Tip matrice je cmos ili. Razumijemo fotoosjetljive matrice: CMOS i CCD

Senzor svjetla je "oko" vaše sigurnosne kamere. On hvata svjetlost koja ulazi u sočivo sigurnosne kamere i pretvara je u elektronski signal.

Format ili veličina senzora određuje pokrivenost vaših sigurnosnih kamera. Najpopularnije veličine su sljedeće: 2/3", 1/2" i 1/3".

• Matrica od 2/3" omogućava video nadzor na velikim udaljenostima u uslovima veoma slabog osvetljenja.
• Matrica s dijagonalom od 1/2 "- u većini slučajeva je najbolje rješenje sa prihvatljivom osjetljivošću na svjetlost.
• Senzor od 1/3" pruža dobre performanse pri slabom svjetlu i velikom brzinom kadrova.

Najpopularnije vrste matrica u smislu tehnologije koja se koristi su CMOS (CMOS) i CCD (CCD).

1. CMOS nadzorne kamere: za i protiv

CMOS je skraćenica od komplementarnog metalnog oksidnog poluprovodnika. CMOS senzor koristi tehnologiju progresivnog skeniranja.

Prednosti i mane nadzorne kamere sa CMOS matricom

Prednosti CMOS nadzorne kamere

• Visoka rezolucija
• Odlična reprodukcija boja
• Visoka brzina kadrova
• Mala potrošnja energije
• Ekonomska efikasnost

Nedostaci nadzorne kamere sa CMOS matricom

• Visok nivo buke
• Umjerena fotoosjetljivost

2. CCD nadzorne kamere: prednosti i nedostaci

Skraćenica CCD je skraćenica od Charge Coupled Device. CCD nadzorne kamere imaju odličan WDR (široki dinamički opseg), pa se često koriste u uslovima slabog osvetljenja. Sigurnosne kamere sa CCD senzorima općenito su manje pod utjecajem vibracija od sigurnosnih kamera sa CMOS senzorima.

Snage i slabosti CCD nadzorne kamere

Prednosti CCD nadzorne kamere

• Dobre performanse u uslovima slabog osvetljenja
• Dobra WDR tehnologija
• Manje podložan uticaju vibracija
• Niska buka
• Visoka osjetljivost
• Visoka rezolucija

Nedostaci nadzorne kamere sa CCD matricom

• Velika potrošnja energije
• Niska brzina kadrova
• visoka cijena

CMOS ili CCD - što je bolje?

1. krug: Brzina kadrova i potrošnja energije

Sigurnosna kamera sa CMOS senzorom je očiti pobjednik u pogledu brzine kadrova. Sigurnosna kamera sa CMOS senzorom može direktno pretvoriti fotoelektrični signal u digitalni signal. Brzina kadrova i brzina konverzije signala CMOS senzora je mnogo veća u poređenju sa CCD senzorom.

Analogno-digitalna konverzija se odvija izvan CCD senzora, tako da slika i video traju duže. Osim toga, sigurnosne kamere sa CCD senzorima slike često pate od problema pregrijavanja.

CCTV kamere sa CMOS senzorima podržavaju mnogo veće brzine kadrova i troše manje energije, a istovremeno su i ekonomičnije od sigurnosnih kamera sa CCD senzorima. Generalno, cijena CMOS CCTV kamere je povoljnija od cijene CCD sigurnosne kamere.

Dakle, pobjednik prvog kruga je video kamera sa CMOS matricom!

2. krug: Kvalitet slike

Tipično, CCD sigurnosne kamere proizvode slike s više od . Međutim, napredak u tehnologiji može dovesti do CMOS kvaliteta slike u rangu sa CCD-om. Na primjer, sigurnosne kamere sa CMOS senzorima i optičkim zumom mogu proizvesti još oštrije slike od CCD kamera.

Dakle, drugo kolo je neriješeno!

3. krug: Osetljivost na svetlost i šum

Tradicionalno, CCD senzori su manje skloni izobličenju slike i imaju veću osjetljivost na svjetlost, tako da stvaraju mnogo manje šuma od sigurnosnih kamera sa CMOS senzorima. Međutim, u današnje vrijeme, u smislu osjetljivosti, CCTV kamere sa CMOS senzorima ponekad su čak i superiornije od CCD kamera.

Teško je reći ko će pobijediti u kategorijama osjetljivosti na svjetlost i buke. Međutim, na osnovu trenutnog stanja tehnologije i performansi, CCD kamkorderi su pobjednici u trećem krugu (možda i privremena pobjeda).

Na osnovu gore navedenih informacija i detaljnog poređenja dva tipa senzora, može se otkriti da svaki tip senzora ima svoje prednosti i nedostatke.

U ovoj borbi ne može biti pojedinačni pobednik. Sve se svodi na konkretan slučaj:

1. Možete odabrati sigurnosne kamere sa CCD senzorima ako ćete ih koristiti u uvjetima slabog osvjetljenja.

Napomena: Neke CMOS sigurnosne kamere također mogu pružiti odličan nadzor noću.

2. Kamere za nadzor sa CMOS senzorima mogu biti kompaktnije jer veličina samih CMOS senzora može biti vrlo mala. Stoga ih možete odabrati ako ne želite da skrećete pažnju na svoju.

3. Odaberite CMOS sigurnosne kamere ako vaša internetska veza nije dovoljno dobra. CMOS nadzorne kamere imaju manje zahtjeve za propusnim opsegom, tako da neće preopteretiti vašu mrežu.

Izvor reolink.com. Članak je preveoadministrator straniceElena Ponomarenko.

Senzor je glavni strukturni element kamere i jedan od ključnih parametara koje korisnik uzima u obzir pri odabiru kamere. Matrice modernih digitalnih fotoaparata mogu se klasificirati prema nekoliko predznaka, ali glavna i najčešća je podjela matrica prema metoda očitavanja punjenja, na: matrice CCD tip i CMOS matrice. U ovom članku ćemo razmotriti principe rada, kao i prednosti i nedostatke ove dvije vrste matrica, budući da se naširoko koriste u modernoj foto i video opremi.

CCD matrica

Matrix CCD takođe pozvan CCD(Uređaji spojeni na punjenje). CCD matrica je pravokutna ploča od elemenata osjetljivih na svjetlost (fotodiode) smještena na silikonskom poluvodičkom kristalu. Princip njegovog rada zasniva se na kretanju linija po liniju naboja koji su se nakupili u prazninama koje su formirali fotoni u atomima silicija. Odnosno, prilikom sudara sa fotodiodom, foton svjetlosti se apsorbira i elektron se oslobađa (nastaje unutrašnji fotoelektrični efekat). Kao rezultat, formira se naboj, koji se nekako mora pohraniti za dalju obradu. U tu svrhu u silicijumsku podlogu matrice ugrađen je poluprovodnik, iznad kojeg se nalazi prozirna elektroda od polikristalnog silicijuma. A kao rezultat primjene električnog potencijala na ovu elektrodu u osiromašenoj zoni ispod poluvodiča, formira se takozvana potencijalna bušotina u kojoj se pohranjuje naboj primljen od fotona. Prilikom očitavanja električnog naboja iz matrice, naboji (pohranjeni u potencijalnim jama) se prenose duž elektroda za prijenos do ruba matrice (serijski pomak registra) i prema pojačavaču, koji pojačava signal i prenosi ga na analogni- u digitalni pretvarač (ADC), odakle se konvertovani signal šalje procesoru koji obrađuje signal i pohranjuje rezultirajuću sliku na memorijsku karticu .

Polisilikonske fotodiode se koriste za proizvodnju CCD matrica. Takve matrice su male veličine i omogućuju vam da dobijete prilično kvalitetne fotografije pri snimanju uz normalno osvjetljenje.

Prednosti CCD-a:

1. Dizajn matrice obezbeđuje visoku gustinu fotoćelija (piksela) na podlozi;
2. Visoka efikasnost (odnos registrovanih fotona prema njihovom ukupnom broju je oko 95%);
3. Visoka osjetljivost;
4. Dobra reprodukcija boja (pod dovoljnim osvjetljenjem).

Nedostaci CCD matrica:

1. Visok šum pri visokom ISO (pri niskom ISO, nivo buke je umeren);
2. Mala brzina u poređenju sa CMOS matricama;
3. Velika potrošnja energije;
4. Složenija tehnologija očitavanja signala, budući da su potrebna mnoga upravljačka mikrokola;
5. Proizvodnja je skuplja od CMOS matrica.

CMOS matrica

Matrica CMOS, ili CMOS senzor(Complementary Metal Oxide Semiconductors) koristi senzore aktivne tačke. Za razliku od CCD-a, CMOS senzori sadrže poseban tranzistor u svakom fotoosjetljivom elementu (pikselu), što rezultira konverzijom naboja koja se izvodi direktno u pikselu. Rezultirajući naboj se može očitati iz svakog piksela pojedinačno, tako da nema potrebe za prijenosom naboja (kao što je slučaj sa CCD-ovima). CMOS pikseli su integrisani direktno sa analogno-digitalnim pretvaračem ili čak sa procesorom. Kao rezultat ove racionalne tehnologije dolazi do uštede energije zbog smanjenja lanaca djelovanja u odnosu na CCD matrice, kao i smanjenja cijene uređaja zbog jednostavnijeg dizajna.

Kratak princip rada CMOS senzora: 1) Prije snimanja, signal za resetiranje se primjenjuje na reset tranzistor. 2) Tokom ekspozicije, svetlost prodire kroz sočivo i filter do fotodiode, a kao rezultat fotosinteze, naelektrisanje se akumulira u potencijalnoj bušotini. 3) Čita se vrijednost primljenog napona. 4) Obrada podataka i čuvanje slike.

Prednosti CMOS senzora:

1. Niska potrošnja energije (posebno u standby modovima);
2. Visoke performanse;
3. Zahtijeva manje proizvodnih troškova, zbog sličnosti tehnologije sa proizvodnjom mikro krugova;
4. Jedinstvo tehnologije sa ostalim digitalnim elementima, koje vam omogućava da kombinujete analogne, digitalne i procesne delove na jednom kristalu (odnosno, osim hvatanja svetlosti u pikselu, možete pretvoriti, obraditi i očistiti signal od šuma).
5. Mogućnost nasumičnog pristupa svakom pikselu ili grupi piksela, što može smanjiti veličinu snimljene slike i povećati brzinu čitanja.

Nedostaci CMOS matrica:

1. Fotodioda zauzima malu površinu piksela, što rezultira niskom svjetlosnom osjetljivošću matrice, ali u modernim CMOS matricama ovaj minus je praktički eliminiran;
2. Prisustvo toplotnog šuma od grejanja tranzistora unutar piksela tokom procesa čitanja.
3. Relativno velikih dimenzija, fluoroopremu sa ovom vrstom matrica karakteriše velika težina i dimenzije.

Pored navedenih tipova, postoje i troslojne matrice, od kojih je svaki sloj CCD. Razlika je u tome što ćelije mogu istovremeno percipirati tri boje, koje nastaju dikroičnim prizmama kada ih udari snop svjetlosti. Zatim se svaki snop usmjerava na zasebnu matricu. Kao rezultat, na fotoćeliji se odjednom određuje svjetlina plave, crvene i zelene boje. Troslojne matrice se koriste u video kamerama visokog nivoa, koje imaju posebnu oznaku - 3CCD.

Sumirajući, želio bih napomenuti da se razvojem tehnologija za proizvodnju CCD i CMOS matrica mijenjaju i njihove karakteristike, pa je sve teže reći koja je od matrica definitivno bolja, ali u isto vrijeme , CMOS matrice su postale sve popularnije u proizvodnji SLR fotoaparata. Na osnovu karakteristika različitih tipova matrica može se dobiti jasna ideja zašto je profesionalna fotografska oprema koja omogućava kvalitetno snimanje prilično glomazna i teška. Ove informacije treba imati na umu pri odabiru kamere - to jest, uzeti u obzir fizičke dimenzije matrice, a ne broj piksela.

CCD je uređaj sa spregnutim punjenjem (CCD - charge feedback device). Ova vrsta matrica u početku se smatrala kvalitetnijom, ali i skupljom i energetski intenzivnijom. Ako ukratko predstavimo osnovni princip CCD matrice, onda će cijelu sliku prikupiti u analognoj verziji, a tek onda je digitalizirati.

Za razliku od CCD matrica, CMOS matrice (komplementarni metal-oksid-poluprovodnik, komplementarna logika na tranzistorima metal-oksid-poluprovodnik, CMOS) digitalizuju svaki piksel na mestu. CMOS matrice su u početku bile manje trošile energiju i jeftinije, posebno u proizvodnji velikih matrica, ali su bile inferiorne u odnosu na CCD matrice u pogledu kvaliteta.

Prednosti CCD matrica uključuju:

• Nizak nivo buke.
• Visok faktor popunjavanja piksela (oko 100%).
• Visoka efikasnost (omjer broja registrovanih fotona i njihovog ukupnog broja koji su pogodili područje osjetljivo na svjetlost matrice za CCD je 95%).
• Visok dinamički opseg (osjetljivost).

Nedostaci CCD matrica uključuju:

• Kompleksan princip očitavanja signala, a samim tim i tehnologija.
• Visok nivo potrošnje energije (do 2-5W).
• Skuplji za proizvodnju.

Prednosti CMOS matrica:

• Visoke performanse (do 500 fps).
• Mala potrošnja energije (skoro 100 puta u poređenju sa CCD).
• Jeftinije i lakše za proizvodnju.
• Perspektive tehnologije (na istom čipu, u principu, ništa ne košta implementacija svih potrebnih dodatnih kola: analogno-digitalnih pretvarača, procesora, memorije, čime se dobija kompletna digitalna kamera na jednom čipu. Naprotiv, od 2002. stvaraju takav uređaj zajedno Samsung Electronics i Mitsubishi Electric).

Nedostaci CMOS matrica su

• Nizak faktor popunjavanja piksela, koji smanjuje osjetljivost (efektivna površina piksela ~ 75%, ostatak zauzimaju tranzistori).
• Visok nivo buke (nastaje zbog takozvanih temperaturnih struja - čak i u nedostatku osvjetljenja, prilično značajna struja teče kroz fotodiodu), borba protiv koje komplicira i povećava cijenu tehnologije.
• Nizak dinamički opseg.

Uvod u senzore slike

Kada se slika snimi objektivom video kamere, svjetlost prolazi kroz sočivo i pada na senzor slike. Senzor slike, ili matrica, sastoji se od mnogih elemenata, koji se nazivaju i pikseli, koji registruju količinu svjetlosti koja pada na njih. Rezultirajuća količina svjetlosti se pretvara od strane piksela u odgovarajuću količinu elektrona. Što više svjetlosti padne na piksel, to će više elektrona generirati. Elektroni se pretvaraju u napon, a zatim pretvaraju u brojeve prema vrijednostima ADC-a (analogno-digitalni pretvarač, A/D-konverter). Signal, sastavljen od takvih brojeva, obrađuje se elektronskim kolima unutar video kamere.

Trenutno postoje dvije glavne tehnologije koje se mogu koristiti za kreiranje senzora slike u kameri, a to su CCD (Charge-Coupled Device, CCD - uređaj sa nabojom) i CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS - Complementary Metal Oxide). Poluprovodnik). Njihove karakteristike, prednosti i nedostaci će biti razmotreni u ovom članku. Slika ispod prikazuje CCD (gornji) i CMOS (donji) senzor slike.

filtriranje boja. Kao što je već gore opisano, slikovni senzori registruju količinu svjetlosti koja pada na njih, od svijetlog do tamnog, ali bez informacija o boji. Budući da CMOS i CCD senzori slike "ne mogu vidjeti boju", svakom senzoru prethodi filter koji dodjeljuje ton boje svakom pikselu u senzoru. Dvije glavne metode registracije boja su RGB (crvena-greed-plava, crvena-zelena-plava) i CMYG (cijan-magenta-žuto-zelena, cijan-magenta-žuto-zelena). Crvena, zelena i plava su primarne boje, čije različite kombinacije mogu činiti većinu boja koje percipira ljudsko oko.

Bayer filter (ili Bayer niz), koji se sastoji od naizmjeničnih redova crveno-zelenih i plavo-zelenih filtera, najčešći je RGB filter boja (vidi sliku 2). Bayer filter sadrži dvostruko veći broj zelenih "ćelija", jer ljudsko oko je osjetljivije na zelenu nego na crvenu ili plavu. To također znači da će s ovim omjerom boja u filteru ljudsko oko vidjeti više detalja nego da su tri boje korištene u jednakim omjerima u filteru.

Drugi način filtriranja (ili registracije) boja je korištenje komplementarnih boja cijan, magenta i žuta. Filter komplementarne boje obično se kombinuje sa filterom zelene boje u obliku CMYG niza boja, kao što je prikazano na slici 2 (desno). CMYG filter u boji obično nudi veći signal piksela jer ima širi spektralni opseg. Međutim, signal se mora pretvoriti u RGB da bi se koristio u konačnoj slici, a to podrazumijeva dodatnu obradu i unosi šum. Posljedica toga je smanjenje odnosa signal-šum, pa CMYG sistemi po pravilu nisu tako dobri u prikazivanju boja.

CMYG filter boja se obično koristi u senzorima slike s isprepletenim slikama, dok se RGB sistemi prvenstveno koriste u progresivnim senzorima slike.

Fotoosjetljiva matrica je najvažniji element kamere. Ona je ta koja pretvara svjetlost koja u nju ulazi kroz sočivo u električne signale. Matrica se sastoji od piksela - zasebnih elemenata osjetljivih na svjetlost. Na modernim matricama ukupan broj fotoosjetljivih elemenata dostiže 10 miliona za amaterske uređaje i 17 miliona za profesionalne. Matrica od N megapiksela sadrži N miliona piksela. Što je više piksela na matrici, to je fotografija detaljnija.

Svaki fotoosjetljivi element je kondenzator koji se puni izlaganjem svjetlosti. Kondenzator je napunjen što je jači, što je svjetlost koja pada na njega jače, ili što je duže izložen svjetlu. Nevolja je u tome što se naboj kondenzatora može promijeniti ne samo pod utjecajem svjetlosti, već i zbog toplinskog kretanja elektrona u materijalu matrice. Više termalnih elektrona ulazi u neke piksele, a manje u druge. Rezultat je digitalni šum. Ako snimite plavo nebo, na primjer, na slici može izgledati kao da se sastoji od piksela malo različitih boja, a slika snimljena zatvorenim objektivom sastojat će se od više od crnih tačaka. Što je manja geometrijska veličina matrice sa jednakim brojem megapiksela, veći je njen šum, lošiji je kvalitet slike.

Za kompaktne digitalne uređaje, veličina matrice se obično označava kao razlomak i mjeri se u inčima. Zanimljivo je da ako pokušate izračunati ovaj razlomak i pretvoriti ga iz inča u milimetre, rezultirajuća vrijednost neće odgovarati stvarnim dimenzijama matrice. Ova kontradikcija je istorijski nastala kada je na sličan način naznačena veličina predajnog televizijskog uređaja (vidicon). Za digitalne SLR kamere, veličina matrice je ili direktno naznačena u milimetrima, ili naznačena kao faktor izrezivanja - broj koji pokazuje koliko je puta ova veličina manja od okvira standardnog filma od 24x36 mm.

Još jedna važna karakteristika matrica je da matrica sa N megapiksela zapravo sadrži N megapiksela, a štaviše, slika iz ove matrice se sastoji i od N megapiksela. Kažete šta je tu čudno? I evo čudne stvari - na slici je svaki piksel sastavljen od tri boje, crvene, zelene i plave. Čini se da bi se svaki piksel na matrici trebao sastojati i od tri elementa osjetljiva na svjetlost, odnosno crvenog, zelenog i plavog. Međutim, u stvarnosti to nije slučaj. Svaki piksel se sastoji od samo jednog elementa. Odakle onda dolazi boja? Zapravo, svjetlosni filter se primjenjuje na svaki piksel na takav način da svaki piksel percipira samo jednu od boja. Svjetlosni filteri se izmjenjuju - prvi piksel percipira samo crvenu boju, drugi - samo zelenu, treći - samo plavu. Nakon čitanja informacija iz matrice, boja za svaki piksel se izračunava iz boja ovog piksela i njegovih susjeda. Naravno, ova metoda donekle iskrivljuje sliku, ali algoritam izračuna boja je dizajniran na način da se boja malih detalja može izobličiti, ali ne i njihova svjetlina. A za ljudsko oko koje posmatra sliku važnija je svjetlina, a ne boja ovih detalja, pa su ta izobličenja gotovo neprimjetna. Ovaj uzorak se zove Bayer uzorak po Kodak inženjeru koji je patentirao obrazac filtera.

Većina modernih fotoosjetljivih matrica koje se koriste u kompaktnim digitalnim fotoaparatima imaju dva ili tri načina rada. Glavni režim se koristi za fotografisanje i omogućava čitanje slike maksimalne rezolucije sa matrice. Ovaj način rada zahtijeva odsustvo bilo kakvog osvjetljenja matrice tokom očitavanja okvira, što zauzvrat zahtijeva obavezno prisustvo mehaničkog zatvarača. Drugi način rada velike brzine omogućava čitanje cijele slike s matrice frekvencijom od 30 puta u sekundi, ali u smanjenoj rezoluciji. Ovaj način rada ne zahtijeva mehanički zatvarač i koristi se za pregled i video snimanje. Treći način vam omogućava da čitate sliku dvostruko brže, ali ne iz cijelog područja matrice. Ovaj način rada se koristi za rad autofokusa. Matrice koje se koriste u SLR digitalnim fotoaparatima nemaju režime velike brzine.

Ali nisu sve matrice osjetljive na svjetlost dizajnirane na ovaj način. Sigma proizvodi Foveon matrice, u kojima se svaki piksel zaista sastoji od tri elementa osjetljiva na svjetlost. Ove matrice imaju znatno manje megapiksela od svojih konkurenata, ali kvalitet slike sa ovih matrica praktički nije inferioran u odnosu na njihove konkurente s više megapiksela.

Fujijeve SuperCCD matrice imaju još jednu zanimljivu karakteristiku. Pikseli u ovim matricama su heksagonalnog oblika i raspoređeni poput saća. S jedne strane, u ovom slučaju se osjetljivost povećava zbog veće površine piksela, a s druge strane, korištenjem posebnog interpolacionog algoritma možete dobiti bolji detalj slike.

U ovom slučaju, interpolacija zaista poboljšava detalje slike, za razliku od uređaja drugih proizvođača, gdje se slika interpolira iz matrice koja ima normalan raspored piksela. Osnovna razlika između ovih matrica je u tome što je razmak između piksela upola manji od samih piksela. Ovo vam omogućava da povećate detalje slike duž vertikalnih i horizontalnih linija. U isto vrijeme, konvencionalne matrice imaju bolje dijagonalne detalje, ali na stvarnim slikama dijagonalne linije su obično manje od vertikalnih ili horizontalnih.

Interpolacija– algoritam za izračunavanje nedostajućih vrednosti iz susednih vrednosti. Ako znamo da je u 8 ujutro temperatura napolju bila +16 stepeni, a u 10 porasla na +20, nećemo se mnogo pogriješiti ako pretpostavimo da je u 9 ujutro temperatura bila oko +18.

U CCD senzoru, svjetlost (naboj) koja pada na piksel senzora prenosi se sa čipa kroz jedan izlazni čvor ili kroz samo nekoliko izlaznih čvorova. Naboji se pretvaraju u nivo napona, akumuliraju i šalju kao analogni signal. Ovaj signal se zatim zbraja i pretvara u brojeve pomoću A/D pretvarača izvan senzora (vidi sliku 3).

CCD tehnologija je izmišljena posebno za upotrebu u video kamerama, a CCD senzori su u upotrebi više od 30 godina. Tradicionalno, CCD senzori imaju niz prednosti u odnosu na CMOS senzore, kao što su bolja osjetljivost na svjetlo i niska razina šuma. U posljednje vrijeme, međutim, razlike su jedva primjetne.

Nedostaci CCD senzora su to što su analogne komponente, zahtijevaju više elektronike "u blizini" senzora, skuplji su za proizvodnju i mogu potrošiti do 100 puta više energije od CMOS senzora. Povećana potrošnja energije takođe može dovesti do povećanja temperature u samoj kameri, što negativno utiče ne samo na kvalitet slike i povećava cenu finalnog proizvoda, već i na stepen uticaja na životnu sredinu.

CCD senzori takođe zahtevaju brži prenos podataka jer svi podaci prolaze kroz samo jedno ili više izlaznih pojačala. Uporedite slike 4 i 6 koje prikazuju ploče sa CCD senzorom i CMOS senzorom, respektivno.

U ranoj fazi, konvencionalni CMOS čipovi su korišteni za prikaz, ali je kvalitet slike bio loš zbog niske osjetljivosti CMOS elemenata na svjetlo. Moderni CMOS senzori se proizvode korištenjem specijalizovanije tehnologije, što je dovelo do brzog povećanja kvaliteta slike i osjetljivosti na svjetlost posljednjih godina.

CMOS čipovi imaju niz prednosti. Za razliku od CCD senzora, CMOS senzori sadrže pojačala i analogno-digitalne pretvarače, što značajno umanjuje cijenu finalnog proizvoda, jer. već sadrži sve potrebne elemente za dobijanje slike. Svaki CMOS piksel sadrži elektronske pretvarače. U poređenju sa CCD senzorima, CMOS senzori nude više funkcionalnosti i veće mogućnosti integracije. Ostale prednosti uključuju brže očitavanje, manju potrošnju energije, visoku otpornost na buku i manju veličinu sistema.

Međutim, prisustvo elektronskih kola unutar čipa dovodi do rizika od više strukturisanog šuma kao što je banding. Kalibracija CMOS senzora tokom proizvodnje je takođe složenija nego kod CCD senzora. Srećom, moderna tehnologija omogućava proizvodnju samokalibrirajućih CMOS senzora.

U CMOS senzorima je moguće čitanje slike iz pojedinačnih piksela, što vam omogućava da „prozorite“ sliku, tj. očitati očitavanje ne cijelog senzora, već samo njegovog određenog područja. Tako možete dobiti veću brzinu kadrova od senzorskog dijela za naknadnu digitalnu PTZ (pan/tilt/zoom, pan/tilt/zoom) obradu. Osim toga, ovo omogućava prijenos nekoliko video tokova s ​​jednog CMOS senzora, simulirajući nekoliko "virtuelnih kamera"

HDTV i megapikselne kamere

Megapikselni senzori i televizija visoke definicije omogućavaju digitalnim IP kamerama da daju veću rezoluciju slike od analognih CCTV kamera, tj. oni pružaju veću sposobnost uočavanja detalja i identifikacije ljudi i objekata – ključni faktor u video nadzoru. Megapikselna IP kamera ima najmanje dvostruko veću rezoluciju od analogne CCTV kamere. Megapikselni senzori su ključni za HDTV, megapikselne i multi-megapikselne kamere. I može se koristiti za pružanje izuzetno visokih detalja slike i višestrukog video zapisa.

Megapikselni CMOS senzori su dostupniji i mnogo jeftiniji od megapikselnih CCD senzora, iako postoje i prilično skupi CMOS senzori.

Teško je proizvesti brzi megapikselni CCD senzor, što je naravno mana, pa je stoga teško proizvesti multi-megapikselnu kameru koristeći CCD tehnologiju.

Većina senzora u megapikselnim kamerama općenito je slične veličine slike VGA senzorima, s rezolucijom od 640x480 piksela. Međutim, megapikselni senzor sadrži više piksela od VGA senzora, tako da je veličina svakog piksela u megapikselnom senzoru manja od veličine piksela u VGA senzoru. Posljedica ovoga je niža osjetljivost na svjetlo svakog piksela u megapikselnom senzoru.

Na ovaj ili onaj način, napredak ne miruje. Dolazi do brzog razvoja megapikselnih senzora, a njihova osjetljivost na svjetlost se stalno povećava.

Glavne razlike između CMOS-a i CCD-a

CMOS senzori sadrže pojačala, A/D pretvarače i često dodatne čipove za obradu, dok se u CCD kameri većina funkcija obrade signala obavlja izvan senzora. CMOS senzori troše manje energije od CCD senzora, što znači da se temperatura unutar kamere može održavati nižom. Povišena temperatura CCD senzora može povećati smetnje. S druge strane, CMOS senzori mogu patiti od strukturiranih šuma (crte, itd.).

CMOS senzori podržavaju "prozor" slike i višestruki video, što nije moguće sa CCD senzorima. CCD senzori obično imaju jedan A/D konvertor, dok ga kod CMOS senzora ima svaki piksel. Brže očitavanje u CMOS senzorima omogućava im da se koriste u proizvodnji multi-megapikselnih kamera.

Savremeni tehnološki napredak zamagljuje razliku u osjetljivosti na svjetlost između CCD i CMOS senzora.

Zaključak

CCD i CMOS senzori imaju različite prednosti i nedostatke, ali tehnologija se brzo razvija i situacija se stalno mijenja. Pitanje da li odabrati kameru sa CCD senzorom ili CMOS senzorom postaje irelevantno. Ovaj izbor zavisi samo od zahteva klijenta za kvalitetom slike sistema video nadzora.

CCD i CMOS senzori su posljednjih nekoliko godina u stanju stalne konkurencije. U ovom članku pokušat ćemo razmotriti prednosti i nedostatke ovih tehnologija. CCD matrica (skraćeno od “charge-coupled device”) ili CCD matrica (skraćeno od engleskog CCD, “Charge-Coupled Device”) je specijalizovano analogno integrisano kolo koje se sastoji od fotodioda osetljivih na svetlost, napravljenih na bazi silicijuma, koristeći CCD tehnologija - uređaji sa spregnutim punjenjem. U CCD senzoru, svjetlost (naboj) koja pada na piksel senzora prenosi se sa čipa kroz jedan izlazni čvor ili kroz samo nekoliko izlaznih čvorova. Naboji se pretvaraju u nivo napona, akumuliraju i šalju kao analogni signal. Ovaj signal se zatim zbraja i pretvara u brojeve pomoću A/D pretvarača izvan senzora. CMOS (komplementarna logika na tranzistorima metal-oksid-poluprovodnik; CMOS; engleski CMOS, komplementarna simetrija/metal-oksid poluprovodnik) je tehnologija za izgradnju elektronskih kola. U ranoj fazi, konvencionalni CMOS čipovi su korišteni za prikaz, ali je kvalitet slike bio loš zbog niske osjetljivosti CMOS elemenata na svjetlo. Moderni CMOS senzori se proizvode korištenjem specijalizovanije tehnologije, što je dovelo do brzog povećanja kvaliteta slike i osjetljivosti na svjetlost posljednjih godina. CMOS čipovi imaju niz prednosti. Za razliku od CCD senzora, CMOS senzori sadrže pojačala i analogno-digitalne pretvarače, što značajno smanjuje cijenu finalnog proizvoda. već sadrži sve potrebne elemente za dobijanje slike. Svaki CMOS piksel sadrži elektronske pretvarače. CMOS senzori imaju više funkcionalnosti i više mogućnosti integracije. Jedan od glavnih problema pri korištenju CMOS senzora u kamkorderima bio je kvalitet slike. CCD matrice su obezbeđene i sada obezbeđuju niži nivo buke. Kao rezultat toga, CMOS čipovi su radili izuzetno loše pri slabom svjetlu u poređenju sa CCD čipovima. A budući da je slabo osvjetljenje jedan od glavnih izazova u snimanju videa, ovo je bila glavna prepreka korištenju CMOS senzora. Međutim, proizvodno iskustvo akumulirano tokom godina razvoja CMOS-a omogućilo je svakoj novoj generaciji ovih senzora da značajno smanji fiksni i nasumični šum koji utiče na kvalitet slike. Još jedna slaba tačka CMOS-a je izobličenje koje nastaje prilikom snimanja dinamičke slike zbog slabe osjetljivosti senzora. Slike vozila mogu sadržavati vrlo svijetle elemente kao što su farovi, sunce, kao i vrlo tamna područja, kao što su registarske tablice. Iz tog razloga, obrada scena s velikim razlikama u kontrastu zahtijeva širok dinamički raspon. CCD senzor ima dobar dinamički opseg, ali pristup CMOS-a pojedinačnim pikselima pruža mnogo više prostora za bolji dinamički opseg. Također, kada se koriste CCD-matrice, svijetle tačke scene mogu stvoriti vertikalne linije na slici i ometati prepoznavanje registarskih tablica zbog blijeđenja i razmazivanja. Unatoč činjenici da CCD senzori imaju veću karakteristiku osjetljivosti, glavni faktor koji ograničava njihovu upotrebu je niska stopa očitavanja punjenja i, kao rezultat, nemogućnost pružanja visoke stope formiranja slike. Što je veća rezolucija matrice, to je manja brzina formiranja slike. Zauzvrat, CMOS tehnologija, koja kombinuje fotoosetljivi element i procesorski čip, omogućava vam da dobijete visoku brzinu kadrova čak i za senzore od 3 megapiksela. Međutim, upotreba megapikselnih CMOS senzora za IP kamere za video nadzor zahtijeva efikasnu kompresiju toka podataka. Najčešći algoritmi IP CCTV kompresije trenutno su M-JPEG, MPEG4 i H.264. Prvi se često implementira direktno na CMOS senzor od strane samog proizvođača matrice. MPEG4 i H.264 algoritmi su efikasniji, ali zahtijevaju moćan procesor. Za formiranje streama u realnom vremenu s rezolucijom većom od 2 megapiksela, CMOS IP kamere koriste koprocesore koji pružaju dodatne proračune. Trenutno, IP kamere bazirane na CMOS senzorima postaju sve popularnije, prvenstveno zahvaljujući podršci tehnologije od strane lidera IP video nadzora. Istovremeno, njihova cijena je veća od sličnih kamera zasnovanih na CCD-u. I to unatoč činjenici da CMOS tehnologija, koja kombinira analogne i digitalne dijelove uređaja, omogućava kreiranje jeftinijih kamera. Situacija je takva da je danas cijena IP kamere određena njenim mogućnostima i karakteristikama. Ono što je fundamentalno nije tip matrice, već softver koji implementira procesor kamere.

Prednosti CCD matrica: Nizak nivo šuma, visok faktor popunjavanja piksela (oko 100%), visoka efikasnost (odnos broja registrovanih fotona i njihovog ukupnog broja koji je pao na fotoosetljivo područje matrice, za CCD - 95% ), visok dinamički opseg (osjetljivost), dobra osjetljivost u IC opsegu.

Nedostaci CCD matrica: Komplikovan princip očitavanja signala, a samim tim i tehnologija, velika potrošnja energije (do 2-5W), skuplja izrada.

Prednosti CMOS matrica: Visoke performanse (do 500 fps), niska potrošnja energije (skoro 100 puta u odnosu na CCD), jeftinija i lakša za proizvodnju, obećavajuća tehnologija (u principu ne košta ništa implementacija svih potrebnih dodatnih kola na isti čip: analogno-digitalni pretvarači, procesor, memorija, čime se dobija kompletna digitalna kamera na jednom čipu).

Nedostaci CMOS matrica: Nizak faktor punjenja piksela, što smanjuje osjetljivost (efikasna površina piksela je ~ 75%, ostatak zauzimaju tranzistori), visok nivo šuma (uzrokuju ga tzv. temp struje - čak i u odsustvu osvjetljenja, prilično značajna struja teče kroz fotodiodu), borba protiv koje komplicira i povećava cijenu tehnologije, nizak dinamički raspon.

Kao i svaka tehnologija, CMOS i CCD tehnologije imaju prednosti i nedostatke, koje smo pokušali razmotriti u ovom članku. Prilikom odabira kamera potrebno je uzeti u obzir sve prednosti i nedostatke ovih tehnologija, obraćajući pažnju na parametre kao što su osjetljivost na svjetlost, širok dinamički raspon, potrošnja energije, razina buke, cijena kamere.

Matrica kamere obavlja funkciju digitalizacije parametara svjetlosti na svojoj površini. Do danas je tržište fotografske opreme podijeljeno u dva tabora: uređaji koji koriste CMOS matricu i uređaji koji koriste CCD matricu. Ne može se govoriti o prioritetu jedne tehnologije nad drugom, iako je udio CMOS-a u izvještajima o prodaji nešto veći, ali to je zbog objektivnih zahtjeva korisnika, a ne zbog svojstava samih matrica. Troškovi često igraju odlučujuću ulogu u procesu odabira.

Definicija

Matrix CCD- mikrokolo koje se sastoji od fotodioda osjetljivih na svjetlost i stvoreno na bazi silikona. Rad se zasniva na principu rada uređaja s nabojom.

CMOS senzor- mikrokolo stvoreno na bazi tranzistora s efektom polja s izoliranom kapijom s kanalima različite vodljivosti.

Poređenje

Ključna razlika između CMOS i CCD matrica leži u potpuno različitim principima rada. CCD digitalizira rezultujuću analognu sliku, CMOS - odmah svaki piksel slike. Malo više detalja: električni naboj u pikselima (LED) CCD matrice pretvara se u električni potencijal, pojačava se u analognom pojačalu izvan fotoosjetljivog senzora, a tek onda digitalizira analogno-digitalni pretvarač. Električni naboj u pikselima CMOS matrice se akumulira u kondenzatorima, iz kojih se uklanja električni potencijal, prenosi na analogno pojačalo i digitalizira pomoću istog pretvarača. Neki noviji CMOS senzori imaju analogna pojačala signala ugrađena direktno u piksel.

Još jedna važna stvar: broj pojačala za CCD i CMOS matrice je različit. U potonjem ima više pojačala, pa se kvalitet slike blago smanjuje tokom prolaska signala. Stoga se upravo CCD koristi u stvaranju fotografske opreme dizajnirane za stvaranje slika visokog stupnja detalja, na primjer, za istraživačke, medicinske i industrijske svrhe. S CMOS-om se susrećemo svaki dan: većina kamera u mobilnoj elektronici napravljena je upravo na osnovu takvih matrica.

Kvaliteta rezultirajuće slike ovisi o još jednoj okolnosti - gustoći fotodioda. Što su bliže, to je manje područja matrice gdje fotoni uzalud nestaju. CCD samo nudi raspored bez razmaka između fotodioda, dok u CMOS-u postoje - tranzistori su tamo smješteni.

CCD matrice su mnogo skuplje od CMOS-a i energetski intenzivnije, pa ih instalirati tamo gdje ima dovoljno kvaliteta slike blizu prosjeka nije praktično. CCD matrice su veoma osetljive, njihov procenat popunjavanja piksela je veći i dostiže skoro 100%, a nivo šuma je nizak. CMOS matrice pružaju visok nivo performansi, ali su inferiorne u odnosu na CCD u smislu osjetljivosti i šuma. CCD tehnologija, za razliku od CMOS-a, ne dozvoljava kontinuirano snimanje ili video snimanje. Stoga njihova upotreba u mobilnoj elektronici, na primjer, nije opravdana svrhom samih uređaja. Recimo samo da je CCD matrica za profesionalnu fotografsku opremu.

Nalazišta

1. CCD je matrica zasnovana na silicijumu koja deluje kao uređaj sa naelektrisanjem, CMOS je matrica zasnovana na tranzistoru sa efektom polja.
2. Analogni signal u CCD matrici se pretvara izvan fotoosjetljivog senzora, u CMOS matrici - direktno u piksel.
3. Kvalitet slike dobijen od CCD-a je veći nego od CMOS-a.
4. CCD je energetski efikasniji.
5. CMOS vam omogućava snimanje video zapisa i rafalno snimanje fotografija.
6. CMOS je postao široko rasprostranjen u mobilnoj elektronici.