أحد الأجهز التي يستخدمها معظم الناس في حياتهم اليومية هو الكاميرا الرقمية في كل مكان و مستشعر الصور أو كما يسمى بحساس الصورة هو المكون الأساسي لأي كاميرا ومن بينها كاميرات الهواتف الذكية و بدون هذا الحساس لن تكون هناك أي صورة , و إذا قمت بالبحث في الإنترنت ، ستلاحظ بأن أكبر و أكثر الاتفاق يكون على أن المستشعر أكثر أهمية من الميجابكسل مع ارتباطهما الأثنان بجودة الصورة , وفي هذا المقال سنتعرف :

• ما هو مستشعر الصورة؟

• مما تصنع حساسات الصورة.

• أنواع الحساسات الصور.

• مكونات مستشعر الصورة.

• طريقة عمل المستشعر.

• حجم مستشعر الكاميرا مقابل ميجابكسل والتأثير على الجودة.

• كم هو قياس أو حجم مستشعر كاميرات الهواتف.

ما هو مستشعر الصورة؟

مستشعر الصورة هو أحد عنصر الكاميرا والذي يحول الصورة الضوئية إلى إشارة إلكترونية , يتم استخدامه في الكاميرات الرقمية وأجهزة التصوير لتحويل الضوء المستلم على الكاميرا أو عدسة جهاز التصوير إلى صورة رقمية (1) .

وفي تفسير أخر : مستشعرات الصورة : هو عنصر من عناصر الكاميرا يقوم بتحويل الفوتونات – أي الضوء – الساقط عليه من خلال عدسة الكاميرا إلى إشارات كهربائية يمكن للجهاز تفسيرها وبالتالي تحويلها إلى صورة رقمية.

مما تصنع حساسات الضوء:

يتم إنتاج قوالب الاستشعار على دفعات كبيرة على رقائق السيليكون. يتم تقطيع الرقائق إلى العديد من القطع مع كل قطعة تحتوي على قالب حساس واحد , و السليكون هو من اشباه المواصلات و هو عنصر غير متجدد وينتمي لعائلة الكربونيات , و تتميز بحساسيتها لضوء و الحرارة وأنها لا توصل الكهرباء بنسبة كبيرة وعالية و لها مقاومة كبيرة لذلك كان السيليكون المستخلص من الطبيعة هو أحد أهم مكونات مستشعر الضوء .

أنواع الحساسات الضوئية ( مستشعر الصورة ) :

هناك نوعين من أنواع حساسات الضوء , نوع CCD و نوع CMOS ولكل منها مزايا يختص بها عن الأخر:

1- نوع CCD و هو اختصار لكلمة : charge-coupled device .

تتلخص أهمية حساس من نوع CCD  من ناحية مميزاتة وعيوبة كالتالي :

مميزات الشريحة هي :

• انه الافضل في قياسه لحساسية الضوء حتى في الإضاءة الخافتة .

• الافضل في دقة اللون والحدة , فمستوى الجودة عالية .

• انخفاض التشويش الخلفي في الصورة .

عيوب الشريحة هي :

• عمليات التصنيع والانتاج باهظة ، لذلك الاداة غالية جدا .
• معقدة وغالية جدا في الدمج , فهي تحتاج الى مركبات اضافية .
•  يستهلك من الطاقة ما يعادل 100 مره اكثر من تقنية CMOS .

2- نوع CMOS و هو اختصار لكلمة : charge-coupled device .

و تتلخص أهمية (( CMOS )) من ناحية مميزاتة وعيوبة كالتالي :

مميزات الشريحة هي :

• اسعاره منخفضة بسبب التقنية القياسية حيث انه يحتوي على أغلب الرقائق مثل رقاقة الذاكرة , مما يجعل هذه التقنية ارخص بكثير عن تقنية CCD .
•  يمكن انتاج آلات تصوير بحجم صغير بواسطة جهاز الاحساس في تقنية CMOS .
•  استهلاكه للطاقة قليل جدا مقارنة بتقنية CCD .

عيوب الشريحة هي :

• حساسية هذا الجهاز للاضاءة منخفضة فهو يحتاج الى

بيئة اضاءة معتدلة .

•  نسبة التشويش عالية مقارنة مع تقنية CCD .

مكونات مستشعر الصورة

يتم وضع شريحة المستشعر في عبوة بها زجاج واقي , و تحتوي العبوة على وسادات اتصال تربط المستشعر بـ PCB.

تحتوي شريحة مستشعر الصورة الصلبة على وحدات البكسل المكونة من عناصر حساسة للضوء وعدسات صغيرة ومكونات كهربائية دقيقة. يتم تصنيع الرقائق من قبل شركات أشباه الموصلات ومقطعة من الرقائق. تنقل الروابط السلكية الإشارة من القالب إلى وسادات التلامس في الجزء الخلفي من المستشعر. تحمي العبوة شريحة المستشعر وروابط الأسلاك من الأذى المادي والبيئي ، وتوفر تبديدًا حراريًا ، وتتضمن إلكترونيات متصلة لنقل الإشارات. نافذة شفافة في مقدمة العبوة تسمى زجاج الغلاف تحمي رقاقة الاستشعار والأسلاك بينما تسمح للضوء بالوصول إلى المنطقة الحساسة للضوء.

طريقة عمل المستشعر :

في نظام الكاميرا ، يستقبل مستشعر الصورة الضوء الساقط (الفوتونات) المركزة من خلال عدسة أو بصريات أخرى , و اعتمادًا على ما إذا كان المستشعر هو CCD أو CMOS ، فإنه سينقل المعلومات إلى المرحلة التالية إما كجهد كهربائي أو إشارة رقمية. تقوم مستشعرات CMOS بتحويل الفوتونات إلى إلكترونات ، ثم إلى جهد ، ثم إلى قيمة رقمية باستخدام محول تناظري رقمي على الشريحة (ADC).

اعتمادًا على الشركة المصنعة للكاميرا ، سيختلف التصميم العام والمكونات المستخدمة. الغرض الرئيسي من هذا التصميم هو تحويل الضوء إلى إشارة رقمية يمكن تحليلها بعد ذلك لتحريك بعض الإجراءات المستقبلية. قد تحتوي الكاميرات على مستوى المستهلك على مكونات إضافية لتخزين الصور (بطاقة الذاكرة) ، والعرض (شاشة LCD المدمجة) ومقابض التحكم والمفاتيح التي لا توفرها كاميرات الرؤية الآلية.

حجم مستشعر الكاميرا مقابل ميجابكسل والتأثير على الجودة :

لا يرتبط حجم مستشعر الكاميرا ودقته بالضرورة ببعضهما البعض , فكاميرا هاتف بدقة 20 ميجابكسل وكاميرا ذات إطار كامل بدقة 20 ميجابكسل تحتوي على 20 مليون بكسل ونفس الدقة. ومع ذلك ، ليس لديهم نفس جودة الصورة لأن  حجم مستشعر الكاميرا وحجم البكسل يحدثان فرقًا.

يسمح لك المستشعر الأكبر بالحصول على وحدات بكسل أكبر مقارنة بمستشعر أصغر بنفس الدقة , و تعد وحدات البكسل الأكبر حجمًا الموجودة في الكاميرا ذات الإطار الكامل أكثر كفاءة في جمع الضوء , فهي ليست فقط أكثر حساسية ولكن لديها نطاق ديناميكي أفضل ، مما يسمح بالحصول على صور حادة للغاية , في الإضاءة الجيدة , ولكن بمجرد أن تصبح الإضاءة صعبة قليلاً ، يصبح تأثير المستشعر وحجم البكسل واضحًا بشكل متزايد.

والخلاصة كاميرتان بنفس حجم المستشعر أحدهما تمتلك مستشعر كبير و الأخرى بمستشعر أضعر وكلى الكاميرتان بنفس الدقة هنا تكون الصورة الأفضل من نصيب الكاميرا ذات المستشعر الأكبر .

كم هو قياس أو حجم مستشعر كاميرات الهواتف :

مما لا شك به هو أن حجم المستشعر له أثر كبير على جودة الصورة فكلما كان حجم المستشعر أكبر كانت الصورة أفضل و ذلك لأن منطقة سقوط الضوء تكون أكبر .

لذلك تسعى الهواتف على امتلاك أكبر مستشعرات صورة كي تضفي الجودة على صور كاميرات هواتفها وقد سمعنا بالآونة الأخير بأن هناك هواتف مثل هاتف xiaomi 12 Ultra يمتلك مستشعر بحجم 2 بوصة كم قيل وتم الإعلان عنه و هذا القياس تقريبي وهو جزء من البوصة ولا يقصد به الوحدة بعينها وذلك بسبب أن جميع القياسات المستخدمة لقياس أبعاد أي عنصر إلكتروني صغير تقاس إما بالملميتر أو بالبوصة ولا وجود للسنتمير .

فيبلغ قياس مستشعر الإطار الكامل الخاص بالكاميرات مقاس 35 مم هو 864 مم مربع   بينما يقيس مستشعر الهاتف الذكي مقاس 1 / 1.7 بوصة هو  43 مليمتر مربع  , وهذا يساوي 0.43 سنتيمتر مربع بينما البوصة الواحدة تساوي 2.54 سم وهذا يعني أن مصطلح القياس بالبوصة المقصود به التقريب وهو جزء وليس الوحدة بعينها فحالياً مستشعرات الهواتف اصغر من مستشعرات DSLR كامل الإطار بحاولى 20 مره  و أكبر مستشعر للهواتف يقارب 1 سم مربع .