Che tipo di matrice è migliore di ccd cmos. Matrici CMOS e CCD

1. Introduzione ai sensori di immagine

Quando l'immagine viene acquisita attraverso l'obiettivo di una videocamera, la luce passa attraverso l'obiettivo e colpisce il sensore di immagine. Un sensore di immagine, o matrice, è costituito da molti elementi, detti anche pixel, che registrano la quantità di luce che li colpisce. La quantità di luce ricevuta viene convertita dai pixel nel corrispondente numero di elettroni. Più luce cade su un pixel, più elettroni genererà. Gli elettroni vengono convertiti in tensione e quindi convertiti in numeri in base ai valori dell'ADC (Analog to Digital Converter, convertitore A/D). Un segnale composto da tali numeri viene elaborato da circuiti elettronici all'interno della videocamera.

Attualmente, ci sono due tecnologie principali che possono essere utilizzate per creare un sensore di immagine nella fotocamera, sono CCD (dispositivo di accoppiamento di carica) e CMOS (semiconduttore di ossido di metallo gratuito). ... Le loro caratteristiche, vantaggi e svantaggi saranno discussi in questo articolo. La figura seguente mostra i sensori di immagine CCD (in alto) e CMOS (in basso).

Filtraggio colore... Come descritto sopra, i sensori di immagine registrano la quantità di luce incidente su di essi, dal chiaro allo scuro, ma senza informazioni sul colore. Poiché i sensori di immagine CMOS e CCD "non vedono il colore", viene posizionato un filtro davanti a ciascun sensore per assegnare una tonalità di colore a ciascun pixel nel sensore. I due principali metodi di registrazione del colore sono RGB (Red-Greed-Blue) e CMYG (Cyan-Magenta-Yellow-Green). Rosso, verde e blu sono i colori primari e le loro varie combinazioni possono costituire la maggior parte dei colori percepiti dall'occhio umano.

Il filtro Bayer (o array Bayer), costituito da file alternate di filtri rosso-verde e blu-verde, è il filtro colore RGB più comune (vedi Fig. 2). Il filtro Bayer contiene il doppio delle "celle" verdi l'occhio umano è più sensibile al verde piuttosto che al rosso o al blu. Significa anche che con questo rapporto di colore nel filtro, l'occhio umano vedrà più dettagli che se tre colori fossero usati in proporzioni uguali nel filtro.

Un altro modo per filtrare (o registrare) il colore è utilizzare colori complementari come ciano, magenta e giallo. Un filtro di colore complementare è solitamente combinato con un filtro di colore verde sotto forma di una matrice di colori CMYG, come mostrato nella Figura 2 (a destra). Un filtro colore CMYG di solito offre un segnale pixel più alto perché ha una larghezza di banda spettrale più ampia. Tuttavia, il segnale deve essere convertito in RGB per essere utilizzato nell'immagine finale, il che comporta un'elaborazione aggiuntiva e introduce rumore. Ciò si traduce in un rapporto segnale-rumore più basso, motivo per cui i sistemi CMYG generalmente non sono così bravi nel rendering dei colori.

Il filtro colore CMYG è comunemente usato nei sensori di immagine interlacciati, mentre i sistemi RGB sono usati principalmente nei sensori di immagine a scansione progressiva.

2. Tecnologia CCD

In un sensore CCD, la luce (carica) incidente su un pixel del sensore viene trasmessa dal microcircuito attraverso un nodo di uscita o solo alcuni nodi di uscita. Le cariche vengono convertite in livelli di tensione, accumulate e inviate come segnale analogico. Questo segnale viene quindi sommato e convertito in numeri da un convertitore analogico-digitale esterno al sensore (vedi Fig. 3).

La tecnologia CCD è stata inventata appositamente per l'uso nelle videocamere e i sensori CCD sono in uso da 30 anni. Tradizionalmente, i sensori CCD presentano una serie di vantaggi rispetto ai sensori CMOS, ovvero una migliore sensibilità alla luce e un livello di rumore inferiore. V Di recente tuttavia, le differenze sono sottili.

Gli svantaggi dei sensori CCD sono che sono componenti analogici, richiedono più elettronica "vicino" al sensore, sono più costosi da produrre e possono consumare fino a 100 volte più energia rispetto ai sensori CMOS. L'aumento del consumo energetico può anche portare ad un aumento della temperatura nella fotocamera stessa, che influisce negativamente non solo sulla qualità dell'immagine e aumenta il costo del prodotto finale, ma anche l'impatto ambientale.

I sensori CCD richiedono anche una trasmissione dati più veloce perché tutti i dati passano attraverso uno o più amplificatori di uscita. Confronta le Figure 4 e 6 che mostrano schede con sensori CCD e CMOS rispettivamente.

3. Tecnologia CMOS

All'inizio, per la visualizzazione venivano utilizzati chip CMOS convenzionali, ma la qualità dell'immagine era scarsa a causa della scarsa sensibilità alla luce degli elementi CMOS. I moderni sensori CMOS sono prodotti utilizzando una tecnologia più specializzata, che negli ultimi anni ha portato a un rapido aumento della qualità dell'immagine e della sensibilità alla luce.

I chip CMOS hanno una serie di vantaggi. A differenza dei sensori CCD, i sensori CMOS contengono amplificatori e convertitori analogico-digitale, il che riduce significativamente il costo del prodotto finale, perché contiene già tutti gli elementi necessari per ottenere l'immagine. Ogni pixel CMOS contiene convertitori elettronici. Rispetto ai sensori CCD, i sensori CMOS hanno più funzionalità e possibilità di integrazione più ampie. Altri vantaggi includono letture più veloci, minor consumo energetico, maggiore immunità ai disturbi e dimensioni del sistema più ridotte.

Tuttavia, la presenza di circuiti elettronici all'interno del chip corre il rischio di rumori più strutturati, come le strisce. Anche la calibrazione dei sensori CMOS durante la produzione è più difficile rispetto ai sensori CCD. Fortunatamente, la tecnologia attuale consente di produrre sensori CMOS autocalibranti.

Nei sensori CMOS esiste la possibilità di leggere l'immagine dai singoli pixel, il che rende possibile "finestra" l'immagine, ad es. leggere l'indicazione non dell'intero sensore, ma solo di una certa parte di esso. Pertanto, è possibile ottenere un frame rate più elevato da una parte del sensore per la successiva elaborazione digitale PTZ (pan/tilt/zoom, pan/tilt/zoom). Inoltre, consente di trasmettere più flussi video da un sensore CMOS, simulando più "telecamere virtuali"

4. Telecamere HDTV e megapixel

I sensori megapixel e la televisione ad alta definizione consentono alle telecamere IP digitali di fornire una risoluzione dell'immagine più elevata rispetto alle telecamere CCTV analogiche, ad es. forniscono una grande opportunità per discernere i dettagli e identificare persone e oggetti, un fattore chiave nella videosorveglianza. Una telecamera IP megapixel ha almeno il doppio della risoluzione di una telecamera CCTV analogica. I sensori megapixel sono elementi chiave nella televisione ad alta definizione, nelle fotocamere megapixel e multi-megapixel. E può essere utilizzato per fornire dettagli dell'immagine estremamente elevati e video multi-streaming.

I sensori CMOS megapixel sono più diffusi e molto più economici dei CCD megapixel, sebbene siano disponibili alcuni sensori CMOS piuttosto costosi.

È difficile produrre un sensore CCD megapixel veloce, che ovviamente è uno svantaggio, e quindi è difficile produrre una fotocamera multi-megapixel utilizzando la tecnologia CCD.

La maggior parte dei sensori nelle fotocamere megapixel sono generalmente simili nella dimensione dell'immagine ai sensori VGA, con una risoluzione di 640x480 pixel. Tuttavia, un sensore megapixel contiene più pixel di un sensore VGA, quindi la dimensione di ciascun pixel in un sensore megapixel è inferiore a quella di un pixel in un sensore VGA. La conseguenza di ciò è la minore sensibilità alla luce di ciascun pixel nel sensore megapixel.

In un modo o nell'altro, il progresso non si ferma. I sensori megapixel si stanno sviluppando rapidamente e la loro sensibilità alla luce è in costante aumento.

5. Principali differenze

I sensori CMOS contengono amplificatori, convertitori A/D e spesso microcircuiti per elaborazioni aggiuntive, mentre in una fotocamera con sensore CCD la maggior parte delle funzioni di elaborazione del segnale viene eseguita all'esterno del sensore. I sensori CMOS consumano meno energia rispetto ai sensori CCD, il che significa che è possibile mantenere una temperatura più bassa all'interno della telecamera. L'aumento della temperatura dei sensori CCD può aumentare le interferenze. D'altra parte, i sensori CMOS possono soffrire di rumore strutturato (bande, ecc.).

I sensori CMOS supportano la "finestra" delle immagini e il video multi-stream, cosa non possibile con i sensori CCD. I sensori CCD di solito hanno un convertitore A/D, mentre nei sensori CMOS ogni pixel ne ha uno. La lettura più veloce nei sensori CMOS consente loro di essere utilizzati nella produzione di fotocamere multi-megapixel.

I moderni progressi tecnologici stanno offuscando la differenza di sensibilità alla luce tra i sensori CCD e CMOS.

6. Conclusione

I sensori CCD e CMOS presentano vantaggi e svantaggi diversi, ma la tecnologia è in rapida evoluzione e la situazione è in continua evoluzione. La questione se scegliere una telecamera con un sensore CCD o un sensore CMOS diventa irrilevante. Questa scelta dipende solo dalle esigenze del cliente per la qualità dell'immagine del sistema di videosorveglianza.

I sensori CCD e CMOS sono stati in costante competizione negli ultimi anni. In questo articolo cercheremo di considerare i vantaggi e gli svantaggi di queste tecnologie. CCD-matrix (abbreviato da "dispositivo ad accoppiamento di carica") o CCD-matrix (abbreviato da CCD, "Charge-Coupled Device") è un circuito integrato analogico specializzato costituito da fotodiodi fotosensibili, realizzati sulla base del silicio, utilizzando la tecnologia CCD - caricare i dispositivi accoppiati. In un sensore CCD, la luce (carica) incidente su un pixel del sensore viene trasmessa dal microcircuito attraverso un nodo di uscita o solo alcuni nodi di uscita. Le cariche vengono convertite in livelli di tensione, accumulate e inviate come segnale analogico. Questo segnale viene quindi sommato e convertito in numeri da un convertitore analogico-digitale esterno al sensore. CMOS (logica complementare su transistor metallo-ossido-semiconduttore; CMOS; inglese CMOS, simmetria complementare / semiconduttore metallo-ossido) è una tecnologia per la costruzione di circuiti elettronici. All'inizio, per la visualizzazione venivano utilizzati chip CMOS convenzionali, ma la qualità dell'immagine era scarsa a causa della scarsa sensibilità alla luce degli elementi CMOS. I moderni sensori CMOS sono prodotti utilizzando una tecnologia più specializzata, che negli ultimi anni ha portato a un rapido aumento della qualità dell'immagine e della sensibilità alla luce. I chip CMOS hanno una serie di vantaggi. A differenza dei sensori CCD, i sensori CMOS contengono amplificatori e convertitori analogico-digitale, il che riduce significativamente il costo del prodotto finale, perché contiene già tutti gli elementi necessari per ottenere l'immagine. Ogni pixel CMOS contiene convertitori elettronici. I sensori CMOS hanno più funzionalità e capacità di integrazione più ampie. Uno dei problemi principali quando si utilizzano le matrici CMOS nelle videocamere era la qualità dell'immagine. I CCD hanno fornito e stanno fornendo livelli di rumore inferiori. Di conseguenza, i chip CMOS si comportano molto male in condizioni di scarsa illuminazione rispetto ai chip CCD. E poiché la scarsa illuminazione è una delle principali difficoltà nelle riprese video, questa era la principale barriera all'utilizzo dei sensori CMOS. Tuttavia, l'esperienza di produzione accumulata negli anni di sviluppo CMOS ha reso possibile con ogni nuova generazione di questi sensori di ridurre significativamente il rumore fisso e casuale che influisce sulla qualità dell'immagine. Un altro punto debole del CMOS è la distorsione che appare durante l'acquisizione di un'immagine dinamica a causa della scarsa sensibilità del sensore. Le immagini delle auto possono contenere elementi molto luminosi come i fari, il sole o aree molto scure come le targhe. Per questo motivo è necessaria un'ampia gamma dinamica per gestire scene con forti cali di contrasto. Il sensore CCD ha una buona gamma dinamica, ma l'accesso CMOS ai singoli pixel offre molto più spazio per ottenere una gamma dinamica migliore. Inoltre, quando si utilizzano i CCD, i punti luminosi nella scena possono creare linee verticali nell'immagine e interferire con il riconoscimento della targa a causa di sbiadimento e sfocatura. Nonostante il fatto che i CCD abbiano una caratteristica di sensibilità più elevata, il principale fattore che limita il loro utilizzo è la bassa velocità di lettura della carica e, di conseguenza, l'incapacità di fornire un'elevata velocità di imaging. Maggiore è la risoluzione della matrice, minore è la velocità di imaging. A sua volta, la tecnologia CMOS, combinando un elemento fotosensibile e un microcircuito di elaborazione, consente di ottenere un frame rate elevato anche per sensori da 3 megapixel. Tuttavia, l'uso di sensori CMOS megapixel per telecamere IP nei sistemi di videosorveglianza richiede una compressione efficiente del flusso di dati. Gli algoritmi di compressione più comuni in IP CCTV oggi sono M-JPEG, MPEG4 e H.264. Il primo è spesso implementato direttamente sul sensore CMOS dallo stesso produttore della matrice. Gli algoritmi MPEG4 e H.264 sono più efficienti, ma richiedono un processore potente. Per formare un flusso in tempo reale con una risoluzione di oltre 2 megapixel, le telecamere IP CMOS utilizzano coprocessori che forniscono calcoli aggiuntivi. Attualmente, le telecamere IP basate su sensori CMOS stanno diventando sempre più popolari principalmente grazie al supporto tecnologico dei leader della videosorveglianza IP. Inoltre, il loro costo è superiore a telecamere simili su CCD. Questo nonostante il fatto che la tecnologia CMOS, combinando le parti analogiche e digitali del dispositivo, consenta di creare fotocamere più economiche. La situazione è tale che oggi il costo di una telecamera IP è determinato dalle sue capacità e caratteristiche. La cosa principale non è il tipo di matrice, ma il software implementato dal processore della fotocamera.

Vantaggi delle matrici CCD: basso rumore, alto fattore di riempimento dei pixel (circa il 100%), alta efficienza (il rapporto tra il numero di fotoni registrati e il loro numero totale che cade sull'area sensibile alla luce della matrice, per i CCD - 95 %), alta gamma dinamica (sensibilità), buona sensibilità nella gamma IR.

Svantaggi delle matrici CCD: il complesso principio di lettura del segnale, e quindi la tecnologia, l'alto livello di consumo energetico (fino a 2-5 W), è più costoso da produrre.

Vantaggi delle matrici CMOS: alta velocità (fino a 500 frame / s), basso consumo energetico (quasi 100 volte rispetto al CCD), più economico e più facile da produrre, tecnologia promettente (sullo stesso cristallo, in linea di principio, non costa nulla da implementare tutti i circuiti aggiuntivi necessari: convertitori analogico-digitali, processore, memoria, ottenendo così una fotocamera digitale completa su un chip).

Svantaggi delle matrici CMOS: fattore di riempimento dei pixel basso, che riduce la sensibilità (la superficie effettiva dei pixel è ~ 75%, il resto è occupato dai transistor), livello di rumore elevato (è causato dalle cosiddette correnti di tempo - anche in assenza di illuminazione, una corrente abbastanza significativa scorre attraverso il fotodiodo), la cui lotta complica e aumenta il costo della tecnologia, bassa gamma dinamica.

Come ogni tecnologia, le tecnologie CMOS e CCD presentano vantaggi e svantaggi, che abbiamo cercato di considerare in questo articolo. Quando si scelgono le fotocamere, è necessario tenere conto di tutti i pro e i contro di queste tecnologie, prestando attenzione a parametri quali sensibilità alla luce, ampia gamma dinamica, consumo energetico, livello di rumore e costo della fotocamera.

A questo punto, è diventato ovvio che il CCD offre le migliori prestazioni quando si riprendono oggetti dinamici e di piccole dimensioni, quindi è stato proposto di utilizzarlo per costruire sistemi che richiedono un'elevata qualità dell'immagine: foto e videocamere digitali, apparecchiature mediche, ecc. Il CMOS era il nicchia di dispositivi, per i quali il costo finale è fondamentale: fotocamere economiche, attrezzature per la casa e per ufficio e giocattoli.

L'esperienza costruttiva maturata negli anni di sviluppo CMOS ha permesso ad ogni nuova generazione di questi sensori di ridurre notevolmente il rumore fisso e casuale che incide sulla qualità dell'immagine. Un altro punto debole del CMOS è la distorsione che appare durante l'acquisizione di un'immagine dinamica a causa della scarsa sensibilità del sensore. Nei dispositivi moderni, possono essere evitati e l'acquisizione di immagini senza artefatti speciali è possibile a una velocità di 15-30 fotogrammi / se già i sensori CMOS da 0,3 megapixel sono stati effettivamente eliminati da questo problema.

Tuttavia, la vittoria nella competizione tra le tecnologie, molto probabilmente, risiede nel piano di riduzione dell'area dei pixel. Per avere successo nel mercato da 1 megapixel da 1/4 di pollice, l'area dei pixel non dovrebbe essere superiore a 3 micron2. Con tutti gli sforzi dei produttori di CMOS, non possono ancora soddisfare tali requisiti, quindi, secondo gli esperti, almeno nel prossimo futuro il CCD dominerà questa nicchia.

Molti dei principali produttori di componenti producono sia sensori CMOS che CCD. Ad esempio, Sharp, il più grande fornitore al mondo di moduli per l'acquisizione di immagini (sia CCD che CMOS), considera il 2003 l'epoca d'oro della tecnologia CCD.

I vantaggi delle matrici CCD includono:

1. Basso livello di rumorosità.

2. Fattore di riempimento pixel elevato (circa 100%).

3. Alta efficienza (il rapporto tra il numero di fotoni registrati e il loro numero totale che colpisce l'area sensibile alla luce della matrice, per CCD - 95%).

4. Alta gamma dinamica (sensibilità).

Gli svantaggi delle matrici CCD includono:

1. Il complesso principio della lettura del segnale, e quindi la tecnologia.

2. Alto livello di consumo energetico (fino a 2-5W).

3. Più costoso da produrre.

Vantaggi delle matrici CMOS:

1. Alte prestazioni (fino a 500 fotogrammi/s).

2. Basso consumo energetico (quasi 100 volte rispetto al CCD).

3. Più economico e più facile da produrre.

4. La prospettiva della tecnologia (sullo stesso cristallo, in linea di principio, non costa nulla implementare tutti i circuiti aggiuntivi necessari: convertitori analogico-digitali, processore, memoria, ottenendo così una fotocamera digitale completa su un cristallo. Dal modo, un tale dispositivo è stato creato dal 2002 sono trattati congiuntamente da Samsung Electronics e Mitsubishi Electric).

Gli svantaggi delle matrici CMOS includono

1. Basso fattore di riempimento dei pixel, che riduce la sensibilità (la superficie effettiva dei pixel è ~ 75%, il resto è occupato dai transistor).

2. Elevato livello di rumore (è causato dalle cosiddette correnti di tempo - anche in assenza di illuminazione, una corrente abbastanza significativa scorre attraverso il fotodiodo), la cui lotta complica e aumenta il costo della tecnologia.

3. Bassa gamma dinamica.

Informazioni generali sulle fotocamere con sensore SONY

Sony Corporation è stata la prima ad applicare il principio della digitalizzazione del segnale CCD (CCD) della matrice con la sua successiva elaborazione digitale utilizzando un processore in una telecamera CCTV (videocamera) - DSP (processore di segnale digitale - Processore di segnale digitale). È successo nel 1997 con l'uscita del primo DSP della serie SS. Grazie alla sua alta qualità e affidabilità, le telecamere basate su di esso hanno guadagnato popolarità in tutto il mondo e il nuovo principio di elaborazione delle immagini a colori è diventato lo standard per la costruzione di telecamere CCTV nel corso degli anni. Il cuore di queste telecamere CCTV è una matrice CCD (CCD) 760H con 752x582 pixel effettivi in ​​orizzontale e in verticale, rispettivamente. Questo formato a matrice è stato a lungo utilizzato nelle telecamere ad alta definizione, comprese le telecamere 480 TVL, 500 TVL, 520 TVL e 540 TVL. Come si ottiene una risoluzione orizzontale maggiore di 600 TVL su una matrice classica? La risposta è semplice: come tutti i precedenti aumenti di risoluzione, a partire da 480 TVL e terminando con 540 TVL, sono stati effettuati tramite l'uso di un processore di segnale di immagine video più efficiente - ISP (Image Signal Processor). Le telecamere con una risoluzione di 600 TVL utilizzano un processore video di quarta generazione, caratterizzato da una maggiore digitalizzazione del segnale video catturato dalla matrice CCD a colori, risposta in frequenza estesa dei percorsi di elaborazione video e capacità di generare segnali di uscita CSVB o S-Video utilizzando convertitori digitale-analogico (DAC) integrati nel processore. ... Come tutti i processori precedenti, il nuovo ISP esegue l'elaborazione delle immagini digitali e implementa una serie di funzioni già tradizionali per le telecamere TVCC, ovvero:

• DN (giorno-notte) - "giorno-notte"- formazione di un'immagine in bianco e nero a scarsa illuminazione con la possibilità di regolare soglie e ritardi nella transizione tra le modalità bianco e nero e colore
• AE (Automatic Exposition): un otturatore elettronico consente di mantenere una luminosità dell'immagine costante indipendentemente dall'illuminazione della scena osservata
• AGC (Automatic Gain Control) - il controllo automatico del guadagno in modalità notturna garantisce la formazione di un'immagine luminosa e riconoscibile in condizioni di scarsa illuminazione e di lavoro notturno
• BLC (Back Light Compensation) - compensazione della retroilluminazione con la possibilità di regolare fino a 4 zone, con l'impostazione del livello di luminosità in ciascuna di esse rispetto al livello di luminosità generale dell'immagine (per telecamere con OSD), che consente, ad esempio, per compensare l'eccessiva luminosità delle finestre sullo sfondo generale della stanza regolando il contrasto e la chiarezza dell'immagine

Un'ampia gamma di parametri di elaborazione video consente di personalizzare la telecamera e ottenere l'immagine perfetta in qualsiasi condizione operativa: in ambienti bui e luminosi, all'aperto e al chiuso, quando si lavora in controluce e in scene con un'ampia gamma di luminosità, nonché in completa oscurità quando si utilizza la retroilluminazione a infrarossi (IR).

Oggi la società SONY produce la seguente gamma di matrici CCD per telecamere analogiche a colori per motivi di sicurezza, progettate per funzionare nello standard PAL.

CCD a colori SONY:

La matrice è l'elemento strutturale principale della fotocamera e uno dei parametri chiave presi in considerazione dall'utente quando sceglie una fotocamera. Le matrici delle moderne fotocamere digitali possono essere classificate secondo diversi segni, ma il principale e più comune è anche la divisione delle matrici per metodo di rilevamento della carica, su: matrici Ccd digita e CMOS matrici. In questo articolo considereremo i principi di funzionamento, nonché i vantaggi e gli svantaggi di questi due tipi di matrici, poiché sono comunemente usati nelle moderne apparecchiature fotografiche e video.

matrice CCD

La matrice Ccd chiamato anche CCD(Dispositivi con connessione di ricarica). CCD la matrice è una lastra rettangolare di elementi fotosensibili (fotodiodi) situata su un cristallo di silicio semiconduttore. Il principio della sua azione si basa sul movimento linea per linea delle cariche che si sono accumulate negli spazi formati dai fotoni negli atomi di silicio. Cioè, quando si scontra con un fotodiodo, viene assorbito un fotone di luce e viene rilasciato un elettrone (si verifica un effetto fotoelettrico interno). Di conseguenza, si forma un addebito, che deve essere in qualche modo archiviato per ulteriori elaborazioni. A tale scopo, un semiconduttore è incorporato nel substrato di silicio della matrice, su cui è posizionato un elettrodo di silicio policristallino trasparente. E come risultato dell'applicazione di un potenziale elettrico a un dato elettrodo nella zona di esaurimento sotto il semiconduttore, si forma un cosiddetto pozzo di potenziale, in cui viene immagazzinata la carica ricevuta dai fotoni. Quando la carica elettrica viene letta dalla matrice, le cariche (immagazzinate in pozzetti di potenziale) vengono trasferite lungo gli elettrodi di trasferimento fino al bordo della matrice (serial shift register) e verso l'amplificatore, che amplifica il segnale e lo trasmette all'analogico -to-digital converter (ADC), da cui il segnale convertito viene inviato al processore, che elabora il segnale e salva l'immagine risultante sulla scheda di memoria .

Per la produzione di CCD vengono utilizzati fotodiodi in polisilicio. Tali matrici sono di piccole dimensioni e consentono di ottenere foto di alta qualità durante le riprese in condizioni di illuminazione normali.

Vantaggi dei CCD:

1. Il design della matrice prevede un'elevata densità di posizionamento delle fotocellule (pixel) sul substrato;
2. Alta efficienza (il rapporto tra i fotoni registrati e il loro numero totale è di circa il 95%);
3. Alta sensibilità;
4. Buona resa cromatica (con illuminazione sufficiente).

Svantaggi dei CCD:

1. Elevato livello di rumore ad alti ISO (a bassi ISO, il livello di rumore è moderato);
2. Bassa velocità operativa rispetto alle matrici CMOS;
3. Elevato consumo energetico;
4. Tecnologia più complessa per la lettura del segnale, poiché sono necessari molti microcircuiti di controllo;
5. La produzione è più costosa delle matrici CMOS.

Matrice CMOS

Matrice CMOS, o Sensore CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductors) utilizza sensori puntiformi attivi. A differenza dei CCD, i CMOS contengono un transistor separato in ciascun elemento fotosensibile (pixel), a seguito del quale la conversione della carica viene eseguita direttamente nel pixel. La carica risultante può essere letta singolarmente da ciascun pixel, quindi non è necessario trasferire la carica (come accade nei CCD). Il sensore Pixel CMOS si integra direttamente con un convertitore A/D o anche con un processore. Il risultato di questa tecnologia intelligente è il risparmio energetico dovuto a catene di processo più brevi rispetto ai CCD, nonché un costo inferiore del dispositivo grazie a un design più semplice.

Un breve principio di funzionamento del sensore CMOS: 1) Prima dello scatto, viene inviato un segnale di ripristino al transistor di ripristino. 2) Durante l'esposizione, la luce penetra attraverso la lente e filtra sul fotodiodo e, per effetto della fotosintesi, si accumula una carica nel pozzetto potenziale. 3) Viene letto il valore della tensione ricevuta. 4) Elaborazione dati e salvataggio immagini.

Vantaggi degli array CMOS:

1. Basso consumo energetico (soprattutto in modalità standby);
2. Alte prestazioni;
3. Richiede minori costi di produzione, a causa della somiglianza della tecnologia con la produzione di microcircuiti;
4. Unità della tecnologia con altri elementi digitali, che consente di combinare parti analogiche, digitali e di elaborazione su un cristallo (ovvero, oltre a catturare la luce in un pixel, è possibile convertire, elaborare e pulire il segnale dal rumore).
5. La possibilità di accedere in modo casuale a ciascun pixel o gruppo di pixel, che può ridurre le dimensioni dell'immagine acquisita e aumentare la velocità di lettura.

Svantaggi dei sensori CMOS:

1. Un fotodiodo occupa una piccola area di pixel, di conseguenza si ottiene una bassa sensibilità alla luce della matrice, ma nelle moderne matrici CMOS questo meno è praticamente eliminato;
2. Rumore termico dal riscaldamento dei transistor all'interno del pixel durante la lettura.
3. Dimensioni relativamente grandi, l'attrezzatura per il fluoro con questo tipo di matrice si distingue per il suo peso e le sue dimensioni elevate.

Oltre ai suddetti tipi, esistono anche matrici a tre strati, ogni strato delle quali è un CCD. La differenza è che le cellule possono percepire contemporaneamente tre colori, che sono formati da prismi dicroidi quando un raggio di luce le colpisce. Quindi ogni raggio viene diretto a una matrice separata. Di conseguenza, sulla fotocellula viene immediatamente rilevata la luminosità dei colori blu, rosso e verde. Le matrici a tre strati sono utilizzate nelle videocamere di alto livello, che hanno una designazione speciale - 3CCD.

Riassumendo, vorrei sottolineare che con lo sviluppo delle tecnologie per la produzione di matrici CCD e CMOS, cambiano anche le loro caratteristiche, quindi è sempre più difficile dire quale delle matrici sia decisamente migliore, ma allo stesso tempo , le matrici CMOS stanno diventando sempre più popolari nella produzione di fotocamere reflex. In base alle caratteristiche dei vari tipi di matrici, è possibile avere un'idea chiara del perché un'attrezzatura fotografica professionale che fornisce riprese di alta qualità è piuttosto ingombrante e pesante. Questa informazione deve essere ricordata quando si sceglie una fotocamera, ovvero tenere conto delle dimensioni fisiche della matrice e non del numero di pixel.