Πίνακες CMOS και CCD. Σύγκριση cmos και ccd στην παρακολούθηση βίντεο

Η μήτρα είναι το κύριο δομικό στοιχείο της κάμερας και μία από τις βασικές παραμέτρους που λαμβάνονται υπόψη από τον χρήστη κατά την επιλογή μιας κάμερας. Οι μήτρες των σύγχρονων ψηφιακών φωτογραφικών μηχανών μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με πολλά σημάδια, αλλά το κύριο και πιο συνηθισμένο εξακολουθεί να είναι η διαίρεση των πινάκων σύμφωνα με μέθοδος ανάγνωσης χρέωσης, on: πίνακες CCDτύπος και CMOSμήτρες. Σε αυτό το άρθρο θα δούμε τις αρχές λειτουργίας, καθώς και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτών των δύο τύπων μητρών, καθώς είναι αυτά που χρησιμοποιούνται ευρέως στον σύγχρονο εξοπλισμό φωτογραφίας και βίντεο.

CCD μήτρα

Μήτρα CCDκαλείται επίσης CCD μήτρα(Φόρτιση Συζευγμένων Συσκευών). CCDη μήτρα είναι μια ορθογώνια πλάκα από φωτοευαίσθητα στοιχεία (φωτοδιόδους) που βρίσκεται σε κρύσταλλο πυριτίου ημιαγωγού. Η αρχή της λειτουργίας του βασίζεται στην κίνηση γραμμή προς γραμμή φορτίων που έχουν συσσωρευτεί στις οπές που σχηματίζονται από φωτόνια σε άτομα πυριτίου. Δηλαδή, κατά τη σύγκρουση με μια φωτοδίοδο, ένα φωτόνιο φωτός απορροφάται και ένα ηλεκτρόνιο απελευθερώνεται (συμβαίνει ένα εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο). Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται μια χρέωση που πρέπει με κάποιο τρόπο να αποθηκευτεί για περαιτέρω επεξεργασία. Για το σκοπό αυτό, στο υπόστρωμα πυριτίου της μήτρας είναι ενσωματωμένος ένας ημιαγωγός, πάνω από τον οποίο βρίσκεται ένα διαφανές ηλεκτρόδιο από πολυκρυσταλλικό πυρίτιο. Και ως αποτέλεσμα της εφαρμογής ενός ηλεκτρικού δυναμικού σε αυτό το ηλεκτρόδιο, σχηματίζεται ένα λεγόμενο πηγάδι δυναμικού στη ζώνη εξάντλησης κάτω από τον ημιαγωγό, στην οποία αποθηκεύεται το φορτίο που λαμβάνεται από τα φωτόνια. Κατά την ανάγνωση του ηλεκτρικού φορτίου από τη μήτρα, τα φορτία μεταφέρονται (αποθηκεύονται σε πηγάδια δυναμικού) κατά μήκος των ηλεκτροδίων μεταφοράς στην άκρη της μήτρας (σειριακός καταχωρητής μετατόπισης) και προς τον ενισχυτή, ο οποίος ενισχύει το σήμα και το μεταδίδει σε αναλογικό προς- ψηφιακός μετατροπέας (ADC), από όπου το μετατρεπόμενο σήμα αποστέλλεται σε έναν επεξεργαστή που επεξεργάζεται το σήμα και αποθηκεύει την εικόνα που προκύπτει σε μια κάρτα μνήμης .

Οι φωτοδίοδοι πολυπυριτίου χρησιμοποιούνται για την παραγωγή μητρών CCD. Τέτοιες μήτρες είναι μικρού μεγέθους και σας επιτρέπουν να λαμβάνετε φωτογραφίες αρκετά υψηλής ποιότητας κατά τη λήψη σε κανονικό φωτισμό.

Πλεονεκτήματα των CCD:

1. Ο σχεδιασμός της μήτρας παρέχει υψηλή πυκνότητα τοποθέτησης φωτοκυττάρων (pixel) στο υπόστρωμα.
2. Υψηλή απόδοση (ο λόγος των καταχωρημένων φωτονίων προς τον συνολικό αριθμό τους είναι περίπου 95%).
3. Υψηλή ευαισθησία;
4. Καλή χρωματική απόδοση (με επαρκή φωτισμό).

Μειονεκτήματα των CCDs:

1. Υψηλό επίπεδο θορύβου σε υψηλό ISO (σε χαμηλό ISO, το επίπεδο θορύβου είναι μέτριο).
2. Χαμηλή ταχύτητα λειτουργίας σε σύγκριση με πίνακες CMOS.
3. Υψηλή κατανάλωση ενέργειας;
4. Πιο πολύπλοκη τεχνολογία ανάγνωσης σήματος, καθώς απαιτούνται πολλά τσιπ ελέγχου.
5. Η παραγωγή είναι πιο ακριβή από τους πίνακες CMOS.

Πίνακας CMOS

Μήτρα CMOS, ή Πίνακας CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductors) χρησιμοποιεί αισθητήρες ενεργών σημείων. Σε αντίθεση με τα CCD, οι αισθητήρες CMOS περιέχουν ένα ξεχωριστό τρανζίστορ σε κάθε φωτοευαίσθητο στοιχείο (pixel), ως αποτέλεσμα του οποίου η μετατροπή φορτίου πραγματοποιείται απευθείας στο pixel. Η προκύπτουσα φόρτιση μπορεί να διαβαστεί από κάθε pixel ξεχωριστά, εξαλείφοντας την ανάγκη μεταφοράς φορτίου (όπως συμβαίνει με τα CCD). Τα pixel του αισθητήρα CMOS ενσωματώνονται απευθείας στον μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό ή ακόμα και στον επεξεργαστή. Ως αποτέλεσμα της χρήσης μιας τέτοιας ορθολογικής τεχνολογίας, επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας λόγω της μείωσης των αλυσίδων ενεργειών σε σύγκριση με τις μήτρες CCD, καθώς και της μείωσης του κόστους της συσκευής λόγω απλούστερου σχεδιασμού.

Σύντομη αρχή λειτουργίας ενός αισθητήρα CMOS: 1) Πριν από τη λήψη, εφαρμόζεται ένα σήμα επαναφοράς στο τρανζίστορ επαναφοράς. 2) Κατά τη διάρκεια της έκθεσης, το φως διεισδύει μέσω του φακού και του φίλτρου στη φωτοδίοδο και, ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, συσσωρεύεται φορτίο στο πηγάδι δυναμικού. 3) Διαβάζεται η τιμή της λαμβανόμενης τάσης. 4) Επεξεργασία δεδομένων και αποθήκευση εικόνας.

Πλεονεκτήματα των αισθητήρων CMOS:

1. Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας (ειδικά σε καταστάσεις αναμονής).
2. Υψηλή απόδοση?
3. Απαιτεί μικρότερο κόστος παραγωγής λόγω της ομοιότητας της τεχνολογίας με την παραγωγή μικροκυκλωμάτων.
4. Η ενότητα της τεχνολογίας με άλλα ψηφιακά στοιχεία, που σας επιτρέπει να συνδυάσετε αναλογικά, ψηφιακά και επεξεργαστικά μέρη σε ένα τσιπ (δηλαδή, εκτός από τη λήψη φωτός σε ένα pixel, μπορείτε να μετατρέψετε, να επεξεργαστείτε και να καθαρίσετε το σήμα από το θόρυβο).
5. Δυνατότητα τυχαίας πρόσβασης σε κάθε pixel ή ομάδα pixel, που σας επιτρέπει να μειώσετε το μέγεθος της εικόνας που τραβήξατε και να αυξήσετε την ταχύτητα ανάγνωσης.

Μειονεκτήματα των πινάκων CMOS:

1. Η φωτοδίοδος καταλαμβάνει μια μικρή περιοχή του εικονοστοιχείου, με αποτέλεσμα τη χαμηλή ευαισθησία στο φως της μήτρας, αλλά στους σύγχρονους πίνακες CMOS αυτό το μειονέκτημα έχει πρακτικά εξαλειφθεί.
2. Η παρουσία θερμικού θορύβου από τρανζίστορ θέρμανσης μέσα στο pixel κατά τη διαδικασία ανάγνωσης.
3. Σχετικά μεγάλος σε μέγεθος, ο φωτοεξοπλισμός με αυτόν τον τύπο μητρών χαρακτηρίζεται από μεγάλο βάρος και διαστάσεις.

Εκτός από τους προαναφερθέντες τύπους, υπάρχουν επίσης μήτρες τριών στρωμάτων, κάθε στρώμα των οποίων είναι ένα CCD. Η διαφορά είναι ότι τα κύτταρα μπορούν να αντιληφθούν ταυτόχρονα τρία χρώματα, τα οποία σχηματίζονται από διχρωικά πρίσματα όταν τα χτυπήσει μια δέσμη φωτός. Κάθε δέσμη στη συνέχεια κατευθύνεται σε μια ξεχωριστή μήτρα. Ως αποτέλεσμα, η φωτεινότητα των μπλε, κόκκινων και πράσινων χρωμάτων προσδιορίζεται αμέσως στο φωτοκύτταρο. Οι πίνακες τριών επιπέδων χρησιμοποιούνται σε βιντεοκάμερες υψηλού επιπέδου, οι οποίες έχουν ειδική ονομασία - 3CCD.

Συνοψίζοντας, θα ήθελα να σημειώσω ότι με την ανάπτυξη τεχνολογιών για την παραγωγή πινάκων CCD και CMOS, αλλάζουν και τα χαρακτηριστικά τους, επομένως είναι όλο και πιο δύσκολο να πούμε ποια από τις μήτρες είναι σίγουρα καλύτερη, αλλά ταυτόχρονα πρόσφαταΟι μήτρες CMOS γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς στην παραγωγή καμερών SLR. Με βάση τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα διαφόρων τύπων μητρών, μπορεί κανείς να πάρει μια σαφή ιδέα για το γιατί ο επαγγελματικός φωτογραφικός εξοπλισμός που παρέχει λήψη υψηλής ποιότητας είναι αρκετά ογκώδης και βαρύς. Αυτές οι πληροφορίες πρέπει οπωσδήποτε να θυμούνται κατά την επιλογή μιας κάμερας - δηλαδή, λάβετε υπόψη τις φυσικές διαστάσεις της μήτρας και όχι τον αριθμό των pixel.

Το CCD είναι μια συσκευή σύζευξης φορτίου. Αυτός ο τύπος μήτρας θεωρήθηκε αρχικά υψηλότερης ποιότητας, αλλά και πιο ακριβός και ενεργοβόρος. Αν φανταστούμε τη βασική αρχή λειτουργίας μιας μήτρας CCD με λίγα λόγια, τότε συλλέγουν ολόκληρη την εικόνα σε μια αναλογική έκδοση και μόνο μετά την ψηφιοποιούν.

Σε αντίθεση με τις μήτρες CCD, οι πίνακες CMOS (συμπληρωματικός μεταλλικός-οξείδιο-ημιαγωγός, συμπληρωματική λογική σε τρανζίστορ μετάλλου-οξειδίου-ημιαγωγού, CMOS) ψηφιοποιούν κάθε pixel στη θέση του. Οι πίνακες CMOS αρχικά ήταν λιγότερο ενεργοβόρες και φθηνότερες, ειδικά στην παραγωγή μεγάλων πινάκων, αλλά ήταν κατώτερες από τις πίνακες CCD σε ποιότητα.

Τα πλεονεκτήματα των μητρών CCD περιλαμβάνουν:

• Χαμηλό επίπεδο θορύβου.
• Υψηλός συντελεστής πλήρωσης pixel (περίπου 100%).
• Υψηλή απόδοση (ο λόγος του αριθμού των καταχωρημένων φωτονίων προς τον συνολικό αριθμό τους που προσπίπτουν στη φωτοευαίσθητη περιοχή της μήτρας, για CCD - 95%).
• Υψηλό δυναμικό εύρος (ευαισθησία).

Τα μειονεκτήματα των πινάκων CCD περιλαμβάνουν:

• Η αρχή της ανάγνωσης του σήματος, και επομένως η τεχνολογία, είναι πολύπλοκη.
• Υψηλό επίπεδο κατανάλωσης ενέργειας (έως 2-5W).
• Πιο ακριβό στην παραγωγή.

Πλεονεκτήματα των πινάκων CMOS:

• Υψηλή απόδοση (έως 500 fps).
• Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας (σχεδόν 100 φορές σε σύγκριση με CCD).
• Φθηνότερο και πιο εύκολο στην παραγωγή.
• Οι προοπτικές της τεχνολογίας (στο ίδιο τσιπ, καταρχήν, δεν κοστίζει τίποτα η υλοποίηση όλων των απαραίτητων πρόσθετων κυκλωμάτων: μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό, επεξεργαστής, μνήμη, έτσι ώστε να αποκτήσετε μια πλήρη ψηφιακή κάμερα σε ένα τσιπ. Παρεμπιπτόντως, η δημιουργία μιας τέτοιας συσκευής πραγματοποιείται από κοινού από το 2002 η Samsung Electronics και η Mitsubishi Electric).

Τα μειονεκτήματα των πινάκων CMOS περιλαμβάνουν

• Χαμηλός συντελεστής πλήρωσης pixel, ο οποίος μειώνει την ευαισθησία (αποτελεσματική επιφάνεια pixel ~75%, το υπόλοιπο καταλαμβάνεται από τρανζίστορ).
• Ένα υψηλό επίπεδο θορύβου (προκαλείται από τα λεγόμενα ρεύματα τέμπο - ακόμη και απουσία φωτισμού, ένα αρκετά σημαντικό ρεύμα ρέει μέσω της φωτοδίοδος), η καταπολέμηση του οποίου περιπλέκει και αυξάνει το κόστος της τεχνολογίας.
• Χαμηλό δυναμικό εύρος.

Εισαγωγή στους αισθητήρες εικόνας

Όταν μια εικόνα λαμβάνεται από έναν φακό βιντεοκάμερας, το φως περνά μέσα από το φακό και χτυπά τον αισθητήρα εικόνας. Ο αισθητήρας εικόνας, ή μήτρα, αποτελείται από πολλά στοιχεία, που ονομάζονται επίσης pixel, τα οποία καταγράφουν την ποσότητα του φωτός που πέφτει πάνω τους. Τα εικονοστοιχεία μετατρέπουν την προκύπτουσα ποσότητα φωτός στον αντίστοιχο αριθμό ηλεκτρονίων. Όσο περισσότερο φως προσπίπτει σε ένα εικονοστοιχείο, τόσο περισσότερα ηλεκτρόνια θα παράγει. Τα ηλεκτρόνια μετατρέπονται σε τάση και στη συνέχεια μετατρέπονται σε αριθμούς σύμφωνα με τις τιμές ADC (Analog to Digital Converter). Το σήμα που αποτελείται από τέτοιους αριθμούς επεξεργάζεται από ηλεκτρονικά κυκλώματα μέσα στη βιντεοκάμερα.

Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο κύριες τεχνολογίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ενός αισθητήρα εικόνας σε μια φωτογραφική μηχανή, αυτές είναι η CCD (Συσκευή συζευγμένης φόρτισης) και η CMOS (Δωρεάν ημιαγωγός μετάλλου-οξειδίου). Τα χαρακτηριστικά, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους θα συζητηθούν σε αυτό το άρθρο. Η παρακάτω εικόνα δείχνει αισθητήρες εικόνας CCD (πάνω) και CMOS (κάτω).

Φιλτράρισμα χρώματος. Όπως περιγράφηκε παραπάνω, οι αισθητήρες εικόνας καταγράφουν την ποσότητα φωτός που πέφτει πάνω τους, από το φως στο σκοτάδι, αλλά χωρίς πληροφορίες χρώματος. Δεδομένου ότι οι αισθητήρες εικόνας CMOS και CCD είναι "αχρωματοψίες", τοποθετείται ένα φίλτρο μπροστά από κάθε αισθητήρα για να εκχωρήσει έναν χρωματικό τόνο σε κάθε εικονοστοιχείο του αισθητήρα. Οι δύο κύριες μέθοδοι καταχώρισης χρώματος είναι η RGB (Κόκκινο-Απληστής-Μπλε) και η CMYG (Κυανό-Ματζέντα-Κίτρινο-Πράσινο). Το κόκκινο, το πράσινο και το μπλε είναι τα κύρια χρώματα, διάφοροι συνδυασμοί των οποίων μπορούν να αποτελέσουν την πλειοψηφία των χρωμάτων που γίνονται αντιληπτά από το ανθρώπινο μάτι.

Το φίλτρο Bayer (ή πίνακας Bayer), που αποτελείται από εναλλασσόμενες σειρές φίλτρων κόκκινου-πράσινου και μπλε-πράσινου, είναι το πιο κοινό φίλτρο χρώματος RGB (βλ. Εικ. 2). Το φίλτρο Bayer περιέχει διπλάσιο αριθμό πράσινων «κυψελών» επειδή Το ανθρώπινο μάτι είναι πιο ευαίσθητο στο πράσινο παρά στο κόκκινο ή το μπλε. Αυτό σημαίνει επίσης ότι με αυτήν την αναλογία χρωμάτων στο φίλτρο, το ανθρώπινο μάτι θα δει περισσότερες λεπτομέρειες από ό,τι αν χρησιμοποιούσαν τρία χρώματα σε ίσες αναλογίες στο φίλτρο.

Ένας άλλος τρόπος για να φιλτράρετε (ή να καταχωρίσετε) το χρώμα είναι να χρησιμοποιήσετε τα συμπληρωματικά χρώματα κυανό, ματζέντα και κίτρινο. Το συμπληρωματικό χρωματικό φίλτρο συνήθως συνδυάζεται με ένα πράσινο φίλτρο με τη μορφή πίνακα χρωμάτων CMYG, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2 (δεξιά). Ένα έγχρωμο φίλτρο CMYG συνήθως προσφέρει υψηλότερο σήμα pixel επειδή... έχει ευρύτερο φασματικό εύρος ζώνης. Ωστόσο, το σήμα πρέπει να μετατραπεί σε RGB για χρήση στην τελική εικόνα, η οποία συνεπάγεται πρόσθετη επεξεργασία και εισάγει θόρυβο. Συνέπεια αυτού είναι η μείωση της αναλογίας σήματος προς θόρυβο, γι' αυτό και τα συστήματα CMYG γενικά δεν είναι τόσο καλά στην απόδοση των χρωμάτων.

Το χρωματικό φίλτρο CMYG χρησιμοποιείται συνήθως σε αισθητήρες εικόνας σάρωσης πλεγμένης σάρωσης, ενώ τα συστήματα RGB χρησιμοποιούνται κυρίως σε αισθητήρες εικόνας προοδευτικής σάρωσης.

Η φωτοευαίσθητη μήτρα είναι το πιο σημαντικό στοιχείο της κάμερας. Είναι αυτή που μετατρέπει το φως που πέφτει πάνω της μέσω του φακού σε ηλεκτρικά σήματα. Η μήτρα αποτελείται από pixels - μεμονωμένα φωτοευαίσθητα στοιχεία. Στις σύγχρονες μήτρες, ο συνολικός αριθμός φωτοευαίσθητων στοιχείων φτάνει τα 10 εκατομμύρια για ερασιτεχνικές συσκευές και τα 17 εκατομμύρια για τις επαγγελματικές. Ένας πίνακας N megapixel περιέχει N εκατομμύρια pixel. Όσο περισσότερα pixel στη μήτρα, τόσο πιο λεπτομερής προκύπτει η φωτογραφία.

Κάθε φωτοευαίσθητο στοιχείο είναι ένας πυκνωτής που φορτίζει όταν εκτίθεται στο φως. Ο πυκνωτής φορτίζει πιο έντονα όσο πιο έντονο είναι το φως που πέφτει πάνω του ή όσο περισσότερο εκτίθεται στο φως. Το πρόβλημα είναι ότι το φορτίο του πυκνωτή μπορεί να αλλάξει όχι μόνο υπό την επίδραση του φωτός, αλλά και από τη θερμική κίνηση των ηλεκτρονίων στο υλικό της μήτρας. Ορισμένα pixel λαμβάνουν περισσότερα θερμικά ηλεκτρόνια, ενώ άλλα λαμβάνουν λιγότερα. Το αποτέλεσμα είναι ψηφιακός θόρυβος. Εάν τραβήξετε μια φωτογραφία ενός γαλάζιου ουρανού, για παράδειγμα, στην εικόνα μπορεί να φαίνεται ότι αποτελείται από pixel ελαφρώς διαφορετικών χρωμάτων και μια φωτογραφία που τραβήχτηκε με κλειστό φακό θα αποτελείται από περισσότερα από μαύρες κουκκίδες. Όσο μικρότερο είναι το γεωμετρικό μέγεθος της μήτρας με τον ίδιο αριθμό megapixel, όσο μεγαλύτερος είναι ο θόρυβος της, τόσο χειρότερη είναι η ποιότητα της εικόνας.

Για συμπαγείς ψηφιακές συσκευές, το μέγεθος της μήτρας συνήθως υποδεικνύεται ως κλάσμα και μετράται σε ίντσες. Αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι ότι εάν προσπαθήσετε να υπολογίσετε αυτό το κλάσμα και να το μετατρέψετε από ίντσες σε χιλιοστά, η τιμή που προκύπτει δεν θα συμπίπτει με τις πραγματικές διαστάσεις του πίνακα. Αυτή η αντίφαση προέκυψε ιστορικά όταν το μέγεθος μιας συσκευής εκπομπής τηλεόρασης (vidicon) υποδεικνύονταν με παρόμοιο τρόπο. Για ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές SLR, το μέγεθος της μήτρας είτε υποδεικνύεται απευθείας σε χιλιοστά είτε ως παράγοντας περικοπής - ένας αριθμός που υποδεικνύει πόσες φορές αυτό το μέγεθος είναι μικρότερο από το πλαίσιο ενός τυπικού φιλμ 24x36 mm.

Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό των πινάκων είναι ότι ένας πίνακας με N megapixel περιέχει στην πραγματικότητα N megapixel, και επιπλέον, η εικόνα από αυτόν τον πίνακα αποτελείται επίσης από N megapixel. Λέτε, τι είναι περίεργο εδώ; Το περίεργο όμως είναι ότι στην εικόνα κάθε pixel αποτελείται από τρία χρώματα, κόκκινο, πράσινο και μπλε. Φαίνεται ότι στη μήτρα, κάθε pixel πρέπει να αποτελείται από τρία φωτοευαίσθητα στοιχεία, αντίστοιχα κόκκινο, πράσινο και μπλε. Ωστόσο, στην πραγματικότητα αυτό δεν ισχύει. Κάθε pixel αποτελείται από ένα μόνο στοιχείο. Από πού προέρχεται το χρώμα τότε; Στην πραγματικότητα, ένα φίλτρο φωτός εφαρμόζεται σε κάθε pixel με τέτοιο τρόπο ώστε κάθε pixel να αντιλαμβάνεται μόνο ένα από τα χρώματα. Τα φίλτρα φωτός εναλλάσσονται - το πρώτο pixel αντιλαμβάνεται μόνο κόκκινο, το δεύτερο - μόνο πράσινο, το τρίτο - μόνο μπλε. Μετά την ανάγνωση πληροφοριών από τη μήτρα, το χρώμα για κάθε pixel υπολογίζεται με βάση τα χρώματα αυτού του pixel και των γειτόνων του. Φυσικά, αυτή η μέθοδος παραμορφώνει κάπως την εικόνα, αλλά ο αλγόριθμος υπολογισμού χρωμάτων έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να παραμορφωθεί το χρώμα των μικρών λεπτομερειών, αλλά όχι η φωτεινότητα τους. Και για το ανθρώπινο μάτι που κοιτάζει την εικόνα, είναι η φωτεινότητα και όχι το χρώμα αυτών των λεπτομερειών που είναι πιο σημαντικό, επομένως αυτές οι παραμορφώσεις είναι σχεδόν αόρατες. Αυτή η δομή ονομάζεται μοτίβο της Bayer, που πήρε το όνομά της από τον μηχανικό της Kodak που κατοχύρωσε αυτή τη δομή φίλτρου.

Οι περισσότερες σύγχρονες φωτοευαίσθητες μήτρες που χρησιμοποιούνται σε συμπαγείς ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές έχουν δύο ή τρεις τρόπους λειτουργίας. Η κύρια λειτουργία χρησιμοποιείται για τη φωτογραφία και σας επιτρέπει να διαβάσετε μια εικόνα μέγιστης ανάλυσης από τη μήτρα. Αυτή η λειτουργία απαιτεί την απουσία οποιουδήποτε φωτισμού της μήτρας κατά την ανάγνωση του πλαισίου, η οποία με τη σειρά της απαιτεί την παρουσία ενός μηχανικού κλείστρου. Μια άλλη λειτουργία υψηλής ταχύτητας σάς επιτρέπει να διαβάζετε ολόκληρη την εικόνα από τη μήτρα με συχνότητα 30 φορές το δευτερόλεπτο, αλλά με μειωμένη ανάλυση. Αυτή η λειτουργία δεν απαιτεί μηχανικό κλείστρο και χρησιμοποιείται για προεπισκοπήσεις και λήψη βίντεο. Η τρίτη λειτουργία σάς επιτρέπει να διαβάζετε την εικόνα δύο φορές πιο γρήγορα, αλλά όχι από ολόκληρη την περιοχή της μήτρας. Αυτή η λειτουργία χρησιμοποιείται για λειτουργία αυτόματης εστίασης. Οι μήτρες που χρησιμοποιούνται στις ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές SLR δεν έχουν λειτουργίες υψηλής ταχύτητας.

Αλλά δεν έχουν σχεδιαστεί όλες οι φωτοευαίσθητες μήτρες με αυτόν τον τρόπο. Η εταιρεία Sigma παράγει πίνακες Foveon, στους οποίους κάθε pixel αποτελείται στην πραγματικότητα από τρία φωτοευαίσθητα στοιχεία. Αυτές οι μήτρες έχουν σημαντικά λιγότερα megapixel από τους ανταγωνιστές τους, αλλά η ποιότητα της εικόνας από αυτές τις μήτρες δεν είναι πρακτικά κατώτερη από τους ανταγωνιστές τους με πολλά megapixel.

Οι πίνακες SuperCCD της Fuji έχουν ένα άλλο ενδιαφέρον χαρακτηριστικό. Τα εικονοστοιχεία σε αυτές τις μήτρες έχουν εξαγωνικό σχήμα και διατάσσονται σαν κηρήθρα. Αφενός, σε αυτή την περίπτωση η ευαισθησία αυξάνεται λόγω της μεγαλύτερης περιοχής pixel, και αφετέρου, με τη βοήθεια ενός ειδικού αλγόριθμου παρεμβολής, μπορεί να επιτευχθεί καλύτερη λεπτομέρεια της εικόνας.

Σε αυτήν την περίπτωση, η παρεμβολή σάς επιτρέπει πραγματικά να βελτιώσετε τη λεπτομέρεια της εικόνας, σε αντίθεση με συσκευές άλλων κατασκευαστών, όπου παρεμβάλλεται η εικόνα από μια μήτρα με συμβατική διάταξη pixel. Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ αυτών των πινάκων είναι ότι η απόσταση των εικονοστοιχείων είναι η μισή μεγαλύτερη από τα ίδια τα εικονοστοιχεία. Αυτό σας επιτρέπει να αυξήσετε τη λεπτομέρεια της εικόνας κατά μήκος κάθετων και οριζόντιων γραμμών. Ταυτόχρονα, οι συμβατικοί πίνακες έχουν καλύτερη διαγώνια λεπτομέρεια, αλλά στις πραγματικές φωτογραφίες υπάρχουν συνήθως λιγότερες διαγώνιες γραμμές από τις κάθετες ή οριζόντιες.

Παρεμβολή– αλγόριθμος για τον υπολογισμό τιμών που λείπουν από γειτονικές τιμές. Αν γνωρίζουμε ότι στις 8 το πρωί η θερμοκρασία έξω ήταν +16 βαθμούς και στις 10 ανέβηκε στους +20, δεν θα κάνουμε πολύ λάθος αν υποθέσουμε ότι στις 9 το πρωί η θερμοκρασία ήταν περίπου +18.

Σε έναν αισθητήρα CCD, το φως (φόρτιση) που προσπίπτει σε ένα εικονοστοιχείο αισθητήρα μεταδίδεται από το τσιπ μέσω ενός κόμβου εξόδου ή μέσω λίγων μόνο κόμβων εξόδου. Τα φορτία μετατρέπονται σε επίπεδο τάσης, συσσωρεύονται και αποστέλλονται ως αναλογικό σήμα. Αυτό το σήμα στη συνέχεια αθροίζεται και μετατρέπεται σε αριθμούς από έναν μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό, έξω από τον αισθητήρα (βλ. Εικ. 3).

Η τεχνολογία CCD εφευρέθηκε ειδικά για χρήση σε βιντεοκάμερες και οι αισθητήρες CCD χρησιμοποιούνται εδώ και 30 χρόνια. Παραδοσιακά, οι αισθητήρες CCD έχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα σε σχέση με τους αισθητήρες CMOS, συγκεκριμένα καλύτερη ευαισθησία στο φως και χαμηλό θόρυβο. Τον τελευταίο καιρό, όμως, οι διαφορές είναι ελάχιστα αισθητές.

Τα μειονεκτήματα των αισθητήρων CCD είναι ότι είναι αναλογικά εξαρτήματα, τα οποία απαιτούν περισσότερα ηλεκτρονικά "κοντά" στον αισθητήρα, είναι πιο ακριβά στην κατασκευή τους και μπορούν να καταναλώσουν έως και 100 φορές περισσότερη ισχύ από τους αισθητήρες CMOS. Η αυξημένη κατανάλωση ενέργειας μπορεί επίσης να οδηγήσει σε υψηλότερες θερμοκρασίες στην ίδια τη φωτογραφική μηχανή, η οποία όχι μόνο επηρεάζει αρνητικά την ποιότητα της εικόνας και αυξάνει το κόστος του τελικού προϊόντος, αλλά και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις.

Οι αισθητήρες CCD απαιτούν επίσης υψηλότερες ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων, επειδή... όλα τα δεδομένα περνούν από έναν ή περισσότερους ενισχυτές εξόδου. Συγκρίνετε τα Σχήματα 4 και 6 που δείχνουν πίνακες με αισθητήρα CCD και αισθητήρα CMOS, αντίστοιχα.

Σε πρώιμο στάδιο, χρησιμοποιήθηκαν συμβατικά τσιπ CMOS για προβολή, αλλά η ποιότητα της εικόνας ήταν κακή λόγω της χαμηλής ευαισθησίας στο φως των στοιχείων CMOS. Οι σύγχρονοι αισθητήρες CMOS κατασκευάζονται με χρήση πιο εξειδικευμένης τεχνολογίας, η οποία έχει οδηγήσει σε ταχεία ανάπτυξη της ποιότητας εικόνας και της ευαισθησίας στο φως τα τελευταία χρόνια.

Τα τσιπ CMOS έχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα. Σε αντίθεση με τους αισθητήρες CCD, οι αισθητήρες CMOS περιέχουν ενισχυτές και μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό, γεγονός που μειώνει σημαντικά το κόστος του τελικού προϊόντος, επειδή περιέχει ήδη όλα τα απαραίτητα στοιχεία για τη λήψη της εικόνας. Κάθε εικονοστοιχείο CMOS περιέχει ηλεκτρονικούς μετατροπείς. Σε σύγκριση με τους αισθητήρες CCD, οι αισθητήρες CMOS έχουν μεγαλύτερη λειτουργικότητα και μεγαλύτερες δυνατότητες ενσωμάτωσης. Άλλα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν ταχύτερη ανάγνωση, χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, υψηλή ατρωσία θορύβου και μικρότερο μέγεθος συστήματος.

Ωστόσο, η ύπαρξη ηλεκτρονικών κυκλωμάτων μέσα στο τσιπ εγκυμονεί τον κίνδυνο πιο δομημένου θορύβου, όπως ραβδώσεις. Η βαθμονόμηση των αισθητήρων CMOS κατά την παραγωγή είναι επίσης πιο περίπλοκη από ό,τι με τους αισθητήρες CCD. Ευτυχώς, η σύγχρονη τεχνολογία επιτρέπει την παραγωγή αυτο-βαθμονόμησης αισθητήρων CMOS.

Στους αισθητήρες CMOS, είναι δυνατή η ανάγνωση μιας εικόνας από μεμονωμένα pixel, κάτι που σας επιτρέπει να "παραθυρώσετε" την εικόνα, δηλ. διαβάστε τις μετρήσεις όχι ολόκληρου του αισθητήρα, αλλά μόνο μιας συγκεκριμένης περιοχής του. Έτσι, είναι δυνατό να ληφθεί υψηλότερος ρυθμός καρέ από μέρος του αισθητήρα για επακόλουθη ψηφιακή επεξεργασία PTZ (αγγλικά pan/tilt/zoom, pan/tilt/zoom). Επιπλέον, αυτό καθιστά δυνατή τη μετάδοση πολλαπλών ροών βίντεο από έναν αισθητήρα CMOS, προσομοιώνοντας πολλές "εικονικές κάμερες"

Κάμερες HDTV και megapixel

Οι αισθητήρες Megapixel και η τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας επιτρέπουν στις ψηφιακές κάμερες IP να παρέχουν υψηλότερη ανάλυση εικόνας από τις αναλογικές κάμερες CCTV, δηλ. παρέχουν μεγαλύτερη ικανότητα διάκρισης λεπτομερειών και αναγνώρισης ατόμων και αντικειμένων - βασικός παράγοντας στην παρακολούθηση βίντεο. Μια κάμερα IP megapixel έχει τουλάχιστον διπλάσια ανάλυση από μια αναλογική κάμερα CCTV. Οι αισθητήρες Megapixel είναι το κλειδί για την τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας, τις κάμερες megapixel και multi-megapixel. Και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή εξαιρετικά υψηλών λεπτομερειών εικόνας και βίντεο πολλαπλών ροών.

Οι αισθητήρες Megapixel CMOS χρησιμοποιούνται ευρύτερα και πολύ φθηνότεροι από τους αισθητήρες CCD megapixel, αν και υπάρχουν και αρκετά ακριβοί αισθητήρες CMOS.

Είναι δύσκολο να κατασκευαστεί ένας γρήγορος αισθητήρας CCD megapixel, το οποίο είναι φυσικά ένα μειονέκτημα, και ως εκ τούτου είναι δύσκολο να κατασκευαστεί μια κάμερα πολλαπλών megapixel χρησιμοποιώντας την τεχνολογία CCD.

Οι περισσότεροι αισθητήρες σε κάμερες megapixel είναι γενικά παρόμοιοι σε μέγεθος εικόνας με τους αισθητήρες VGA, με ανάλυση 640x480 pixel. Ωστόσο, ένας αισθητήρας megapixel περιέχει περισσότερα pixel από έναν αισθητήρα VGA, επομένως το μέγεθος κάθε pixel σε έναν αισθητήρα megapixel είναι μικρότερο από το μέγεθος ενός pixel σε έναν αισθητήρα VGA. Συνέπεια αυτού είναι ότι κάθε pixel σε έναν αισθητήρα megapixel είναι λιγότερο ευαίσθητο στο φως.

Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, η πρόοδος δεν σταματά. Οι αισθητήρες Megapixel αναπτύσσονται γρήγορα και η ευαισθησία τους στο φως αυξάνεται συνεχώς.

Κύριες διαφορές μεταξύ CMOS και CCD

Οι αισθητήρες CMOS περιέχουν ενισχυτές, μετατροπείς A/D και συχνά πρόσθετα τσιπ επεξεργασίας, ενώ σε μια κάμερα CCD, το μεγαλύτερο μέρος της επεξεργασίας σήματος γίνεται εκτός του αισθητήρα. Οι αισθητήρες CMOS καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια από τους αισθητήρες CCD, πράγμα που σημαίνει ότι η κάμερα μπορεί να διατηρηθεί σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Η αυξημένη θερμοκρασία των αισθητήρων CCD μπορεί να αυξήσει τις παρεμβολές. Από την άλλη πλευρά, οι αισθητήρες CMOS μπορεί να υποφέρουν από δομημένο θόρυβο (banding, κ.λπ.).

Οι αισθητήρες CMOS υποστηρίζουν παράθυρα εικόνας και βίντεο πολλαπλής ροής, κάτι που δεν είναι δυνατό με τους αισθητήρες CCD. Οι αισθητήρες CCD έχουν συνήθως έναν μετατροπέα A/D, ενώ στους αισθητήρες CMOS κάθε pixel έχει ένα. Η ταχύτερη ανάγνωση σε αισθητήρες CMOS επιτρέπει τη χρήση τους στην κατασκευή καμερών πολλαπλών megapixel.

Οι σύγχρονες τεχνολογικές εξελίξεις εξαλείφουν τη διαφορά στην ευαισθησία στο φως μεταξύ των αισθητήρων CCD και CMOS.

Σύναψη

Οι αισθητήρες CCD και CMOS έχουν διαφορετικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, αλλά η τεχνολογία προχωρά ραγδαία και η κατάσταση αλλάζει συνεχώς. Το ερώτημα εάν θα επιλέξετε μια κάμερα με αισθητήρα CCD ή αισθητήρα CMOS γίνεται άσχετο. Αυτή η επιλογή εξαρτάται μόνο από τις απαιτήσεις του πελάτη για την ποιότητα εικόνας του συστήματος παρακολούθησης βίντεο.

Μέχρι εκείνη τη στιγμή, έγινε προφανές ότι το CCD παρέχει καλύτερη απόδοση κατά τη λήψη δυναμικών και μικρών αντικειμένων, γι' αυτό προτάθηκε η χρήση του για την κατασκευή συστημάτων που απαιτούν υψηλή ποιότητα εικόνας: ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και βιντεοκάμερες, ιατρικός εξοπλισμός κ.λπ. θέση για συσκευές για τις οποίες το τελικό κόστος είναι κρίσιμο - φθηνές κάμερες, οικιακός εξοπλισμός και εξοπλισμός γραφείου και παιχνίδια.

Η εμπειρία κατασκευής που συσσωρεύτηκε με τα χρόνια της ανάπτυξης του CMOS έχει καταστήσει δυνατή με κάθε νέα γενιά αυτών των αισθητήρων τη σημαντική μείωση του σταθερού και τυχαίου θορύβου που επηρεάζει την ποιότητα της εικόνας. Ένα άλλο αδύνατο σημείο του CMOS είναι η παραμόρφωση που εμφανίζεται κατά τη λήψη μιας δυναμικής εικόνας λόγω της χαμηλής ευαισθησίας του αισθητήρα. Στις σύγχρονες συσκευές μπορούν να αποφευχθούν και η λήψη εικόνων χωρίς τεχνουργήματα είναι δυνατή με ταχύτητα 15-30 καρέ/δευτερόλεπτο και οι αισθητήρες CMOS 0,3 megapixel έχουν πραγματικά εξαλειφθεί από αυτό το πρόβλημα.

Ωστόσο, η νίκη στον τεχνολογικό διαγωνισμό έγκειται πιθανότατα στη μείωση της περιοχής των pixel. Για να είναι επιτυχής στην αγορά 1 megapixel με διαγώνιο 1/4 ίντσας, η περιοχή των pixel δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 3 microns2. Παρά όλες τις προσπάθειες των κατασκευαστών CMOS, δεν μπορούν ακόμη να ικανοποιήσουν τέτοιες απαιτήσεις, επομένως, σύμφωνα με τους ειδικούς, τουλάχιστον στο εγγύς μέλλον, η CCD θα κυριαρχήσει σε αυτή τη θέση.

Πολλοί μεγάλοι κατασκευαστές εξαρτημάτων παράγουν αισθητήρες CMOS και πίνακες CCD. Για παράδειγμα, η Sharp, ο μεγαλύτερος προμηθευτής μονάδων λήψης εικόνας στον κόσμο (τόσο CCD όσο και CMOS), θεωρεί ότι το 2003 ήταν η εποχή που η τεχνολογία CCD πραγματικά άνθισε.

Τα πλεονεκτήματα των μητρών CCD περιλαμβάνουν:

1. Χαμηλό επίπεδο θορύβου.

2. Υψηλός συντελεστής πλήρωσης pixel (περίπου 100%).

3. Υψηλή απόδοση (ο λόγος του αριθμού των καταχωρημένων φωτονίων προς τον συνολικό αριθμό τους που προσπίπτουν στη φωτοευαίσθητη περιοχή της μήτρας, για CCD - 95%).

4. Υψηλό δυναμικό εύρος (ευαισθησία).

Τα μειονεκτήματα των πινάκων CCD περιλαμβάνουν:

1. Η πολύπλοκη αρχή της ανάγνωσης του σήματος, άρα και η τεχνολογία.

2. Υψηλό επίπεδο κατανάλωσης ενέργειας (έως 2-5W).

3. Πιο ακριβό στην παραγωγή.

Πλεονεκτήματα των πινάκων CMOS:

1. Υψηλή απόδοση (έως 500 καρέ/δευτερόλεπτα).

2. Χαμηλή κατανάλωση ρεύματος (σχεδόν 100 φορές σε σύγκριση με CCD).

3. Φθηνότερο και πιο εύκολο στην παραγωγή.

4. Προοπτικές της τεχνολογίας (στο ίδιο τσιπ, καταρχήν, δεν κοστίζει τίποτα η υλοποίηση όλων των απαραίτητων πρόσθετων κυκλωμάτων: μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό, επεξεργαστής, μνήμη, έτσι ώστε να αποκτήσετε μια πλήρη ψηφιακή κάμερα σε ένα μόνο τσιπ. Έτσι, η δημιουργία μιας τέτοιας συσκευής βρίσκεται σε εξέλιξη από το 2002, αντιμετωπίζονται από κοινού από τη Samsung Electronics και τη Mitsubishi Electric).

Τα μειονεκτήματα των πινάκων CMOS περιλαμβάνουν

1. Χαμηλός συντελεστής πλήρωσης pixel, που μειώνει την ευαισθησία (ενεργή επιφάνεια pixel ~75%, το υπόλοιπο καταλαμβάνεται από τρανζίστορ).

2. Υψηλό επίπεδο θορύβου (προκαλείται από τα λεγόμενα ρεύματα τέμπο - ακόμη και απουσία φωτισμού, ένα αρκετά σημαντικό ρεύμα ρέει μέσα από τη φωτοδίοδο), η καταπολέμηση του οποίου περιπλέκει και αυξάνει το κόστος της τεχνολογίας.

3. Χαμηλό δυναμικό εύρος.

Γενικές πληροφορίες για κάμερες με matrix SONY

Η Sony Corporation ήταν η πρώτη που εφάρμοσε την αρχή της ψηφιοποίησης ενός σήματος μήτρας CCD σε μια κάμερα CCTV (βιντεοκάμερα) με την επακόλουθη ψηφιακή επεξεργασία χρησιμοποιώντας επεξεργαστή - DSP (Ψηφιακός Επεξεργαστής Σήματος - Επεξεργαστής Ψηφιακής Επεξεργασίας Σήματος). Αυτό συνέβη το 1997 με την κυκλοφορία του πρώτου DSP της σειράς SS. Χάρη στην υψηλή ποιότητα και την αξιοπιστία του, οι κάμερες που βασίζονται σε αυτό έχουν κερδίσει δημοτικότητα σε όλο τον κόσμο και η νέα αρχή της έγχρωμης επεξεργασίας εικόνας έχει γίνει πρότυπο για την κατασκευή καμερών παρακολούθησης βίντεο εδώ και πολλά χρόνια. Η καρδιά τέτοιων καμερών παρακολούθησης είναι μια μήτρα CCD μορφής 760H με έναν αριθμό ενεργών pixel 752x582 οριζόντια και κάθετα, αντίστοιχα. Αυτή η μορφή matrix χρησιμοποιείται από καιρό σε κάμερες υψηλής ανάλυσης, συμπεριλαμβανομένων καμερών με αναλύσεις 480 TVL, 500 TVL, 520 TVL και 540 TVL. Πώς επιτυγχάνεται υψηλότερη οριζόντια ανάλυση 600 TVL σε έναν κλασικό πίνακα; Η απάντηση είναι απλή - όπως όλες οι προηγούμενες αυξήσεις στην ανάλυση, από 480 TVL σε 540 TVL, πραγματοποιήθηκαν μέσω της χρήσης ενός πιο αποτελεσματικού επεξεργαστή σήματος βίντεο - ISP (Image Signal Processor). Κάμερες με ανάλυση 600 TVL χρησιμοποιούν επεξεργαστή βίντεο τέταρτης γενιάς, που χαρακτηρίζεται από αυξημένη χωρητικότητα ψηφιοποίησης του σήματος βίντεο που λαμβάνεται από έγχρωμη μήτρα CCD, εκτεταμένη απόκριση συχνότητας των διαδρομών επεξεργασίας βίντεο και δυνατότητα δημιουργίας CSVB ή S-Video σήματα εξόδου χρησιμοποιώντας μετατροπείς ψηφιακού σε αναλογικό (DAC) που είναι ενσωματωμένοι στον επεξεργαστή. Όπως όλοι οι προηγούμενοι επεξεργαστές, ο νέος ISP εκτελεί επεξεργασία εικόνας σε ψηφιακό κώδικα και υλοποιεί μια σειρά από λειτουργίες που είναι ήδη παραδοσιακές για κάμερες CCTV, και συγκεκριμένα:

• DN (Μέρα-Νύχτα) - "μέρα-νύχτα"- σχηματισμός ασπρόμαυρης εικόνας σε χαμηλό φωτισμό με δυνατότητα προσαρμογής ορίων και καθυστερήσεων μετάβασης μεταξύ ασπρόμαυρης και έγχρωμης λειτουργίας
• AE (Automatic Exposure) - το ηλεκτρονικό κλείστρο σάς επιτρέπει να διατηρείτε σταθερή φωτεινότητα εικόνας ανεξάρτητα από τη φωτεινότητα της παρατηρούμενης σκηνής
• AGC (Automatic Gain Control) - ο αυτόματος έλεγχος απολαβής στη νυχτερινή λειτουργία εξασφαλίζει τη δημιουργία μιας φωτεινής και αναγνωρίσιμης εικόνας σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού και τη νύχτα
• BLC (Back Light Compensation) - αντιστάθμιση οπίσθιου φωτισμού με δυνατότητα διαμόρφωσης έως και 4 ζωνών, ρυθμίζοντας το επίπεδο φωτεινότητας σε καθεμία από αυτές σε σχέση με το συνολικό επίπεδο φωτεινότητας της εικόνας (για κάμερες με OSD), που επιτρέπει, για παράδειγμα, να αντισταθμίσει η υπερβολική φωτεινότητα των παραθύρων στο γενικό φόντο του δωματίου προσαρμόζοντας την αντίθεση και τη σαφήνεια της εικόνας

Ένα ευρύ φάσμα παραμέτρων επεξεργασίας βίντεο σάς επιτρέπει να διαμορφώσετε την κάμερα και να λάβετε την τέλεια εικόνα υπό οποιεσδήποτε συνθήκες λειτουργίας: σε σκοτεινά και φωτεινά δωμάτια, σε εξωτερικούς και εσωτερικούς χώρους, όταν εργάζεστε με οπίσθιο φωτισμό και σε σκηνές με μεγάλο εύρος φωτεινότητας, καθώς και σε απόλυτο σκοτάδι όταν χρησιμοποιείτε υπέρυθρο (IR) φωτισμό.

Σήμερα, η SONY Corporation παράγει την ακόλουθη σειρά μητρών CCD για έγχρωμες αναλογικές κάμερες ασφαλείας σχεδιασμένες να λειτουργούν σύμφωνα με το πρότυπο PAL.

Έγχρωμα CCD SONY:

Η μήτρα είναι η βάση οποιασδήποτε συσκευής φωτογραφίας ή βίντεο. Καθορίζει την ποιότητα και το μέγεθος της εικόνας που προκύπτει. Σήμερα, δύο διαφορετικές τεχνολογικές αρχές χρησιμοποιούνται στην κατασκευή μητρών - CCD και CMOS. Μπορείτε συχνά να ακούσετε την ερώτηση: "Ποια μήτρα να επιλέξετε: CCD ή CMOS;" Υπάρχουν έντονες συζητήσεις σχετικά με αυτό μεταξύ των οπαδών του εξοπλισμού φωτογραφίας και βίντεο. Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε αυτούς τους δύο τύπους και θα προσπαθήσουμε να καταλάβουμε ποιος πίνακας είναι καλύτερος - CCD ή CMOS.

Γενικές πληροφορίες

Οι μήτρες έχουν σχεδιαστεί για να ψηφιοποιούν τις παραμέτρους των ακτίνων φωτός στην επιφάνειά τους. Δεν είναι δυνατόν να μιλήσουμε για ξεκάθαρο πλεονέκτημα μιας από τις τεχνολογίες. Μπορείτε να κάνετε συγκρίσεις με βάση συγκεκριμένες παραμέτρους και να προσδιορίσετε έναν ηγέτη από τη μία ή την άλλη πτυχή. Όσον αφορά τις προτιμήσεις των χρηστών, συχνά το κύριο κριτήριο για αυτές είναι το κόστος του προϊόντος, ακόμη και αν είναι κατώτερο σε ποιότητα ή τεχνικά χαρακτηριστικά από τον ανταγωνιστή του.

Λοιπόν, ας καταλάβουμε τι είναι και οι δύο τύποι συσκευών. Μια μήτρα CCD είναι ένα μικροκύκλωμα που αποτελείται από φωτοευαίσθητες φωτοδίοδοι. δημιουργείται σε βάση πυριτίου. Η ιδιαιτερότητα της λειτουργίας του έγκειται στην αρχή της λειτουργίας μιας συσκευής συζευγμένης φόρτισης. Μια μήτρα CMOS είναι μια συσκευή που δημιουργείται με βάση ημιαγωγούς με μονωμένη πύλη με κανάλια διαφορετικής αγωγιμότητας.

Αρχή λειτουργίας

Ας προχωρήσουμε στον εντοπισμό των διαφορών που θα σας βοηθήσουν να κάνετε την επιλογή σας: τι είναι καλύτερο - μια μήτρα CMOS ή CCD; Η κύρια διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τεχνολογιών είναι η αρχή της λειτουργίας τους. Οι συσκευές CCD μετατρέπουν το φορτίο από τα εικονοστοιχεία σε ηλεκτρικό δυναμικό, το οποίο ενισχύεται έξω από τους αισθητήρες φωτός. Το αποτέλεσμα είναι μια αναλογική εικόνα. Μετά από αυτό, ολόκληρη η εικόνα ψηφιοποιείται στο ADC. Δηλαδή, η συσκευή αποτελείται από δύο μέρη - την ίδια τη μήτρα και τον μετατροπέα. Η τεχνολογία CMOS χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι ψηφιοποιεί κάθε pixel ξεχωριστά. Η έξοδος είναι μια ολοκληρωμένη ψηφιακή εικόνα. Δηλαδή, το ηλεκτρικό φορτίο στο pixel της μήτρας συσσωρεύεται σε έναν πυκνωτή, από τον οποίο αφαιρείται το ηλεκτρικό δυναμικό. Μεταδίδεται σε έναν αναλογικό ενισχυτή (ενσωματωμένο απευθείας στο pixel), μετά τον οποίο ψηφιοποιείται σε έναν μετατροπέα.

Τι να επιλέξετε: CCD ή CMOS;

Μία από τις σημαντικές παραμέτρους που καθορίζουν την επιλογή μεταξύ αυτών των τεχνολογιών είναι ο αριθμός των ενισχυτών matrix. Οι συσκευές CMOS έχουν περισσότεροαπό αυτές τις συσκευές (σε κάθε σημείο), επομένως, καθώς περνάει το σήμα, η ποιότητα της εικόνας μειώνεται κάπως. Επομένως, οι πίνακες CCD χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία εικόνων με υψηλό βαθμό λεπτομέρειας, για παράδειγμα, για ιατρικούς, ερευνητικούς και βιομηχανικούς σκοπούς. Αλλά οι τεχνολογίες CMOS χρησιμοποιούνται κυρίως σε οικιακές συσκευές: κάμερες web, smartphone, tablet, φορητούς υπολογιστές κ.λπ.

Η επόμενη παράμετρος που καθορίζει ποιος τύπος είναι καλύτερος - CCD ή CMOS - είναι η πυκνότητα των φωτοδιόδων. Όσο υψηλότερο είναι, τόσο λιγότερα φωτόνια θα σπαταληθούν και, κατά συνέπεια, η εικόνα θα είναι καλύτερη. Σε αυτή την παράμετρο, οι πίνακες CCD προηγούνται των ανταγωνιστών τους, αφού προσφέρουν μια διάταξη που δεν έχει τέτοια κενά, ενώ τα CMOS τα έχει (τα τρανζίστορ βρίσκονται σε αυτά).

Ωστόσο, όταν ο χρήστης βρίσκεται αντιμέτωπος με μια επιλογή: ποιο - CMOS ή CCD - να αγοράσει, εμφανίζεται η κύρια παράμετρος - η τιμή της συσκευής. Η τεχνολογία CCD είναι πολύ πιο ακριβή από τον ανταγωνιστή της και πιο ενεργοβόρα. Επομένως, δεν συνιστάται η εγκατάσταση τους όπου αρκεί μια εικόνα μέσης ποιότητας.

Η μήτρα της κάμερας εκτελεί τη λειτουργία της ψηφιοποίησης των παραμέτρων φωτός στην επιφάνειά της. Σήμερα, η αγορά φωτογραφικού εξοπλισμού χωρίζεται σε δύο στρατόπεδα: συσκευές που χρησιμοποιούν μήτρα CMOS και συσκευές που χρησιμοποιούν μήτρα CCD. Δεν είναι δυνατόν να μιλήσουμε για την προτεραιότητα μιας τεχνολογίας έναντι της άλλης, αν και το μερίδιο του CMOS στις αναφορές πωλήσεων είναι ελαφρώς υψηλότερο, αλλά αυτό εξηγείται από τις αντικειμενικές απαιτήσεις του χρήστη και όχι από τις ιδιότητες των ίδιων των πινάκων. Το κόστος συχνά παίζει καθοριστικό ρόλο στη διαδικασία επιλογής.

Ορισμός

CCD Matrix- ένα μικροκύκλωμα που αποτελείται από φωτοευαίσθητες φωτοδίοδοι και δημιουργείται σε βάση πυριτίου. Η λειτουργία βασίζεται στην αρχή λειτουργίας μιας συσκευής συζευγμένης φόρτισης.

Αισθητήρας CMOS- ένα μικροκύκλωμα που δημιουργήθηκε με βάση τρανζίστορ πεδίου δράσης με μονωμένη πύλη με κανάλια διαφορετικής αγωγιμότητας.

Σύγκριση

Η βασική διαφορά μεταξύ των αισθητήρων CMOS και CCD είναι οι εντελώς διαφορετικές αρχές λειτουργίας τους. Το CCD ψηφιοποιεί την προκύπτουσα αναλογική εικόνα, το CMOS ψηφιοποιεί κάθε pixel της εικόνας ταυτόχρονα. Λίγη περισσότερη λεπτομέρεια: το ηλεκτρικό φορτίο στα pixel (LED) της μήτρας CCD μετατρέπεται σε ηλεκτρικό δυναμικό, ενισχύεται σε έναν αναλογικό ενισχυτή έξω από τον φωτοευαίσθητο αισθητήρα και μόνο τότε ψηφιοποιείται από έναν μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό. Το ηλεκτρικό φορτίο στα pixel της μήτρας CMOS συσσωρεύεται σε πυκνωτές, από τους οποίους αφαιρείται το ηλεκτρικό δυναμικό, μεταδίδεται σε έναν αναλογικό ενισχυτή και ψηφιοποιείται μέσω του ίδιου μετατροπέα. Ορισμένοι νέοι αισθητήρες CMOS διαθέτουν ενισχυτές αναλογικού σήματος ενσωματωμένους απευθείας στο pixel.

Αλλος σημαντικό σημείο: Ο αριθμός των ενισχυτών για πίνακες CCD και CMOS είναι διαφορετικός. Οι τελευταίοι έχουν περισσότερους ενισχυτές, επομένως η ποιότητα της εικόνας μειώνεται κάπως καθώς περνάει το σήμα. Επομένως, το CCD χρησιμοποιείται στη δημιουργία φωτογραφικού εξοπλισμού που έχει σχεδιαστεί για τη δημιουργία εικόνων υψηλού βαθμού λεπτομέρειας, για παράδειγμα, για ερευνητικούς, ιατρικούς και βιομηχανικούς σκοπούς. Συναντάμε το CMOS κάθε μέρα: οι περισσότερες κάμερες στα κινητά ηλεκτρονικά βασίζονται σε τέτοιους πίνακες.

Η ποιότητα της εικόνας που προκύπτει εξαρτάται από μια ακόμη περίσταση - την πυκνότητα των φωτοδιόδων. Όσο πιο κοντά βρίσκονται, τόσο λιγότερες περιοχές της μήτρας όπου χάνονται φωτόνια. Το CCD προσφέρει απλώς μια διάταξη χωρίς κενά μεταξύ των φωτοδιόδων, ενώ στο CMOS υπάρχουν - τα τρανζίστορ βρίσκονται εκεί.

Οι πίνακες CCD είναι πολύ πιο ακριβοί από το CMOS και πιο ενεργοβόρες, επομένως η εγκατάσταση τους όπου η ποιότητα εικόνας κοντά στο μέσο όρο είναι επαρκής δεν είναι πρακτική. Οι πίνακες CCD είναι εξαιρετικά ευαίσθητοι, το ποσοστό πλήρωσης των εικονοστοιχείων τους είναι υψηλότερο και φτάνει σχεδόν το 100%, και το επίπεδο θορύβου είναι χαμηλό. Οι πίνακες CMOS παρέχουν υψηλό επίπεδο απόδοσης, αλλά είναι κατώτερες από το CCD όσον αφορά την ευαισθησία και τον θόρυβο. Η τεχνολογία CCD, σε αντίθεση με το CMOS, δεν επιτρέπει τη συνεχή λήψη ή εγγραφή βίντεο. Επομένως, η χρήση τους σε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, για παράδειγμα, δεν δικαιολογείται από τον σκοπό των ίδιων των συσκευών. Ας πούμε μόνο ότι το CCD είναι μια μήτρα για επαγγελματικό φωτογραφικό εξοπλισμό.

Ιστοσελίδα συμπερασμάτων

1. Το CCD είναι μια μήτρα με βάση το πυρίτιο που λειτουργεί ως συσκευή συζευγμένη με φορτίο, ενώ το CMOS είναι μια μήτρα που βασίζεται σε τρανζίστορ εφέ πεδίου.
2. Το αναλογικό σήμα στη μήτρα CCD μετατρέπεται έξω από τον φωτοευαίσθητο αισθητήρα, στη μήτρα CMOS μετατρέπεται απευθείας στο pixel.
3. Η ποιότητα εικόνας που λαμβάνεται από το CCD είναι υψηλότερη από εκείνη του CMOS.
4. Το CCD είναι πιο ενεργοβόρο.
5. Το CMOS σάς επιτρέπει να τραβάτε βίντεο και να τραβάτε φωτογραφίες ριπής.
6. Το CMOS έχει γίνει ευρέως διαδεδομένο στα κινητά ηλεκτρονικά.