Dallimi midis matricave CCD dhe CMOS. Cila matricë është më e mirë - CCD ose CMOS

25.08.2019 Programet

Shumica e pajisjeve dixhitale moderne për shkrepjen e fotografive dhe videove përdorin dy lloje sensorë - CCD dhe CMOS.

CCD - pajisje e lidhur me ngarkesë (ose CCD - pajisje me reagime karikimi).

CMOS - gjysmëpërçues metal-oksid-gjysëmpërçues plotësues (ose - logjikë plotësuese në transistorët metal-oksid-gjysmëpërçues, CMOS).

Në një aparat fotografik dixhital ose videokamera, matrica është një analog i një filmi foto-video. Por ndryshe nga filmat, matrica nuk është e disponueshme, nuk është e mbuluar me një emulsion të veçantë që hyn në një reaksion kimik me dritën, nuk ruan kornizën e përfunduar.

Matrica është një pajisje elektronike e teknologjisë së lartë, funksioni kryesor i së cilës është dixhitalizimi i dritës që bie në sipërfaqen e saj përmes thjerrëzave. Pas kësaj, kjo dritë e dixhitalizuar konvertohet në një nga formatet dixhitale të njohura dhe ruhet në një hard disk, ose në një pajisje tjetër të destinuar për këtë.

Matricat e bëra duke përdorur teknologjinë CCD (ose CCD) ndryshojnë nga matricat e bëra duke përdorur teknologjinë CMOS (ose CMOS) në disa parametra kyç. Para së gjithash, është interpretimi i ngjyrave. Besohet se është më mirë në CCD. Megjithatë, përgjithësisht pranohet se CCD-të janë shumë më të zhurmshëm se homologët e tyre CMOS, edhe në vlerat mesatare ISO. Prandaj, shumica e kamerave dixhitale moderne janë të pajisura me matrica CMOS. Përveç kësaj, CCD-të janë më të shtrenjtë për t'u prodhuar dhe gjithashtu konsumojnë shumë më tepër energji sesa CMOS.
Dallimi kryesor midis teknologjive është parimi i përgjigjes së sipërfaqes ndaj një sinjali. Me fjalë të tjera, matrica CCD përpunon të gjithë dritën që e godet atë në tërësinë e saj. Dhe matrica CMOS - në pjesë - secili pixel veç e veç. Falë teknologjisë inovative Active Pixel Sensors (APS), ku me ndihmën e amplifikatorëve transistor të lidhur me çdo piksel, cilësia e riprodhimit të ngjyrave të matricave CMOS është shumë afër nivelit të matricave CCD.

Videokamerë me tre matricë />

Për filmimin video, preferohet të zgjidhni pajisje të bazuara në matricat CCD. Ky lloj sensori është shumë më i mirë në kapjen e imazheve në lëvizje, të cilat nuk mund të vazhdojnë me sensorët CMOS më të ngadalshëm teknologjikisht. Disa, duke përfshirë ato për fotografinë amatore, janë të pajisura me tre matrica CCD menjëherë - secila prej të cilave është konfiguruar për të rregulluar një ngjyrë të veçantë nga modeli RGB. Këto videokamera kanë riprodhim të përmirësuar të ngjyrave dhe cilësi të përmirësuar të videos. Shumica e video kamerave dixhitale profesionale janë të pajisura me saktësisht tre matrica CCD.

Për fotografinë, përkundrazi, kamerat që punojnë në matricat CMOS janë më të përshtatshme.

1. Hyrje në Sensorët e Imazhit

Kur imazhi merret përmes thjerrëzave të një videokamere, drita kalon nëpër lentet dhe godet sensorin e imazhit. Një sensor imazhi, ose matricë, përbëhet nga shumë elementë, të quajtur edhe pikselë, që regjistrojnë sasinë e dritës që i godet. Sasia e marrë e dritës shndërrohet me pikselë në numrin përkatës të elektroneve. Sa më shumë dritë të bjerë në një piksel, aq më shumë elektrone do të gjenerojë. Elektronet shndërrohen në tension dhe më pas shndërrohen në numra sipas vlerave të ADC (Konvertuesi Analog në Dixhital, Konvertuesi A/D). Një sinjal i përbërë nga numra të tillë përpunohet nga qarqet elektronike brenda kamerës.

Aktualisht, ekzistojnë dy teknologji kryesore që mund të përdoren për të krijuar një sensor imazhi brenda kamerës, ato janë CCD (Pajisja e çiftuar me karikim) dhe CMOS (Gjysmëpërçuesi Komplimentar Oksid Metal). Karakteristikat, avantazhet dhe disavantazhet e tyre do të diskutohen në këtë artikull. Figura më poshtë tregon sensorët e imazhit CCD (lart) dhe CMOS (poshtë).

Filtrimi i ngjyrave... Siç u përshkrua më lart, sensorët e imazhit regjistrojnë sasinë e dritës që bie mbi to, nga drita në errësirë, por pa informacion për ngjyrat. Për shkak se sensorët e imazhit CMOS dhe CCD "nuk shohin ngjyrën", një filtër vendoset përpara çdo sensori për të caktuar një ton ngjyrash për çdo piksel në sensor. Dy metodat kryesore të regjistrimit të ngjyrave janë RGB (Red-Greed-Blue) dhe CMYG (Cyan-Magenta-Yellow-Green). E kuqja, jeshile dhe blu janë ngjyrat kryesore, dhe kombinimet e tyre të ndryshme mund të përbëjnë shumicën e ngjyrave të perceptuara nga syri i njeriut.

Filtri Bayer (ose grupi Bayer), i përbërë nga rreshta të alternuar filtrash kuq-jeshile dhe blu-jeshile, është filtri më i zakonshëm me ngjyra RGB (shih Fig. 2). Filtri Bayer përmban dyfishin e numrit të "qelizave" të gjelbra syri i njeriut është më i ndjeshëm ndaj jeshiles sesa ndaj të kuqes ose blusë. Do të thotë gjithashtu se me këtë raport ngjyrash në filtër, syri i njeriut do të shohë më shumë detaje sesa nëse tre ngjyra do të përdoreshin në përmasa të barabarta në filtër.

Një mënyrë tjetër për të filtruar (ose regjistruar) ngjyrën është përdorimi i ngjyrave plotësuese si cyan, magenta dhe e verdha. Një filtër plotësues me ngjyra zakonisht kombinohet me një filtër me ngjyrë të gjelbër në formën e një grupi me ngjyra CMYG, siç tregohet në Figurën 2 (djathtas). Një filtër me ngjyra CMYG zakonisht ofron një sinjal më të lartë piksel sepse ka një gjerësi brezi më të gjerë spektral. Sidoqoftë, sinjali duhet të konvertohet në RGB për t'u përdorur në imazhin përfundimtar, i cili kërkon përpunim shtesë dhe krijon zhurmë. Kjo rezulton në një raport më të ulët sinjal-zhurmë, kjo është arsyeja pse sistemet CMYG në përgjithësi nuk janë aq të mira në paraqitjen e ngjyrave.

Filtri i ngjyrave CMYG përdoret zakonisht në sensorët e imazhit të ndërthurur, ndërsa sistemet RGB përdoren kryesisht në sensorët e imazhit të skanimit progresiv.

2. Teknologjia CCD

Në një sensor CCD, drita (ngarkesa) e incidentit në një piksel sensor transmetohet nga mikroqarku përmes një nyje dalëse, ose përmes vetëm disa nyjeve dalëse. Ngarkesat konvertohen në nivele të tensionit, grumbullohen dhe dërgohen si një sinjal analog. Ky sinjal më pas përmblidhet dhe konvertohet në numra nga një konvertues analog në dixhital jashtë sensorit (shih Fig. 3).

Teknologjia CCD u shpik posaçërisht për përdorim në kamerat video, dhe sensorët CCD kanë qenë në përdorim për 30 vjet. Tradicionalisht, sensorët CCD kanë një sërë avantazhesh ndaj sensorëve CMOS, përkatësisht ndjeshmëri më të mirë ndaj dritës dhe nivel më të ulët të zhurmës. Kohët e fundit, megjithatë, dallimet mezi kanë qenë të dukshme.

Disavantazhet e sensorëve CCD janë se ata janë komponentë analogë, që kërkojnë më shumë elektronikë "pranë" sensorit, ata janë më të shtrenjtë për t'u prodhuar dhe mund të konsumojnë deri në 100 herë më shumë energji se sensorët CMOS. Rritja e konsumit të energjisë mund të çojë gjithashtu në një rritje të temperaturës në vetë kamerën, e cila ndikon negativisht jo vetëm në cilësinë e imazhit dhe rrit koston e produktit përfundimtar, por edhe ndikimin mjedisor.

Sensorët CCD gjithashtu kërkojnë transmetim më të shpejtë të të dhënave sepse të gjitha të dhënat kalojnë përmes vetëm një ose më shumë amplifikatorëve dalës. Krahasoni figurat 4 dhe 6 që tregojnë bordet me sensorë CCD dhe CMOS respektivisht.

3. Teknologjia CMOS

Në ditët e para, çipat konvencionalë CMOS u përdorën për shfaqje, por cilësia e figurës ishte e dobët për shkak të ndjeshmërisë së ulët ndaj dritës së elementeve CMOS. Sensorët modernë CMOS prodhohen duke përdorur teknologji më të specializuar, e cila ka çuar në një rritje të shpejtë të cilësisë së imazhit dhe ndjeshmërisë ndaj dritës vitet e fundit.

Çipat CMOS kanë një sërë përparësish. Ndryshe nga sensorët CCD, sensorët CMOS përmbajnë përforcues dhe konvertues analog në dixhital, gjë që ul ndjeshëm koston e produktit përfundimtar, sepse ai tashmë përmban të gjithë elementët e nevojshëm për të marrë imazhin. Çdo piksel CMOS përmban konvertues elektronikë. Krahasuar me sensorët CCD, sensorët CMOS kanë më shumë funksionalitet dhe mundësi më të gjera integrimi. Përparësi të tjera përfshijnë lexime më të shpejta, konsum më të ulët të energjisë, imunitet më të lartë ndaj zhurmës dhe një madhësi më të vogël të sistemit.

Megjithatë, prania e qarqeve elektronike brenda çipit rrezikon zhurmën më të strukturuar, të tilla si vija. Kalibrimi i sensorëve CMOS gjatë prodhimit është gjithashtu më i vështirë sesa me sensorët CCD. Për fat të mirë, teknologjia aktuale po bën të mundur prodhimin e sensorëve CMOS vetë-kalibrues.

Në sensorët CMOS ekziston mundësia e leximit të imazhit nga pikselët individualë, gjë që bën të mundur "dritaren" e imazhit, d.m.th. për të lexuar treguesin jo të të gjithë sensorit, por vetëm të një pjese të caktuar të tij. Kështu, ju mund të merrni një shkallë më të lartë të kuadrove nga një pjesë e sensorit për përpunimin e mëvonshëm dixhital PTZ (pan / anim / zmadhim, pan / anim / zmadhim). Përveç kësaj, bën të mundur transmetimin e disa transmetimeve video nga një sensor CMOS, duke simuluar disa "kamera virtuale"

4.Kamera HDTV dhe megapiksel

Sensorët megapikselë dhe televizioni me definicion të lartë lejojnë që kamerat IP dixhitale të ofrojnë rezolucion më të lartë të imazhit se kamerat analoge CCTV, d.m.th. ato ofrojnë një mundësi të shkëlqyer për të dalluar detajet dhe për të identifikuar njerëzit dhe objektet - një faktor kyç në vëzhgimin me video. Një kamerë IP megapiksel ka të paktën dy herë rezolucionin e një aparati CCTV analog. Sensorët megapikselë janë elementë kryesorë në televizionet me definicion të lartë, kamerat me megapikselë dhe me shumë megapiksel. Dhe mund të përdoret për të ofruar detaje jashtëzakonisht të larta të imazhit dhe video me shumë transmetime.

Sensorët CMOS megapikselë janë më të përhapur dhe shumë më të lirë se CCD megapikselë, megjithëse ka disa sensorë CMOS mjaft të shtrenjtë në dispozicion.

Është e vështirë të prodhosh një sensor CCD të shpejtë megapiksel, që sigurisht është një disavantazh, dhe për këtë arsye është e vështirë të prodhosh një kamerë me shumë megapiksel duke përdorur teknologjinë CCD.

Shumica e sensorëve në kamerat megapikselë janë përgjithësisht të ngjashëm në madhësinë e imazhit me sensorët VGA, me një rezolucion prej 640x480 piksele. Megjithatë, një sensor megapiksel përmban më shumë piksel se një sensor VGA, kështu që madhësia e çdo piksel në një sensor megapiksel është më e vogël se një piksel në një sensor VGA. Pasoja e kësaj është ndjeshmëria më e ulët ndaj dritës e secilit piksel në sensorin megapiksel.

Në një mënyrë apo tjetër, përparimi nuk qëndron ende. Sensorët megapiksel po zhvillohen me shpejtësi dhe ndjeshmëria e tyre ndaj dritës po rritet vazhdimisht.

5. Dallimet kryesore

Sensorët CMOS përmbajnë amplifikues, konvertues A/D dhe shpesh mikroqarqe për përpunim shtesë, ndërsa në një aparat fotografik me sensor CCD, shumica e funksioneve të përpunimit të sinjalit kryhen jashtë sensorit. Sensorët CMOS konsumojnë më pak energji se sensorët CCD, që do të thotë se brenda kamerës mund të mbahet një temperaturë më e ulët. Rritja e temperaturës së sensorëve CCD mund të rrisë ndërhyrjen. Nga ana tjetër, sensorët CMOS mund të vuajnë nga zhurma e strukturuar (bandat, etj.).

Sensorët CMOS mbështesin "windowing" të imazhit dhe video me shumë transmetime, gjë që nuk është e mundur me sensorët CCD. Sensorët CCD zakonisht kanë një konvertues A/D, ndërsa në sensorët CMOS çdo piksel ka një. Leximi më i shpejtë në sensorët CMOS i lejon ata të përdoren në prodhimin e kamerave me shumë megapiksel.

Përparimet moderne teknologjike po mjegullojnë ndryshimin në ndjeshmërinë ndaj dritës midis sensorëve CCD dhe CMOS.

6. Përfundim

Sensorët CCD dhe CMOS kanë avantazhe dhe disavantazhe të ndryshme, por teknologjia po evoluon me shpejtësi dhe situata po ndryshon vazhdimisht. Çështja nëse duhet zgjedhur një aparat fotografik me një sensor CCD ose një sensor CMOS bëhet i parëndësishëm. Kjo zgjedhje varet vetëm nga kërkesat e klientit për cilësinë e imazhit të sistemit të mbikëqyrjes video.

Një CCD është një pajisje e lidhur me ngarkesë. Kjo lloj matrice fillimisht u konsiderua si e cilësisë më të lartë, por edhe më e shtrenjtë dhe me energji intensive. Nëse prezantoni me pak fjalë parimin bazë të funksionimit të matricës CCD, atëherë ata mbledhin të gjithë pamjen në një version analog dhe vetëm atëherë dixhitalizohen.

Ndryshe nga matricat CCD, matricat CMOS (gjysmëpërçues metal-oksid-plotësues, CMOS), digjitalizojnë çdo piksel në vend. Matricat CMOS fillimisht ishin më pak konsumuese të energjisë dhe të lira, veçanërisht në prodhimin e matricave të mëdha, por ato ishin inferiore ndaj matricave CCD në cilësi.

Përparësitë e matricave CCD përfshijnë:

Niveli i ulët i zhurmës.
Faktori i lartë i mbushjes së pikselit (rreth 100%).
Efikasitet i lartë (raporti i numrit të fotoneve të regjistruar me numrin e tyre total që godet zonën e ndjeshme ndaj dritës të matricës, për një CCD - 95%).
Gama e lartë dinamike (ndjeshmëri).

Disavantazhet e matricave CCD përfshijnë:

Parimi kompleks i leximit të sinjalit, dhe për këtë arsye teknologjia.
Niveli i lartë i konsumit të energjisë (deri në 2-5W).
Më e shtrenjtë për t'u prodhuar.

Përparësitë e matricave CMOS:

Performancë e lartë (deri në 500 korniza / s).
Konsumi i ulët i energjisë (pothuajse 100 herë në krahasim me CCD).
Më e lirë dhe më e lehtë për t'u prodhuar.
Perspektiva e teknologjisë (në të njëjtin kristal, në parim, nuk kushton asgjë për të zbatuar të gjitha qarqet shtesë të nevojshme: konvertuesit analog në dixhital, procesor, memorie, duke marrë kështu një aparat fotografik dixhital të plotë në një kristal. Samsung Electronics dhe Mitsubishi elektrike).

Disavantazhet e matricave CMOS përfshijnë

Faktori i ulët i mbushjes së pikselit, i cili redukton ndjeshmërinë (sipërfaqja efektive e pikselit ~ 75%, pjesa tjetër është e zënë nga transistorët).
Niveli i lartë i zhurmës (është për shkak të të ashtuquajturave rryma tempo - edhe në mungesë të ndriçimit, një rrymë mjaft domethënëse rrjedh nëpër fotodiodë), lufta kundër së cilës ndërlikon dhe rrit koston e teknologjisë.
Gama e ulët dinamike.

Hyrje në Sensorët e Imazhit

Kur imazhi merret përmes thjerrëzave të një videokamere, drita kalon nëpër lentet dhe godet sensorin e imazhit. Një sensor imazhi, ose matricë, përbëhet nga shumë elementë, të quajtur edhe pikselë, që regjistrojnë sasinë e dritës që bie mbi to. Sasia e marrë e dritës shndërrohet me pikselë në numrin përkatës të elektroneve. Sa më shumë dritë të bjerë në një piksel, aq më shumë elektrone do të gjenerojë. Elektronet konvertohen në tension dhe më pas shndërrohen në numra, sipas vlerave të ADC (Konvertuesi Analog në Dixhital, Konvertuesi A/D). Një sinjal i përbërë nga numra të tillë përpunohet nga qarqet elektronike brenda kamerës.

Filtrimi i ngjyrave... Siç u përshkrua tashmë më lart, sensorët e imazhit regjistrojnë sasinë e dritës që bie mbi to, nga drita në errësirë, por pa informacion për ngjyrat. Për shkak se sensorët e imazhit CMOS dhe CCD "nuk shohin ngjyrën", një filtër vendoset përpara çdo sensori për të caktuar një ton ngjyrash për çdo piksel në sensor. Dy metodat kryesore të regjistrimit të ngjyrave janë RGB (Red-Greed-Blue) dhe CMYG (Cyan-Magenta-Yellow-Green). E kuqja, jeshile dhe blu janë ngjyrat kryesore, dhe kombinimet e tyre të ndryshme mund të përbëjnë shumicën e ngjyrave të perceptuara nga syri i njeriut.

Filtri Bayer (ose grupi Bayer), i përbërë nga rreshta të alternuar filtrash kuq-jeshile dhe blu-jeshile, është filtri më i zakonshëm me ngjyra RGB (shih Fig. 2). Filtri Bayer përmban dyfishin e numrit të "qelizave" të gjelbra syri i njeriut është më i ndjeshëm ndaj jeshiles sesa ndaj të kuqes ose blusë. Kjo do të thotë gjithashtu se me këtë raport ngjyrash në filtër, syri i njeriut do të shohë më shumë detaje sesa nëse tre ngjyra do të përdoreshin në përmasa të barabarta në filtër.

Një mënyrë tjetër për të filtruar (ose regjistruar) ngjyrën është përdorimi i ngjyrave plotësuese si cyan, magenta dhe e verdha. Një filtër plotësues me ngjyra zakonisht kombinohet me një filtër me ngjyrë të gjelbër në formën e një grupi me ngjyra CMYG, siç tregohet në Figurën 2 (djathtas). Një filtër me ngjyra CMYG zakonisht ofron një sinjal më të lartë piksel sepse ka një gjerësi brezi më të gjerë spektral. Sidoqoftë, sinjali duhet të konvertohet në RGB për t'u përdorur në imazhin përfundimtar, i cili kërkon përpunim shtesë dhe krijon zhurmë. Pasoja e kësaj është një rënie në raportin sinjal-zhurmë, kjo është arsyeja pse sistemet CMYG, si rregull, nuk janë aq të mira në paraqitjen e ngjyrave.

Filtri i ngjyrave CMYG përdoret zakonisht në sensorët e imazhit të ndërthurur, ndërsa sistemet RGB përdoren kryesisht në sensorët e imazhit të skanimit progresiv.

Matrica fotosensitive është elementi më i rëndësishëm i kamerës. Është ajo që e shndërron dritën që bie mbi të përmes thjerrëzave në sinjale elektrike. Matrica përbëhet nga pikselë - elementë individualë të ndjeshëm ndaj dritës. Në matricat moderne, numri i përgjithshëm i elementeve fotosensitive arrin në 10 milion për pajisjet amatore dhe 17 milion për ato profesionale. Një sensor N megapiksel përmban N milion piksele. Sa më shumë piksel të ketë sensori, aq më e detajuar është fotografia.

Çdo element fotosensiv është një kondensator i ngarkuar me dritë. Kondensatori është i ngarkuar sa më shumë, aq më e ndritshme është drita që bie mbi të, ose sa më gjatë të jetë i ekspozuar ndaj dritës. Problemi është se ngarkesa e një kondensatori mund të ndryshojë jo vetëm nën ndikimin e dritës, por edhe nga lëvizja termike e elektroneve në materialin e matricës. Më shumë elektrone termike futen në disa pikselë, më pak në disa. Rezultati është zhurma dixhitale. Nëse shkrepni, për shembull, një qiell blu, në foto mund të duket sikur përbëhet nga pikselë me ngjyra paksa të ndryshme, dhe një fotografi e bërë me lentet e mbyllura nuk do të përbëhet vetëm nga pika të zeza. Sa më e vogël të jetë madhësia gjeometrike e matricës me një numër të barabartë megapikselësh, aq më e lartë është zhurma e saj, aq më e keqe është cilësia e imazhit.

Për pajisjet dixhitale kompakte, madhësia e matricës zakonisht tregohet si një fraksion dhe matet në inç. Shtë interesante, nëse përpiqeni të llogaritni këtë fraksion dhe ta shndërroni atë nga inç në milimetra, vlera që rezulton nuk do të përkojë me dimensionet reale të matricës. Kjo kontradiktë lindi historikisht, kur madhësia e pajisjes transmetuese televizive (vidicon) u caktua në mënyrë të ngjashme. Për kamerat dixhitale SLR, madhësia e matricës ose tregohet drejtpërdrejt në milimetra, ose shënohet si faktor i prerjes - një numër që tregon se sa herë kjo madhësi është më e vogël se një kornizë e filmit standard 24x36 mm.

Një veçori tjetër e rëndësishme e matricave është se një matricë me N megapiksel në të vërtetë përmban N megapiksel, dhe për më tepër, imazhi nga kjo matricë gjithashtu përbëhet nga N megapiksel. Çfarë është kaq e çuditshme, ju thoni? Dhe gjëja e çuditshme është se në imazh, çdo piksel përbëhet nga tre ngjyra, e kuqe, jeshile dhe blu. Duket se në matricë, çdo piksel duhet të përbëhet nga tre elementë të ndjeshëm ndaj dritës, përkatësisht, e kuqe, jeshile dhe blu. Megjithatë, në realitet nuk është kështu. Çdo piksel përbëhet nga vetëm një element. Atëherë nga vjen ngjyra? Në fakt, një filtër aplikohet në çdo piksel në atë mënyrë që çdo piksel të perceptojë vetëm njërën nga ngjyrat. Filtrat alternojnë - pikseli i parë percepton vetëm të kuqe, i dyti vetëm jeshil dhe i treti vetëm blu. Pas leximit të informacionit nga matrica, ngjyra për çdo piksel llogaritet nga ngjyrat e këtij piksel dhe fqinjëve të tij. Sigurisht, kjo metodë shtrembëron pak imazhin, por algoritmi për llogaritjen e ngjyrës është krijuar në atë mënyrë që ngjyra e detajeve të vogla mund të shtrembërohet, por jo shkëlqimi i tyre. Dhe për syrin e njeriut, duke parë foton, është më e rëndësishme shkëlqimi dhe jo ngjyra e këtyre detajeve, prandaj këto shtrembërime janë praktikisht të padukshme. Kjo strukturë quhet modeli Bayer sipas emrit të inxhinierit të Kodak që patentoi këtë strukturë filtri.

Shumica e sensorëve modernë të imazhit të përdorur në kamerat dixhitale kompakte kanë dy ose tre mënyra funksionimi. Modaliteti kryesor përdoret për fotografim dhe ju lejon të lexoni nga matrica një imazh me rezolucionin maksimal. Kjo mënyrë kërkon mungesën e ndonjë ndriçimi të matricës gjatë leximit të kornizës, e cila nga ana tjetër kërkon praninë e detyrueshme të një grila mekanike. Një tjetër modalitet me shpejtësi të lartë ju lejon të lexoni imazhin e plotë nga matrica me një frekuencë prej 30 herë në sekondë, por me një rezolucion të reduktuar. Ky modalitet nuk kërkon një grilë mekanike dhe përdoret për pamje paraprake dhe regjistrim video. Mënyra e tretë ju lejon të lexoni imazhin dy herë më shpejt, por jo nga e gjithë zona e matricës. Ky modalitet përdoret për funksionimin e fokusimit automatik. Matricat e përdorura në kamerat dixhitale DSLR nuk kanë modalitete me shpejtësi të lartë.

Por jo të gjitha matricat e ndjeshme ndaj dritës janë krijuar në këtë mënyrë. Sigma prodhon matricat Foveon, në të cilat çdo piksel në të vërtetë përbëhet nga tre elementë të ndjeshëm ndaj qirinjve. Këto matrica kanë dukshëm më pak megapiksel sesa konkurrentët e tyre, por cilësia e imazhit nga këto matrica praktikisht nuk është inferiore ndaj konkurrentëve të saj me shumë megapiksel.

SuperCCD-të e Fuji kanë një veçori tjetër interesante. Piksele në këto matrica janë gjashtëkëndore dhe të renditura si një huall mjalti. Nga njëra anë, në këtë rast, ndjeshmëria rritet për shkak të zonës më të madhe të pikselit, dhe nga ana tjetër, duke përdorur një algoritëm të veçantë interpolimi, është e mundur të merren detaje më të mira të imazhit.

Në këtë rast, interpolimi ju lejon vërtet të përmirësoni detajet e imazhit, në kontrast me pajisjet nga prodhuesit e tjerë, ku imazhi ndërthuret nga një matricë me rregullimin e zakonshëm të pikselëve. Dallimi themelor midis këtyre matricave është se hapi i pikselit është sa gjysma e vetë pikselëve. Kjo ju lejon të rritni detajet e imazhit përgjatë vijave vertikale dhe horizontale. Në të njëjtën kohë, sensorët e zakonshëm kanë detaje më të mira diagonale, por në imazhet reale zakonisht ka më pak linja diagonale sesa ato vertikale ose horizontale.

Interpolimi- një algoritëm për llogaritjen e vlerave që mungojnë nga vlerat ngjitur. Nëse e dimë se në 8 të mëngjesit temperatura jashtë ishte +16 gradë, dhe në 10 u ngrit në +20, nuk do të gabojmë shumë nëse supozojmë se në 9 të mëngjesit temperatura ishte rreth +18.

Në një sensor CCD, drita (ngarkesa) e incidentit në pikselin e sensorit transmetohet nga mikroqarkullimi përmes një nyje dalëse, ose përmes vetëm disa nyjeve dalëse. Ngarkesat konvertohen në nivele të tensionit, grumbullohen dhe dërgohen si një sinjal analog. Ky sinjal më pas përmblidhet dhe konvertohet në numra nga një konvertues analog në dixhital jashtë sensorit (shih Fig. 3).

Sensorët CCD gjithashtu kërkojnë transferim më të shpejtë të të dhënave si të gjitha të dhënat kalojnë vetëm përmes një ose më shumë amplifikatorëve dalës. Krahasoni figurat 4 dhe 6 që tregojnë përkatësisht bordet e sensorëve CCD dhe CMOS.

Çipat CMOS kanë një sërë përparësish. Ndryshe nga sensorët CCD, sensorët CMOS përmbajnë përforcues dhe konvertues analog në dixhital, gjë që ul ndjeshëm koston e produktit përfundimtar, sepse ai tashmë përmban të gjitha elementet e nevojshme për marrjen e një imazhi. Çdo piksel CMOS përmban konvertues elektronikë. Krahasuar me sensorët CCD, sensorët CMOS ofrojnë më shumë funksionalitet dhe aftësi më të gjera integrimi. Përparësi të tjera përfshijnë leximin më të shpejtë, konsumin më të ulët të energjisë, imunitetin e lartë të zhurmës dhe madhësinë më të vogël të sistemit.

Në sensorët CMOS, ekziston mundësia e leximit të imazhit nga pikselët individualë, gjë që lejon "dritaren" e imazhit, d.m.th. për të lexuar treguesin jo të të gjithë sensorit, por vetëm të zonës së tij të caktuar. Kështu, është e mundur të merret një shkallë më e lartë e kuadrove nga një pjesë e sensorit për përpunimin e mëvonshëm dixhital PTZ (pan / anim / zmadhimi, pan / anim / zmadhimi). Përveç kësaj, bën të mundur transmetimin e disa transmetimeve video nga një sensor CMOS, duke simuluar disa "kamera virtuale"

HDTV dhe kamera megapiksel

Sensorët megapikselë dhe televizioni me definicion të lartë lejojnë që kamerat IP dixhitale të ofrojnë rezolucion më të lartë të imazhit se kamerat analoge CCTV, d.m.th. ato ofrojnë një mundësi të shkëlqyer për të dalluar detajet dhe për të identifikuar njerëzit dhe objektet - një faktor kyç në vëzhgimin me video. Kamera IP megapikselë ka të paktën dyfishin e rezolucionit në krahasim me një aparat fotografik analog CCTV. Sensorët megapikselë janë karakteristika kryesore në televizionet me definicion të lartë, kamerat me megapikselë dhe me shumë megapiksel. Dhe mund të përdoret për të ofruar imazhe me detaje jashtëzakonisht të larta dhe video me shumë transmetime.

Sensorët CMOS megapikselë janë më të përhapur dhe shumë më pak të kushtueshëm se sensorët CCD megapiksel, megjithëse ka edhe sensorë CMOS mjaft të shtrenjtë.

Në një mënyrë apo tjetër, përparimi nuk qëndron ende. Sensorët megapiksel po zhvillohen me shpejtësi dhe ndjeshmëria e tyre ndaj dritës po rritet vazhdimisht.

Dallimet kryesore midis CMOS dhe CCD

Sensorët CMOS përmbajnë amplifikues, konvertues A/D dhe shpesh mikroqarqe për përpunim shtesë, ndërsa në një aparat fotografik me sensor CCD shumica e funksioneve të përpunimit të sinjalit kryhen jashtë sensorit. Sensorët CMOS konsumojnë më pak energji se sensorët CCD, që do të thotë se brenda kamerës mund të mbahet një temperaturë më e ulët. Rritja e temperaturës së sensorëve CCD mund të rrisë ndërhyrjen. Nga ana tjetër, sensorët CMOS mund të vuajnë nga zhurma e strukturuar (bandat, etj.).

Sensorët CMOS mbështesin "windowing" të imazhit dhe video me shumë transmetime, gjë që nuk është e mundur me sensorët CCD. Sensorët CCD zakonisht kanë një konvertues A/D, ndërsa në sensorët CMOS çdo piksel e posedon atë. Leximi më i shpejtë në sensorët CMOS i lejon ata të përdoren në prodhimin e kamerave me shumë megapiksel.

Përparimet moderne teknologjike po mjegullojnë ndryshimin në ndjeshmërinë ndaj dritës midis sensorëve CCD dhe CMOS.

konkluzioni

Matrica është elementi kryesor strukturor i kamerës dhe një nga parametrat kryesorë që merret parasysh nga përdoruesi kur zgjedh një aparat fotografik. Matricat e kamerave dixhitale moderne mund të klasifikohen sipas disa shenjave, por kryesore dhe më e zakonshme është edhe ndarja e matricave me Metoda e ndjeshmërisë së ngarkesës, në: matricat Ccd lloji dhe CMOS matricat. Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë parimet e funksionimit, si dhe avantazhet dhe disavantazhet e këtyre dy llojeve të matricave, pasi ato përdoren zakonisht në pajisjet moderne të fotografisë dhe videove.

matrica CCD

Matrica Ccd quajtur edhe CCD(Pajisjet me lidhje karikimi). CCD matrica është një pllakë drejtkëndore e elementeve fotosensitive (fotodioda) e vendosur në një kristal silikoni gjysmëpërçues. Parimi i veprimit të tij bazohet në lëvizjen rresht pas rreshti të ngarkesave që janë grumbulluar në boshllëqet e formuara nga fotonet në atomet e silikonit. Kjo do të thotë, kur përplaset me një fotodiodë, një foton i dritës absorbohet dhe një elektron lëshohet (ndodh një efekt i brendshëm fotoelektrik). Si rezultat, formohet një ngarkesë, e cila duhet të ruhet disi për përpunim të mëtejshëm. Për këtë qëllim, një gjysmëpërçues është futur në nënshtresën e silikonit të matricës, mbi të cilën ndodhet një elektrodë polikristaline transparente silikoni. Dhe si rezultat i aplikimit të një potenciali elektrik në një elektrodë të caktuar në zonën e varfërimit nën gjysmëpërçues, formohet një i ashtuquajtur pus potencial, në të cilin ruhet ngarkesa e marrë nga fotonet. Kur ngarkesa elektrike lexohet nga matrica, ngarkesat (të ruajtura në puse potenciale) transferohen përgjatë elektrodave të transferimit në skajin e matricës (regjistri i zhvendosjes serike) dhe drejt amplifikatorit, i cili përforcon sinjalin dhe e transmeton atë në analog. -Konvertuesi në Dixhital (ADC), nga ku sinjali i konvertuar dërgohet në procesor, i cili përpunon sinjalin dhe ruan imazhin që rezulton në kartën e kujtesës .

Për prodhimin e CCD-ve, përdoren fotodioda polisilikoni. Matrica të tilla kanë përmasa të vogla dhe ju lejojnë të merrni fotografi me cilësi të lartë kur shkrepni në kushte normale ndriçimi.

Përparësitë e CCD-ve:

Dizajni i matricës siguron një densitet të lartë të vendosjes së fotocelave (pikselave) në substrat;
Efikasitet i lartë (raporti i fotoneve të regjistruar me numrin e tyre total është rreth 95%);
Ndjeshmëri e lartë;
Përkthim i mirë i ngjyrave (me ndriçim të mjaftueshëm).

Disavantazhet e CCD-ve:

Niveli i lartë i zhurmës në ISO të lartë (në ISO të ulët, niveli i zhurmës është i moderuar);
Shpejtësia e ulët e funksionimit në krahasim me matricat CMOS;
Konsumi i lartë i energjisë;
Teknologji më komplekse për leximin e sinjalit, pasi nevojiten shumë mikroqarqe kontrolli;
Prodhimi është më i shtrenjtë se matricat CMOS.

Matrica CMOS

Matricë CMOS, ose Sensori CMOS(Gjysmëpërçuesit plotësues të oksidit të metalit) përdor sensorë të pikës aktive. Ndryshe nga CCD-të, CMOS-të përmbajnë një tranzistor të veçantë në çdo element fotosensiv (piksel), si rezultat i të cilit konvertimi i ngarkesës kryhet drejtpërdrejt në piksel. Ngarkesa që rezulton mund të lexohet nga çdo piksel individualisht, kështu që nuk ka nevojë për transferim të ngarkesës (siç ndodh në CCD). Sensori CMOS Pixels integrohet drejtpërdrejt me një konvertues A/D apo edhe me një procesor. Rezultati i kësaj teknologjie inteligjente është kursimi i energjisë për shkak të zinxhirëve më të shkurtër të procesit në krahasim me CCD-të, si dhe një kosto më e ulët e pajisjes për shkak të një dizajni më të thjeshtë.

Një parim i shkurtër i funksionimit të sensorit CMOS: 1) Para shkrepjes, një sinjal rivendosjeje i dërgohet transistorit të rivendosjes. 2) Gjatë ekspozimit, drita depërton përmes lenteve dhe filtrit në fotodiodë dhe, si rezultat i fotosintezës, një ngarkesë grumbullohet në pusin e mundshëm. 3) Lexohet vlera e tensionit të marrë. 4) Përpunimi i të dhënave dhe ruajtja e imazhit.

Përparësitë e vargjeve CMOS:

Konsumi i ulët i energjisë (veçanërisht në modalitetet e gatishmërisë);
Performancë e lartë;
Kërkon më pak kosto prodhimi, për shkak të ngjashmërisë së teknologjisë me prodhimin e mikroqarqeve;
Uniteti i teknologjisë me elementë të tjerë dixhitalë, i cili lejon kombinimin e pjesëve analoge, dixhitale dhe përpunuese në një kristal (d.m.th., përveç kapjes së dritës në një piksel, ju mund të konvertoni, përpunoni dhe pastroni sinjalin nga zhurma).
Aftësia për të aksesuar në mënyrë të rastësishme çdo piksel ose grup pikselësh, gjë që mund të zvogëlojë madhësinë e imazhit të kapur dhe të rrisë shpejtësinë e leximit.

Disavantazhet e sensorëve CMOS:

Një fotodiodë zë një zonë të vogël pixel, si rezultat, merret një ndjeshmëri e ulët ndaj dritës së matricës, por në matricat moderne CMOS ky minus praktikisht eliminohet;
Zhurma termike nga tranzistorët ngrohës brenda pikselit gjatë leximit.
Dimensionet relativisht të mëdha, pajisjet e fluorit me këtë lloj matrice dallohen nga pesha dhe dimensionet e mëdha.

Përveç llojeve të lartpërmendura, ekzistojnë edhe matrica me tre shtresa, secila shtresë e të cilave është një CCD. Dallimi është se qelizat mund të perceptojnë njëkohësisht tre ngjyra, të cilat formohen nga prizmat dikroide kur i godet një rreze drite. Pastaj çdo rreze drejtohet në një matricë të veçantë. Si rezultat, shkëlqimi i ngjyrave blu, të kuqe dhe jeshile zbulohet menjëherë në fotocelë. Matricat me tre shtresa përdoren në kamerat video të nivelit të lartë, të cilat kanë një përcaktim të veçantë - 3CCD.

Duke përmbledhur, dua të vërej se me zhvillimin e teknologjive për prodhimin e matricave CCD dhe CMOS, karakteristikat e tyre gjithashtu ndryshojnë, kështu që është gjithnjë e më e vështirë të thuhet se cila nga matricat është padyshim më e mirë, por në të njëjtën kohë , matricat CMOS po bëhen gjithnjë e më të njohura në prodhimin e kamerave SLR. Bazuar në tiparet karakteristike të llojeve të ndryshme të matricave, mund të merrni një ide të qartë pse pajisjet fotografike profesionale që ofrojnë filmime me cilësi të lartë janë mjaft të rënda dhe të rënda. Ky informacion duhet të mbahet mend kur zgjidhni një aparat fotografik - domethënë, merrni parasysh dimensionet fizike të matricës, dhe jo numrin e pikselëve.

Matrica është shtylla kurrizore e çdo pajisjeje fotografike ose video. Ai përcakton cilësinë dhe madhësinë e imazhit që rezulton. Sot në prodhimin e matricave përdoren dy parime të ndryshme teknologjike - CCD dhe CMOS. Shumë shpesh mund të dëgjoni pyetjen: "Cilën matricë të zgjidhni: CCD apo CMOS?" Ka debate të nxehta për këtë çështje midis adhuruesve të pajisjeve fotografike dhe video. Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë këto dy lloje dhe do të përpiqemi të kuptojmë se cila matricë është më e mirë - CCD ose CMOS.

informacion i pergjithshem

Matricat janë krijuar për të dixhitalizuar parametrat e rrezeve të dritës në sipërfaqen e tyre. Nuk është e mundur të flitet për një avantazh të qartë të njërës prej teknologjive. Krahasimet mund të bëhen sipas parametrave specifikë dhe një lider mund të identifikohet në një aspekt ose në një tjetër. Sa i përket preferencave të përdoruesve, shpesh kriteri kryesor për ta është kostoja e produktit, edhe nëse është inferior në cilësi ose karakteristika teknike ndaj konkurrentit të tij.

Pra, le të shohim se cilat janë të dy llojet e pajisjeve. Një CCD është një mikroqark që përbëhet nga fotodioda të ndjeshme ndaj dritës; është me bazë silikoni. E veçanta e punës së saj qëndron në parimin e funksionimit të një pajisjeje të lidhur me ngarkesë. Një matricë CMOS është një pajisje e bazuar në një pajisje gjysmëpërçuese me një portë të izoluar me kanale me përçueshmëri të ndryshme.

Parimi i funksionimit

Le të kalojmë në identifikimin e dallimeve që do të na ndihmojnë të bëjmë zgjedhjen e duhur: cila është më e mirë - një matricë CMOS apo një CCD? Dallimi kryesor midis dy teknologjive është se si funksionojnë ato. Pajisjet CCD konvertojnë ngarkesën nga pikselët në një potencial elektrik, i cili përforcohet jashtë sensorëve fotosensitive. Rezultati është një imazh analog. Pas kësaj, e gjithë fotografia dixhitalizohet në ADC. Kjo do të thotë, pajisja përbëhet nga dy pjesë - vetë matrica dhe dhënës. Teknologjia CMOS karakterizohet nga fakti se dixhitalizon çdo piksel veç e veç. Dalja është një foto dixhitale e gatshme. Kjo do të thotë, ngarkesa elektrike në pikselin e matricës grumbullohet në kondensator, nga i cili hiqet potenciali elektrik. Ai transmetohet në një përforcues analog (i ndërtuar direkt në piksel), pas së cilës dixhitalizohet në një konvertues.

Duhet të zgjidhni CCD ose CMOS?

Një nga parametrat e rëndësishëm që përcakton zgjedhjen midis këtyre teknologjive është numri i amplifikuesve të matricës. Pajisjet CMOS kanë një numër më të madh të këtyre pajisjeve (në secilën pikë), prandaj, kur sinjali kalon, cilësia e figurës zvogëlohet pak. Prandaj, matricat CCD përdoren për të krijuar imazhe me një shkallë të lartë detajesh, për shembull, në qëllime mjekësore, kërkimore dhe industriale. Por teknologjitë CMOS përdoren kryesisht në pajisjet shtëpiake: kamerat e internetit, telefonat inteligjentë, tabletët, laptopët, etj.

Parametri tjetër që përcakton se cili lloj është më i mirë - CCD ose CMOS - është dendësia e fotodiodës. Sa më i lartë të jetë, aq më pak fotone "do të harxhohen", përkatësisht imazhi do të jetë më i mirë. Në këtë parametër, matricat CCD i tejkalojnë konkurrentët e tyre, pasi ato ofrojnë një plan urbanistik që nuk ka boshllëqe të tilla, ndërsa CMOS i ka (transistorët janë të vendosur në to).

Sidoqoftë, kur përdoruesi përballet me një zgjedhje: cilën - CMOS ose CCD - të blejë, shfaqet parametri kryesor - çmimi i pajisjes. Teknologjia CCD është dukshëm më e shtrenjtë se konkurrenti i saj dhe kërkon më shumë energji. Prandaj, është jopraktike t'i instaloni ato aty ku imazhi i cilësisë mesatare është i mjaftueshëm.