंक्ति का एक्सपोज़र अंतराल तत्काल उस पंक्ति के रीडआउट से पहले होता है, एक प्रक्रिया में जो छवि फ्रेम (आमतौर पर रोल करता है (आमतौर परलैंडस्केप प्रारूप में ऊपर से नीचे तक)।ग्लोबल इलेक्ट्रॉनिक शटरिंग कम आम है, क्योंकि इसे एक्सपोज़र अंतराल के अंत से चार्ज रखने के लिए स्टोरेज सर्किट की आवश्यकता होती है, जब तक कि रीडआउट प्रक्रिया वहां नहीं पहुंच जाती है, आमतौर पर कुछ मिलीसेकंड बाद में।

रंग पृथक्करण
रंग-पृथक्करण तंत्र के प्रकार से भिन्न रंग छवि सेंसर के कई मुख्य प्रकार हैं:
 * बायर फिल्टर | बायर-फिल्टर सेंसर, कम-लागत और सबसे आम, एक  रंग फ़िल्टर सरणी  का उपयोग करके जो चयनित सक्रिय-पिक्सेल सेंसर के लिए लाल, हरे और नीले प्रकाश से गुजरता है।प्रत्येक व्यक्तिगत सेंसर तत्व को तत्वों पर पैटर्न वाले रासायनिक रंगों से बने रंग जेल के माध्यम से लाल, हरे या नीले रंग के प्रति संवेदनशील बनाया जाता है।सबसे आम फ़िल्टर मैट्रिक्स,  बायर पैटर्न, प्रत्येक लाल और नीले रंग के लिए दो हरे पिक्सेल का उपयोग करता है।इससे लाल और नीले रंगों के लिए कम संकल्प होता है।लापता रंग के नमूने एक  डेमोसाइसिंग  एल्गोरिथ्म का उपयोग करके प्रक्षेपित हो सकते हैं, या पूरी तरह से हानि संपीड़न द्वारा अनदेखा किया जा सकता है।रंग की जानकारी में सुधार करने के लिए, रंग सह-साइट नमूने जैसी तकनीकें पिक्सेल चरणों में रंग सेंसर को स्थानांतरित करने के लिए एक  पीजोइलेक्ट्रिकिटी  तंत्र का उपयोग करती हैं।
 * फोवोन एक्स 3 सेंसर, स्तरित पिक्सेल सेंसर की एक सरणी का उपयोग करते हुए, सिलिकॉन के निहित तरंग दैर्ध्य-निर्भर अवशोषण संपत्ति के माध्यम से प्रकाश को अलग करना, जैसे कि हर स्थान सभी तीन रंग चैनलों को होश में रखता है।यह विधि समान है कि फोटोग्राफी के लिए रंग फिल्म कैसे काम करती है।
 * तीन-सीसीडी कैमरा, तीन असतत छवि सेंसर का उपयोग करते हुए, एक द्विध्रुवीय प्रिज्म  द्वारा किए गए रंग पृथक्करण के साथ।डाइक्रोइक तत्व एक तेज रंग पृथक्करण प्रदान करते हैं, इस प्रकार रंग की गुणवत्ता में सुधार होता है।क्योंकि प्रत्येक सेंसर अपने  पासबैंड  के भीतर समान रूप से संवेदनशील होता है, और पूर्ण रिज़ॉल्यूशन पर, 3-सीसीडी सेंसर बेहतर रंग गुणवत्ता और बेहतर कम प्रकाश प्रदर्शन का उत्पादन करते हैं।3-सीसीडी सेंसर एक पूर्ण क्रोमा सब्सक्रिप्लिंग का उत्पादन करते हैं। 4: 4: 4 सिग्नल, जिसे  टेलीविजन प्रसारण ,  वीडियो संपादन  और क्रोमा कुंजी दृश्य प्रभावों में पसंद किया जाता है।

विशेष सेंसर
विशेष सेंसर का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है जैसे कि थर्मोग्राफी बहु-स्पेक्ट्रल छवि छवियों का निर्माण,  लैरींगोस्कोपी,  गामा कैमरा ,  एक्स-रे  के लिए सेंसर सरणियाँ, और  खगोल  विज्ञान के लिए अन्य अत्यधिक संवेदनशील सरणियाँ। जबकि सामान्य डिजिटल कैमरे एक फ्लैट सेंसर का उपयोग करते हैं, सोनी ने 2014 में एक घुमावदार सेंसर को प्रोटोटाइप किया, जो कि एक फ्लैट सेंसर के साथ होने वाले पेटज़वल फील्ड वक्रता  को कम/समाप्त करने के लिए।एक घुमावदार सेंसर का उपयोग लेंस के छोटे और छोटे व्यास को कम तत्वों और घटकों के साथ अधिक एपर्चर और फोटो के किनारे पर प्रकाश गिरावट के साथ कम करने की अनुमति देता है।

इतिहास
दृश्य प्रकाश के लिए प्रारंभिक एनालॉग सेंसर वीडियो कैमरा ट्यूब  थे।वे 1930 के दशक में वापस आ गए, और 1980 के दशक तक कई प्रकार विकसित किए गए।1990 के दशक की शुरुआत में, उन्हें आधुनिक ठोस-राज्य इलेक्ट्रॉनिक द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था। ठोस-राज्य सीसीडी छवि सेंसर। आधुनिक ठोस-राज्य छवि सेंसर के लिए आधार MOS तकनीक है, जो 1959 में  बेल लैब्स  में मोहम्मद एम। अटला और  दाऊन कहंग  द्वारा MOSFET के आविष्कार से उत्पन्न हुआ है। एमओएस तकनीक पर बाद में शोध ने ठोस-राज्य  सेमीकंडक्टर  छवि सेंसर के विकास का नेतृत्व किया, जिसमें चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) और बाद में सक्रिय-पिक्सेल सेंसर (सीएमओएस सेंसर) शामिल थे।

निष्क्रिय-पिक्सेल सेंसर (पीपीएस) निष्क्रिय पिक्सेल सेंसर  (एपीएस) का अग्रदूत था। एक पीपीएस में निष्क्रिय पिक्सेल होते हैं जो  एम्पलीफायर  के बिना पढ़े जाते हैं, प्रत्येक पिक्सेल में एक फोटोडायोड और एक MOSFET स्विच होता है। यह एक प्रकार का  फोटोडायोड सरणी  है, जिसमें पिक्सेल एक  पी-एन जंक्शन, एकीकृत  संधारित्र  और चयन  ट्रांजिस्टर  के रूप में MOSFETs होते हैं।1968 में जी। वेकलर द्वारा एक फोटोडायोड सरणी प्रस्तावित की गई थी। यह पीपीएस का आधार था। ये शुरुआती फोटोडायोड सरणियाँ जटिल और अव्यवहारिक थीं, जिनके लिए चयन ट्रांजिस्टर को प्रत्येक पिक्सेल के भीतर गढ़ने की आवश्यकता होती है, साथ ही एकीकृत सर्किट के साथ-साथ-चिप  बहुसंकेतक  सर्किट।फोटोडायोड सरणियों का  शोर (इलेक्ट्रॉनिक्स)  भी प्रदर्शन के लिए एक सीमा थी, क्योंकि फोटोडायोड रीडआउट  [[ स्मृति  बस ]] कैपेसिटेंस के परिणामस्वरूप शोर स्तर में वृद्धि हुई।बाहरी कंप्यूटर मेमोरी के बिना एक फोटोडायोड सरणी के साथ सहसंबद्ध डबल सैंपलिंग (सीडी) का उपयोग नहीं किया जा सकता है। हालांकि, 1914 में डिप्टी कॉन्सल जनरल कार्ल आर। लूप ने राज्य विभाग को आर्चीबाल्ड लो पर एक कांसुलर रिपोर्ट में रिपोर्ट किया। आर्चीबाल्ड एम। लो के टेलीविस्टा सिस्टम में कहा गया है कि यह कहा जाता है कि ट्रांसमिटिंग स्क्रीन में सेलेनियम को किसी भी  प्रतिचुम्बकत्व  द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। जून 2022 में, सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स ने घोषणा की कि उसने 200 मिलियन पिक्सेल इमेज सेंसर बनाया है।200MP Isocell HP3 में सैमसंग रिपोर्टिंग के साथ 0.56 माइक्रोमीटर पिक्सेल हैं कि पिछले सेंसर में 064 माइक्रोमीटर पिक्सेल थे, 2019 के बाद से 12% की कमी थी। नए सेंसर में 2 x 1.4 इंच लेंस में 200 मिलियन पिक्सेल हैं।

चार्ज-युग्मित डिवाइस
चार्ज-युग्मित डिवाइस (CCD) का आविष्कार विलार्ड एस। बॉयल और जॉर्ज ई। स्मिथ ने 1969 में बेल लैब्स में किया था। एमओएस तकनीक पर शोध करते समय, उन्होंने महसूस किया कि एक इलेक्ट्रिक चार्ज चुंबकीय बुलबुले का सादृश्य था और इसे एक छोटे से एमओएस संधारित्र पर संग्रहीत किया जा सकता है।चूंकि यह सेमीकंडक्टर डिवाइस फैब्रिकेशन के लिए काफी सीधा था, जो एक पंक्ति में MOS कैपेसिटर की एक श्रृंखला है, उन्होंने उनसे एक उपयुक्त वोल्टेज जोड़ा ताकि चार्ज को एक से दूसरे तक कदम रखा जा सके। CCD एक अर्धचालक सर्किट है जिसका उपयोग बाद में टेलीविजन प्रसारण के लिए पहले अंकीय वीडियो कैमरा  में किया गया था। प्रारंभिक CCD सेंसर शटर लैग  से पीड़ित थे।यह काफी हद तक पिन किए  पिन्ड फोटोडायोड  (पीपीडी) के आविष्कार के साथ हल किया गया था। शिनवा -जी मंदिर द्वारा अलग -अलग टी जापानी सदस्य वेन और डी, हकुमन शिरकी डाई डाईई इश्हारा ए टी -वल्यू सी सदस्य 1980। यह कम अंतराल, कम शोर (इलेक्ट्रॉनिक्स), उच्च  क्वांटम दक्षता  और कम अंधेरे वर्तमान (भौतिकी) के साथ एक  फोटोडिटेक्टर  संरचना थी। 1987 में, पीपीडी को अधिकांश सीसीडी उपकरणों में शामिल किया जाना शुरू हुआ, जो  उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक   वीडियो कैमरे  और फिर  डिजिटल स्टिल कैमरा  में एक स्थिरता बन गया।तब से, पीपीडी का उपयोग लगभग सभी सीसीडी सेंसर और फिर सीएमओएस सेंसर में किया गया है।

सक्रिय-पिक्सेल सेंसर
NMOS लॉजिक एक्टिव-पिक्सेल सेंसर (APS) का आविष्कार 1980 के दशक के मध्य के दौरान जापान में ओलिंपस कॉर्पोरेशन  द्वारा किया गया था।यह MOS सेमीकंडक्टर डिवाइस फैब्रिकेशन में अग्रिमों द्वारा सक्षम किया गया था, MOSFET स्केलिंग के साथ सेमीकंडक्टर स्केल उदाहरणों की छोटी सूची तक पहुंचने के साथ। माइक्रोन और फिर उप-माइक्रोन स्तर। पहला NMOS APS 1985 में ओलिंपस में त्सुतोमु नाकामुरा की टीम द्वारा गढ़ा गया था। CMOS एक्टिव-पिक्सेल सेंसर (CMOS सेंसर) को बाद में 1993 में  नासा   जेट प्रोपल्शन प्रयोगशाला  में वैज्ञानिकों के एक समूह द्वारा सुधार किया गया था। 2007 तक, CMOS सेंसर की बिक्री ने CCD सेंसर को पार कर लिया था। 2010 के दशक तक, सीएमओएस सेंसर ने सभी नए अनुप्रयोगों में काफी हद तक सीसीडी सेंसर को विस्थापित कर दिया।

अन्य छवि सेंसर
पहला वाणिज्यिक डिजिटल कैमरा, 1975 में क्रोमेम्को साइक्लोप्स ने 32 × 32 एमओएस इमेज सेंसर का उपयोग किया।यह एक संशोधित MOS डायनेमिक रैंडम एक्सेस मेमोरी  (डायनेमिक रैंडम-एक्सेस मेमोरी)  मेमोरी चिप  थी। MOS छवि सेंसर व्यापक रूप से ऑप्टिकल माउस तकनीक में उपयोग किए जाते हैं।1980 में ज़ीरक्सा  में रिचर्ड एफ। लियोन द्वारा आविष्कार किए गए पहले ऑप्टिकल माउस ने 6 माइक्रोन प्रक्रिया का उपयोग किया।NM NMOS लॉजिक इंटीग्रेटेड सर्किट सेंसर चिप।  पहले वाणिज्यिक ऑप्टिकल माउस के बाद से, 1999 में पेश किया गया  इंटेलीमॉस, अधिकांश ऑप्टिकल माउस डिवाइस सीएमओएस सेंसर का उपयोग करते हैं। फरवरी 2018 में, डार्टमाउथ कॉलेज  के शोधकर्ताओं ने एक नई छवि सेंसिंग तकनीक की घोषणा की, जिसे शोधकर्ताओं ने क्वांटा इमेज सेंसर के लिए क्यूआईएस कहा।पिक्सेल के बजाय, क्यूआईएस चिप्स के पास शोधकर्ताओं को जोट्स कहते हैं।प्रत्येक जोट प्रकाश के एक एकल कण का पता लगा सकता है, जिसे फोटॉन कहा जाता है।

बाहरी कड़ियाँ

 * Digital Camera Sensor Performance Summary by Roger Clark
 * (with graphical buckets and rainwater analogies)