Lloji i matricës cmos ose. Kuptimi i matricave të ndjeshme ndaj dritës: CMOS dhe CCD

07.07.2019 Gabimet

Sensori i dritës është "syri" i kamerës suaj të sigurisë. Ai kap dritën që hyn në lentet e një kamere sigurie dhe e shndërron atë në një sinjal elektronik.

Formati ose madhësia e matricës përcakton mbulimin e kamerave tuaja të sigurisë. Formatet më të njohura janë 2/3 ", 1/2" dhe 1/3 ".

Sensori diagonal 2/3" lejon mbikëqyrjen me video në distanca të gjata në kushte shumë të ulëta ndriçimi.
Matrica me një diagonale prej 1/2 "- në shumicën e rasteve, është një zgjidhje optimale me ndjeshmëri të pranueshme ndaj dritës.
Sensori 1/3" ofron performancë të mirë në dritë të ulët dhe shpejtësi të lartë të kuadrove.

Llojet më të njohura të sensorëve për teknologjinë e aplikuar janë CMOS (CMOS) dhe CCD (CCD).

1. Kamerat e vëzhgimit me matricë CMOS: të mirat dhe të këqijat

CMOS do të thotë gjysmëpërçues plotësues i oksidit të metalit. Sensori CMOS përdor teknologjinë e skanimit progresiv.

Avantazhet dhe disavantazhet e një videokamere vëzhgimi me një matricë CMOS

Avantazhet e një kamere vëzhgimi CMOS

Një rezolucion i lartë
Përkthim i shkëlqyer i ngjyrave
Shkalla e lartë e kuadrove
Konsumi i ulët i energjisë
Efikasiteti ekonomik

Disavantazhet e një kamere vëzhgimi me një matricë CMOS

Niveli i lartë i zhurmës
Ndjeshmëri e moderuar ndaj dritës

2. Kamerat e vëzhgimit me një matricë CCD: të mirat dhe të këqijat

Shkurtesa CCD do të thotë "Pajisja e lidhur me ngarkesë". Videokamerat CCD kanë WDR të shkëlqyer (gamë të gjerë dinamike), prandaj ato përdoren shpesh në kushte me dritë të ulët. Kamerat e sigurisë CCD në përgjithësi janë më pak të ndjeshme ndaj dridhjeve sesa kamerat e sigurisë CMOS.

Pikat e forta dhe të dobëta të një kamere vëzhgimi CCD

Përparësitë e një kamere vëzhgimi CCD

Performancë e mirë në kushte me dritë të ulët
Teknologji e mirë WDR
Më pak i ndjeshëm ndaj efektit të dridhjeve
Niveli i ulët i zhurmës
Ndjeshmëri e lartë
Një rezolucion i lartë

Disavantazhet e një kamere të mbikqyrjes CCD

Konsumi i lartë i energjisë
Shkalla e ulët e kornizës
Kosto e larte

CMOS ose CCD - cili është më i mirë?

Raundi 1: Shpejtësia e kuadrove dhe konsumi i energjisë

Kamera e sigurisë me sensor CMOS është fituesi i qartë për sa i përket shpejtësisë së kuadrove. Kamera e sigurisë me sensor CMOS mund të konvertojë drejtpërdrejt sinjalin fotoelektrik në një sinjal dixhital. Shpejtësia e kornizës dhe shkalla e konvertimit të një sensori CMOS është shumë më e lartë se ajo e një CCD.

Konvertimi i A/D ndodh jashtë sensorëve CCD, kështu që kërkon më shumë kohë për të formuar imazhe dhe video. Përveç kësaj, kamerat e sigurisë me sensorë imazhi CCD shpesh vuajnë nga problemet e mbinxehjes.

Kamerat CCTV me sensorë CMOS mbështesin shpejtësi shumë më të larta të kuadrove dhe përdorin më pak energji, dhe janë gjithashtu më të efektshme me kosto sesa kamerat e sigurisë me sensorë CCD. Zakonisht çmimi i një kamere sigurie CMOS është më tërheqës se çmimi i një kamere sigurie CCD.

Prandaj, fituesi i raundit të parë është një video kamera me një matricë CMOS!

Raundi 2: Cilësia e imazhit

Në mënyrë tipike, kamerat e sigurisë CCD krijojnë imazhe me më shumë. Megjithatë, përparimet në teknologji mund ta vendosin cilësinë e imazhit CMOS në të njëjtin nivel me CCD. Për shembull, kamerat e sigurisë me sensorë CMOS dhe zmadhimi optik mund të prodhojnë imazhe edhe më të mprehta se kamerat me CCD.

Pra, raundi i dytë është barazim!

Raundi 3: Ndjeshmëria dhe zhurma

Tradicionalisht, sensorët CCD janë më pak të prirur ndaj shtrembërimit të imazhit dhe kanë një ndjeshmëri më të lartë ndaj dritës, prandaj gjenerojnë shumë më pak zhurmë sesa kamerat e sigurisë me sensorë CMOS. Sidoqoftë, në ditët e sotme, për sa i përket ndjeshmërisë, kamerat CCTV me sensorë CMOS ndonjëherë i tejkalojnë edhe kamerat CCD.

Është e vështirë të thuhet se kush do të jetë fituesi në kategoritë e ndjeshmërisë ndaj dritës dhe zhurmës. Megjithatë, bazuar në nivelin aktual të teknologjisë dhe performancës, kamerat CCD janë fituesit në raundin e tretë (ndoshta një fitore e përkohshme).

Bazuar në informacionin e mësipërm dhe një krahasim të detajuar të dy llojeve të sensorëve, do të zbuloni se çdo lloj sensori ka të mirat dhe të këqijat e veta.

Nuk mund të ketë asnjë fitues në këtë betejë. Gjithçka varet nga një rast specifik:

1. Mund të zgjidhni kamera sigurie me sensorë CCD nëse do të përdoren në kushte me dritë të ulët.

Shënim: Disa kamera sigurie me sensorë CMOS mund të ofrojnë gjithashtu mbikëqyrje të shkëlqyer gjatë natës.

2. Kamerat e vëzhgimit me sensorë CMOS mund të jenë më kompakte, pasi dimensionet e vetë sensorëve CMOS mund të jenë shumë të vogla. Prandaj, ju mund t'i zgjidhni ato nëse nuk dëshironi të tërhiqni vëmendjen tek tuajat.

3. Zgjidhni kamerat e sigurisë CMOS nëse lidhja juaj e internetit nuk është mjaft e mirë. Kamerat CMOS kanë më pak kërkesa për gjerësi brezi, në mënyrë që të mos mbingarkojnë rrjetin tuaj.

Burimi reolink.com. Artikulli është përkthyer ngaadministratori i faqesElena Ponomarenko.

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.

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.

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 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 do të përdoreshin tre ngjyra 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).

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 shkallën e ndikimit mjedisor.

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.

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 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.

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 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.

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.

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

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.

Sensorët CCD dhe CMOS kanë qenë në konkurrencë të vazhdueshme gjatë viteve të fundit. Në këtë artikull, ne do të përpiqemi të shqyrtojmë avantazhet dhe disavantazhet e këtyre teknologjive. CCD-Matrica (shkurtuar nga "pajisja e çiftuar me ngarkesë") ose CCD-matrica (shkurtuar nga CCD, "Pajisja e çiftuar me ngarkesë") është një qark i integruar analog i specializuar i përbërë nga fotodioda fotosensitive, të bëra në bazë të silikonit, duke përdorur teknologjinë CCD. - pajisje të lidhura me karikim. 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. CMOS (logjika plotësuese në transistorët metal-oksid-gjysmëpërçues; CMOS; anglisht CMOS, gjysmëpërçues me simetri plotësuese / metal-oksid) është një teknologji për ndërtimin e qarqeve elektronike. 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. Sensorët CMOS kanë më shumë funksionalitet dhe aftësi më të gjera integrimi. Një nga problemet kryesore gjatë përdorimit të matricave CMOS në kamerat video ishte cilësia e imazhit. CCD-të kanë ofruar dhe tani po ofrojnë nivele më të ulëta zhurme. Si rezultat, çipat CMOS sillen jashtëzakonisht keq në dritë të ulët në krahasim me çipat CCD. Dhe meqenëse drita e ulët është një nga vështirësitë kryesore në xhirimin e videos, kjo ishte pengesa kryesore për përdorimin e sensorëve CMOS. Megjithatë, përvoja e prodhimit e akumuluar gjatë viteve të zhvillimit të CMOS ka bërë të mundur që me çdo gjeneratë të re të këtyre sensorëve të reduktohet ndjeshëm zhurma fikse dhe e rastësishme që ndikon në cilësinë e imazhit. Një tjetër pikë e dobët e CMOS është shtrembërimi që shfaqet kur kapni një imazh dinamik për shkak të ndjeshmërisë së dobët të sensorit. Imazhet e makinave mund të përmbajnë elementë shumë të shndritshëm si fenerët, dielli ose zona shumë të errëta si targat. Për këtë arsye, kërkohet një gamë e gjerë dinamike për të trajtuar skenat me rënie të mëdha kontrasti. Sensori CCD ka një gamë të mirë dinamike, por qasja CMOS në pikselë individualë ju jep shumë më tepër hapësirë për të marrë një gamë më të mirë dinamike. Gjithashtu, kur përdorni CCD, pikat e ndritshme në skenë mund të krijojnë vija vertikale në foto dhe të ndërhyjnë në njohjen e targave për shkak të zbehjes dhe turbullimit. Përkundër faktit se CCD-të kanë një karakteristikë më të lartë të ndjeshmërisë, faktori kryesor që kufizon përdorimin e tyre është shkalla e ulët e leximit të ngarkesës dhe, si pasojë, pamundësia për të siguruar një shpejtësi të lartë të imazhit. Sa më e lartë të jetë rezolucioni i matricës, aq më e ngadaltë është shpejtësia e imazhit. Nga ana tjetër, teknologjia CMOS, duke kombinuar një element fotosensiv dhe një mikroqark përpunues, lejon marrjen e një shpejtësie të lartë të kornizës edhe për sensorë 3 megapikselë. Sidoqoftë, përdorimi i sensorëve CMOS megapikselë për kamerat IP në sistemet e mbikëqyrjes video kërkon kompresim efikas të rrjedhës së të dhënave. Algoritmet më të zakonshme të kompresimit në IP CCTV sot janë M-JPEG, MPEG4 dhe H.264. E para shpesh zbatohet drejtpërdrejt në sensorin CMOS nga vetë prodhuesi i matricës. Algoritmet MPEG4 dhe H.264 janë më efikas, por kërkojnë një procesor të fuqishëm. Për të formuar një transmetim në kohë reale me një rezolucion prej më shumë se 2 megapikselë, kamerat CMOS IP përdorin bashkëprocesorë që ofrojnë llogaritje shtesë. Aktualisht, kamerat IP të bazuara në sensorë CMOS po bëhen gjithnjë e më të njohura kryesisht për shkak të mbështetjes teknologjike nga drejtuesit e mbikëqyrjes video IP. Për më tepër, kostoja e tyre është më e lartë se kamerat e ngjashme në CCD. Kjo përkundër faktit se teknologjia CMOS, duke kombinuar pjesët analoge dhe dixhitale të pajisjes, ju lejon të krijoni kamera më të lira. Situata është e tillë që sot kostoja e një kamere IP përcaktohet nga aftësitë dhe karakteristikat e saj. Gjëja kryesore nuk është lloji i matricës, por softueri i implementuar nga procesori i kamerës.

Avantazhet e matricave CCD: Zhurmë e ulët, faktor i lartë mbushjeje pixel (rreth 100%), efikasitet i lartë (raporti i numrit të fotoneve të regjistruar me numrin e tyre total që bie në zonën e ndjeshme ndaj dritës të matricës, për CCD - 95 %), diapazoni i lartë dinamik (ndjeshmëria), ndjeshmëria e mirë në diapazonin IR.

Disavantazhet e matricave CCD: Parimi kompleks i leximit të sinjalit, dhe rrjedhimisht teknologjia, niveli i lartë i konsumit të energjisë (deri në 2-5 W), është më i shtrenjtë për t'u prodhuar.

Përparësitë e matricave CMOS: Shpejtësia e lartë (deri në 500 korniza / s), konsumi i ulët i energjisë (pothuajse 100 herë në krahasim me CCD), më i lirë dhe më i lehtë për t'u prodhuar, teknologji premtuese (në të njëjtin kristal, në parim, nuk kushton asgjë për t'u zbatuar të gjitha qarqet e nevojshme shtesë: konvertuesit analog-dixhital, procesori, memoria, duke marrë kështu një aparat fotografik dixhital të plotë në një çip).

Disavantazhet e matricave CMOS: Faktori i ulët i mbushjes së pikselit, i cili zvogëlon ndjeshmërinë (sipërfaqja efektive e pikselit është ~ 75%, pjesa tjetër është e zënë nga transistorët), niveli i lartë i zhurmës (shkaktohet nga të ashtuquajturat rryma tempo - edhe në mungesë e ndriçimit, një rrymë mjaft domethënëse rrjedh nëpër fotodiodë), lufta kundër së cilës ndërlikon dhe rrit koston e teknologjisë, diapazonin e ulët dinamik.

Si çdo teknologji, teknologjitë CMOS dhe CCD kanë avantazhe dhe disavantazhe, të cilat jemi përpjekur t'i shqyrtojmë në këtë artikull. Kur zgjidhni kamerat, është e nevojshme të merren parasysh të gjitha të mirat dhe të këqijat e këtyre teknologjive, duke i kushtuar vëmendje parametrave të tillë si ndjeshmëria ndaj dritës, diapazoni i gjerë dinamik, konsumi i energjisë, niveli i zhurmës dhe kostoja e kamerës.

Matrica e kamerës kryen funksionin e dixhitalizimit të parametrave të dritës në sipërfaqen e saj. Sot, tregu i pajisjeve fotografike është ndarë në dy kampe: pajisje që përdorin një matricë CMOS dhe pajisje që përdorin një matricë CCD. Nuk është e mundur të flitet për përparësinë e një teknologjie mbi një tjetër, megjithëse pjesa e CMOS në raportet e shitjeve është pak më e lartë, por kjo shpjegohet nga kërkesat objektive të përdoruesit, dhe jo nga vetitë e vetë matricave. Kostoja shpesh luan një rol vendimtar në procesin e përzgjedhjes.

Përkufizimi

matrica CCD- një mikroqark i përbërë nga fotodioda të ndjeshme ndaj dritës dhe i krijuar në bazë silikoni. Operacioni bazohet në parimin e funksionimit të një pajisjeje të lidhur me ngarkesë.

Sensori CMOS- një mikroqark i krijuar në bazë të transistorëve me efekt në terren me një portë të izoluar me kanale me përçueshmëri të ndryshme.

Krahasimi

Dallimi kryesor midis CMOS dhe CCD është në parime krejtësisht të ndryshme të funksionimit. CCD dixhitalizon imazhin analog që rezulton, CMOS digjitalizon çdo piksel të imazhit menjëherë. Me pak më shumë detaje: ngarkesa elektrike në pikselët (LED) të matricës CCD konvertohet në një potencial elektrik, përforcohet në një përforcues analog jashtë sensorit fotosensiv dhe vetëm atëherë dixhitalizohet nga një konvertues analog në dixhital. . Ngarkesa elektrike në pikselat e matricës CMOS grumbullohet në kondensatorë nga të cilët hiqet potenciali elektrik, transferohet në një përforcues analog dhe dixhitalizohet me anë të të njëjtit konvertues. Disa sensorë më të rinj CMOS kanë përforcues analogë të integruar direkt në piksel.

Një pikë tjetër e rëndësishme: numri i amplifikuesve për matricat CCD dhe CMOS është i ndryshëm. Në këtë të fundit, ka më shumë amplifikatorë, sepse cilësia e imazhit gjatë kalimit të sinjalit është disi e reduktuar. Prandaj, është CCD ai që përdoret në krijimin e pajisjeve fotografike të krijuara për të krijuar imazhe me një shkallë të lartë detajesh, për shembull, për qëllime kërkimore, mjekësore dhe industriale. Ne hasim CMOS çdo ditë: shumica e kamerave në elektronikën celulare janë bërë në bazë të matricave të tilla.

Cilësia e imazhit që rezulton varet nga një rrethanë tjetër - dendësia e fotodiodave. Sa më afër të jenë, aq më pak zona të matricës, ku fotonet zhduken pa ngarkesë. CCD thjesht ofron një plan urbanistik pa boshllëqe midis fotodiodave, ndërsa në CMOS ato ekzistojnë - transistorët janë të vendosur atje.

CCD-të janë shumë më të shtrenjtë se CMOS dhe konsumojnë më shumë energji, kështu që instalimi i tyre aty ku ka cilësi të mjaftueshme imazhi afër mesatares është jopraktik. Matricat CCD kanë ndjeshmëri të lartë, përqindja e mbushjes së pikselit të tyre është më e lartë dhe arrin pothuajse 100%, niveli i zhurmës është i ulët. Matricat CMOS ofrojnë një nivel të lartë të performancës, por janë inferiore ndaj CCD-ve për sa i përket ndjeshmërisë dhe zhurmës. Teknologjia CCD, ndryshe nga CMOS, nuk lejon shkrepje me shpërthim ose regjistrim video. Prandaj, përdorimi i tyre në elektronikën e lëvizshme, për shembull, nuk justifikohet nga qëllimi i vetë pajisjeve. Le të themi vetëm, CCD është një matricë për pajisje fotografike profesionale.

Faqja e konkluzioneve

CCD është një grup me bazë silikoni që vepron si një pajisje e lidhur me ngarkesë, CMOS është një grup transistorësh me efekt në terren.
Sinjali analog në CCD konvertohet jashtë sensorit fotosensiv, në matricën CMOS - direkt në piksel.
Cilësia e imazhit nga CCD është më e lartë se nga CMOS.
CCD konsumon më shumë energji.
CMOS ju lejon të xhironi video dhe të bëni foto të shpërndara.
CMOS është bërë i përhapur në elektronikën celulare.