Llojet e matricave të kamerave. Sensorë CCD dhe CMOS për foto dhe video kamera dixhitale

Matrica është baza e çdo pajisjeje fotografike ose video. Ai përcakton cilësinë dhe madhësinë e imazhit që rezulton. Sot, dy parime të ndryshme teknologjike përdoren në prodhimin e matricave - CCD dhe CMOS. Shpesh mund të dëgjoni pyetjen: "Cilën matricë të zgjidhni: CCD apo CMOS?" Ka debate të nxehta për këtë mes 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. Ju mund të bëni krahasime bazuar në parametra specifikë dhe të identifikoni një lider 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 kuptojmë se cilat janë të dy llojet e pajisjeve. Një matricë CCD është një mikroqark që përbëhet nga fotodioda të ndjeshme ndaj dritës; është krijuar mbi bazë silikoni. E veçanta e funksionimit të saj qëndron në parimin e funksionimit të një pajisjeje të lidhur me ngarkesë. Një matricë CMOS është një pajisje e krijuar në bazë të gjysmëpërçuesve me një portë të izoluar me kanale me përçueshmëri të ndryshme.

Parimi i funksionimit

Le të kalojmë në identifikimin e dallimeve që do t'ju ndihmojnë të bëni zgjedhjen tuaj: çfarë është më mirë - një matricë CMOS ose CCD? Dallimi kryesor midis këtyre dy teknologjive është parimi i funksionimit të tyre. Pajisjet CCD konvertojnë ngarkesën nga pikselët në një potencial elektrik, i cili përforcohet jashtë sensorëve të dritës. Rezultati është një imazh analog. Pas kësaj, i gjithë imazhi dixhitalizohet në ADC. Kjo do të thotë, pajisja përbëhet nga dy pjesë - vetë matrica dhe konverteri. Teknologjia CMOS karakterizohet nga fakti se ajo dixhitalizon çdo piksel individualisht. Dalja është një imazh dixhital i përfunduar. Kjo do të thotë, ngarkesa elektrike në pikselin e matricës grumbullohet në një 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.

Çfarë të zgjidhni: CCD apo 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 çdo pikë), kështu që me kalimin e sinjalit, cilësia e figurës zvogëlohet pak. Prandaj, matricat CCD përdoren për të krijuar imazhe me një shkallë të lartë detajesh, për shembull, për 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 fotodiodave. Sa më i lartë të jetë, aq më pak fotone do të harxhohen, dhe në përputhje me rrethanat, imazhi do të jetë më i mirë. Në këtë parametër, matricat CCD janë përpara konkurrentëve të 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 shumë më e shtrenjtë se konkurrenti i saj dhe konsumon më shumë energji. Prandaj, nuk këshillohet instalimi i tyre aty ku mjafton një imazh me cilësi mesatare.

Matrica CMOS

Matricat CMOS përdorin transistorë me efekt të fushës së portës së izoluar me kanale me përçueshmëri të ndryshme.

Histori

Në fund të viteve 1960. Shumë studiues kanë vërejtur se strukturat CMOS janë të ndjeshme ndaj dritës. Megjithatë, pajisjet e lidhura me ngarkesë siguruan fotosensitivitet dhe cilësi më të lartë të imazhit, saqë matricat e bazuara në teknologjinë CMOS nuk morën ndonjë zhvillim të dukshëm.

Në fillim të viteve 1990, karakteristikat e sensorëve CMOS, si dhe teknologjia e prodhimit, u përmirësuan ndjeshëm. Përparimet në fotolitografinë nën mikron kanë mundësuar përdorimin e lidhjeve më të holla në sensorët CMOS. Kjo çoi në një rritje të ndjeshmërisë ndaj fotos për shkak të një përqindjeje më të madhe të zonës së matricës së rrezatuar.

Një revolucion në teknologjinë e sensorëve CMOS ndodhi kur Laboratori i Propulsionit Jet i NASA-s (JPL) zbatoi me sukses Sensorët e Pixel Active (APS) - sensorë pikselë aktivë . Studimet teorike u kryen disa dekada më parë, por përdorimi praktik i sensorit aktiv u vonua deri në vitin 1993. APS shton një përforcues leximi të tranzitorit në çdo piksel, duke bërë të mundur konvertimin e ngarkesës në tension direkt në piksel. Kjo siguroi gjithashtu akses të rastësishëm në fotodetektorë të ngjashëm me RAM-in e implementuar në mikroqarqe.

Si rezultat, deri në vitin 2008, CMOS ishte bërë praktikisht një alternativë ndaj CCD.

Vitin e kaluar, në forumin MWC në Barcelonë, Samsung demonstroi një lloj të ri të sensorëve CMOS që synojnë përdorimin në telefonat inteligjentë.

Parimi i funksionimit

• Para shkrepjes, jepet një sinjal rivendosjeje
• Gjatë ekspozimit, ngarkesa grumbullohet nga fotodioda
• Gjatë procesit të leximit, vlera e tensionit në kondensator merret kampion

Përparësitë

• Avantazhi kryesor i teknologjisë CMOS është konsumi i ulët i energjisë në një gjendje statike. Kjo bën të mundur përdorimin e matricave të tilla si pjesë e pajisjeve jo të paqëndrueshme, për shembull, në sensorët e lëvizjes dhe sistemet e mbikëqyrjes që kalojnë shumicën e kohës në modalitetin "gjumë" ose "në pritje të një ngjarjeje".
• Një avantazh i rëndësishëm i matricës CMOS është uniteti i teknologjisë me elementët e tjerë dixhitalë të pajisjeve. Kjo çon në mundësinë e kombinimit të pjesëve analoge, dixhitale dhe përpunuese në një çip (teknologjia CMOS, duke qenë kryesisht një teknologji procesori, nënkupton jo vetëm "kapjen" e dritës, por edhe procesin e konvertimit, përpunimit, pastrimit të sinjaleve jo vetëm të kapur, por dhe komponentët REA të palëve të treta), të cilat shërbyen si bazë për miniaturizimin e kamerave për një gamë të gjerë pajisjesh dhe uljen e kostos së tyre për shkak të eliminimit të çipave shtesë të procesorit.
• Duke përdorur një mekanizëm aksesi të rastësishëm, grupet e zgjedhura të pikselëve mund të lexohen. Ky operacion quhet leximi i dritares. Prerja ju lejon të zvogëloni madhësinë e imazhit të kapur dhe potencialisht të rrisni shpejtësinë e leximit në krahasim me sensorët CCD, pasi në këtë të fundit të gjitha informacionet duhet të shkarkohen për përpunim të mëtejshëm. Bëhet e mundur të përdoret e njëjta matricë në mënyra thelbësisht të ndryshme. Në veçanti, duke lexuar shpejt vetëm një pjesë të vogël të pikselëve, është e mundur të sigurohet një modalitet i cilësisë së lartë të shikimit të imazhit të drejtpërdrejtë në ekranin e integruar në pajisje me një numër relativisht të vogël pikselësh. Mund të skanoni vetëm një pjesë të kornizës dhe ta aplikoni për t'u shfaqur në të gjithë ekranin. Kështu, do të jeni në gjendje të arrini fokusim manual me cilësi të lartë. Është e mundur të realizohet xhirimi i reportazheve me shpejtësi të lartë me një madhësi dhe rezolucion më të vogël kuadri.
• Përveç amplifikatorit brenda pikselit, qarqet e amplifikimit mund të vendosen kudo përgjatë rrugës së sinjalit. Kjo ju lejon të krijoni faza të amplifikimit dhe të rrisni ndjeshmërinë në kushte të dobëta ndriçimi. Aftësia për të ndryshuar fitimin për secilën ngjyrë përmirëson veçanërisht balancimin e të bardhës.
• Prodhim i lirë në krahasim me matricat CCD, veçanërisht me madhësi të mëdha të matricës.

Të metat

• Fotodioda e qelizës zë dukshëm më pak zonë të elementit të matricës në krahasim me një CCD transferues me kornizë të plotë. Prandaj, sensorët e hershëm CMOS kishin ndjeshmëri dukshëm më të ulët ndaj dritës sesa CCD. Por në vitin 2007, Sony lançoi një linjë të re kamerash video dhe foto me një gjeneratë të re matricash CMOS me teknologjinë Exmor, e cila më parë përdorej vetëm për matricat CMOS në pajisje specifike optike si teleskopët elektronikë. Në këto matrica, "lidhja" elektronike e pikselit, e cila pengon fotonet të arrijnë tek elementi i ndjeshëm ndaj dritës, u zhvendos nga shtresa e sipërme në shtresën e poshtme të matricës, gjë që bëri të mundur rritjen e madhësisë fizike të pikselit. me të njëjtat dimensione gjeometrike të matricës dhe aksesueshmërinë e elementeve ndaj dritës, e cila, në përputhje me rrethanat, rriti fotondjeshmërinë e secilit piksel dhe matricës në tërësi. Për herë të parë, matricat CMOS u krahasuan me matricat CCD për sa i përket fotosensitivitetit, por ato rezultuan të ishin më efikase në energji dhe pa pengesën kryesore të teknologjisë CCD - "frikën" nga drita e pikës. Në vitin 2009, Sony përmirësoi sensorët e tij EXMOR CMOS me teknologjinë "Ndriçimi i dritës së prapme". Ideja e teknologjisë është e thjeshtë dhe korrespondon plotësisht me emrin.
• Fotodioda e qelizës së matricës ka një madhësi relativisht të vogël, dhe vlera e tensionit të daljes që rezulton varet jo vetëm nga parametrat e vetë fotodiodës, por edhe nga vetitë e secilit element piksel. Kështu, çdo piksel i matricës ka lakoren e vet karakteristike dhe lind problemi i shpërndarjes

Sensori i imazhit është elementi më i rëndësishëm i çdo videokamere. Sot, pothuajse të gjitha kamerat përdorin sensorë imazhi CCD ose CMOS. Të dy llojet e sensorëve kryejnë detyrën e shndërrimit të imazhit të ndërtuar në sensor nga lentet në një sinjal elektrik. Sidoqoftë, pyetja se cili sensor është më i mirë mbetet ende i hapur.

N.I. Çura
këshilltar teknik
Microvideo Group LLC

CCD është një sensor analog, pavarësisht nga diskretesia e strukturës së ndjeshme ndaj dritës. Kur drita godet matricën, çdo piksel grumbullon një ngarkesë ose paketë elektronesh, të cilat, kur lexohen nga një ngarkesë, shndërrohen në një tension të sinjalit video proporcional me ndriçimin e pikselëve. Numri minimal i tranzicioneve të ndërmjetme të kësaj ngarkese dhe mungesa e pajisjeve aktive sigurojnë identitet të lartë të elementeve të ndjeshme CCD.

Matrica CMOS është një pajisje dixhitale me sensorë pikselë aktivë. Çdo piksel ka amplifikatorin e vet, i cili konverton ngarkesën e elementit të ndjeshëm në tension. Kjo bën të mundur kontrollin e çdo piksel pothuajse individualisht.

Evolucioni i CCD

Që nga shpikja e CCD nga Bell Laboratories (ose Bell Labs) në 1969, madhësitë e sensorëve të imazhit janë ulur vazhdimisht. Në të njëjtën kohë, numri i elementeve të ndjeshme u rrit. Kjo natyrisht çoi në një ulje të madhësisë së një elementi të vetëm të ndjeshëm (piksel) dhe, në përputhje me rrethanat, ndjeshmërinë e tij. Për shembull, që nga viti 1987 këto madhësi janë ulur me 100 herë. Por falë teknologjive të reja, ndjeshmëria e një elementi (dhe për rrjedhojë e gjithë matricës) është rritur madje.

Çfarë na lejoi të dominonim
Që në fillim, CCD-të u bënë sensorët dominues, sepse ato siguronin cilësi më të mirë të imazhit, më pak zhurmë, ndjeshmëri më të lartë dhe uniformitet më të madh të pikselëve. Përpjekjet kryesore për të përmirësuar teknologjinë kishin për qëllim përmirësimin e performancës së CCD.

Sa rritet ndjeshmëria
Krahasuar me matricën standarde të përkufizimit popullor Sony HAD (500x582) të fundit të viteve 1990. (ICX055) ndjeshmëria e modeleve me teknologji më të avancuar Super HAD u rrit pothuajse 3 herë (ICX405) dhe Ex-view HAD - 4 herë (ICX255). Dhe për versionet bardh e zi dhe me ngjyra.

Për matricat me rezolucion të lartë (752x582), sukseset janë disi më pak mbresëlënëse, por nëse krahasojmë modelet e imazheve me ngjyra Super HAD me teknologjitë më moderne Ex-view HAD II dhe Super HAD II, rritja e ndjeshmërisë do të jetë 2.5 dhe 2.4 herë. , respektivisht. Dhe kjo përkundër një reduktimi të madhësive të pikselëve me pothuajse 30%, pasi po flasim për matrica të formatit më modern 960H me një numër të rritur pikselësh në 976x582 për standardin PAL. Për të trajtuar këtë sinjal, Sony ofron një sërë përpunuesish sinjali Effio.

Komponenti IR i shtuar
Një nga metodat efektive për rritjen e ndjeshmërisë integrale është zgjerimi i karakteristikave spektrale të ndjeshmërisë në rajonin infra të kuqe. Kjo është veçanërisht e vërtetë për matricën Ex-view. Shtimi i komponentit IR shtrembëron disi transferimin e shkëlqimit relativ të ngjyrave, por për versionin bardh e zi kjo nuk është kritike. Problemi i vetëm lind me paraqitjen e ngjyrave në kamerat e ditës/natës me ndjeshmëri konstante IR, domethënë pa një filtër mekanik IR.

Zhvillimi i kësaj teknologjie në modelet Ex-view HAD II (ICX658AKA) në krahasim me versionin e mëparshëm (ICX258AK) siguron një rritje të ndjeshmërisë integrale prej vetëm 0,8 dB (nga 1100 në 1200 mV) me një rritje të njëkohshme të ndjeshmërisë në një gjatësi vale prej 950 nm me 4. 5 dB. Në Fig. 1 tregon karakteristikat e ndjeshmërisë spektrale të këtyre matricave, dhe Fig. 2 – raporti i ndjeshmërisë së tyre integrale.

Inovacioni optik
Një metodë tjetër për rritjen e ndjeshmërisë së CCD është rritja e efikasitetit të mikrolentave të pikselit, zonës fotosensitive dhe optimizimi i filtrave me ngjyra. Në Fig. Figura 3 tregon strukturën e matricave Super HAD dhe Super HAD II, duke treguar rritjen e zonës së lenteve dhe zonës fotosensitive të modifikimit të fundit.

Për më tepër, matricat Super HAD II kanë rritur ndjeshëm transmetimin e filtrave të dritës dhe rezistencën e tyre ndaj zbehjes. Përveç kësaj, transmetimi në rajonin me gjatësi vale të shkurtër të spektrit (blu) është zgjeruar, gjë që ka përmirësuar interpretimin e ngjyrave dhe ekuilibrin e bardhë.

Në Fig. Figura 4 tregon karakteristikat e ndjeshmërisë spektrale të matricave Sony 1/3" Super HAD (ICX229AK) dhe Super HAD II (ICX649AKA).

CCD: Ndjeshmëri unike

Të marra së bashku, masat e mësipërme kanë arritur rezultate të rëndësishme në përmirësimin e performancës së CCD.

Nuk është e mundur të krahasohen karakteristikat e modeleve moderne me versionet e mëparshme, pasi matricat me ngjyra për përdorim të gjerë, madje edhe me rezolucion standard të lartë, nuk u prodhuan në atë kohë. Nga ana tjetër, matricat bardh e zi me definicion standard që përdorin teknologjitë më të fundit Ex-view HAD II dhe Super HAD II nuk prodhohen aktualisht.

Në çdo rast, për sa i përket ndjeshmërisë, CCD-të janë ende një pikë referimi e paarritshme për CMOS, kështu që ato përdoren ende gjerësisht me përjashtim të varianteve megapikselë, të cilët janë shumë të shtrenjtë dhe përdoren kryesisht për detyra të veçanta.

CMOS: avantazhet dhe disavantazhet

Sensorët CMOS u shpikën në fund të viteve 1970, por prodhimi filloi vetëm në vitet 1990 për shkak të problemeve teknologjike. Dhe menjëherë u shfaqën avantazhet dhe disavantazhet e tyre kryesore, të cilat mbeten të rëndësishme edhe sot.

Përparësitë përfshijnë integrimin më të madh të sensorëve dhe efektivitetin e kostos, gamë më të gjerë dinamike, lehtësinë e prodhimit dhe kosto më të ulët, veçanërisht për variantet me megapiksel.

Nga ana tjetër, sensorët CMOS kanë ndjeshmëri më të ulët, për shkak të gjërave të tjera të barabarta, me humbje të mëdha në filtrat RGB dhe një zonë më të vogël të përdorshme të elementit fotosensiv. Si rezultat i shumë elementëve të tranzicionit, duke përfshirë amplifikatorët në rrugën e çdo piksel, sigurimi i uniformitetit të parametrave të të gjithë elementëve të ndjeshëm është shumë më i vështirë në krahasim me CCD. Por përmirësimet në teknologji e kanë sjellë ndjeshmërinë CMOS më afër modeleve më të mira CCD, veçanërisht në versionet me megapiksel.

Përkrahësit e hershëm të CMOS-it argumentuan se këto struktura do të ishin shumë më të lira, sepse ato mund të prodhoheshin në të njëjtin harduer dhe teknologji si çipat e memories dhe logjikës. Në shumë mënyra, ky supozim u konfirmua, por jo plotësisht, pasi përmirësimi i teknologjisë çoi në një proces prodhimi pothuajse identik në kompleksitet me atë për CCD.

Me zgjerimin e rrethit të konsumatorëve përtej televizionit standard, rezolucioni i matricave filloi të rritet vazhdimisht. Këto janë video kamera shtëpiake, kamera elektronike dhe kamera të integruara në pajisjet e komunikimit. Nga rruga, për pajisjet celulare çështja e efikasitetit është mjaft e rëndësishme, dhe këtu sensori CMOS nuk ka konkurrentë. Për shembull, që nga mesi i viteve 1990. Rezolucioni i matricave është rritur çdo vit me 1-2 milion elementë dhe tani arrin 10-12 Mpcs. Për më tepër, kërkesa për sensorë CMOS është bërë dominuese dhe sot i kalon 100 milionë njësi.

CMOS: ndjeshmëri e përmirësuar

Mostrat e para të kamerave të vëzhgimit nga fundi i viteve 1990 - fillimi i viteve 2000 me matrica CMOS kishin një rezolucion prej 352x288 piksele dhe një ndjeshmëri edhe për bardh e zi rreth 1 luks. Versionet me ngjyra të rezolucionit standard ndryshonin në ndjeshmëri prej rreth 7-10 luks.

Çfarë ofrojnë furnitorët?
Aktualisht, ndjeshmëria e matricave CMOS është rritur sigurisht, por për opsionet tipike të imazhit me ngjyra nuk i kalon vlerat e rendit të disa luksit në vlera të arsyeshme të numrit të lentës F (1.2-1.4). Kjo konfirmohet nga specifikimet teknike të markave të mbikëqyrjes video IP që përdorin matricat CMOS të skanimit progresiv. Ata prodhues që pretendojnë ndjeshmëri prej rreth të dhjetat e luksit zakonisht specifikojnë se këto janë të dhëna për një shpejtësi më të ulët të kuadrove, modalitetin e akumulimit ose të paktën një AGC të aktivizuar dhe mjaft të thellë (AGC). Për më tepër, për disa prodhues të kamerave IP, AGC maksimale arrin një vlerë befasuese prej -120 dB (1 milion herë). Mund të shpresohet që ndjeshmëria për këtë rast në mendjet e prodhuesve presupozon një raport të mirë sinjal-zhurmë, duke i lejuar dikujt të vëzhgojë më shumë sesa thjesht "borë" në ekran.

Inovacioni përmirëson cilësinë e videos
Në një përpjekje për të përmirësuar performancën e matricave CMOS, Sony ka propozuar një numër teknologjish të reja që ofrojnë krahasim praktik të matricave CMOS me CCD për sa i përket ndjeshmërisë, raportit sinjal-zhurmë në versionet megapikselë.

Teknologjia e re për prodhimin e matricave Exmor bazohet në ndryshimin e drejtimit të incidencës së fluksit të dritës në matricë. Në një arkitekturë tipike, drita godet sipërfaqen e përparme të vaferës së silikonit përmes dhe kalon përçuesit e qarkut të grupit. Drita shpërndahet dhe bllokohet nga këta elementë. Në modifikimin e ri, drita hyn në anën e pasme të vaferës së silikonit. Kjo çoi në një rritje të ndjeshme të ndjeshmërisë dhe ulje të zhurmës së matricës CMOS. Në Fig. Figura 5 shpjegon ndryshimet midis strukturave të matricës standarde dhe matricës Exmor, të paraqitur në seksion.

Fotografia 1 tregon imazhet e objektit të provës të marra me një ndriçim 100 luks (F4.0 dhe 1/30 s) me një aparat fotografik me CCD (ndriçim përpara) dhe CMOS Exmor, me të njëjtin format dhe rezolucion prej 10 megapikselësh. Natyrisht, një imazh i kamerës CMOS është të paktën po aq i mirë sa një imazh CCD.

Një mënyrë tjetër për të përmirësuar ndjeshmërinë e sensorëve CMOS është të largoheni nga rregullimi drejtkëndor i pikselëve me elementë të kuq dhe blu të zhvendosur në vijë. Në këtë rast, në ndërtimin e një elementi rezolucioni, përdoren dy piksele jeshile - blu dhe të kuqe nga rreshta të ndryshëm. Në vend të kësaj, propozohet një rregullim diagonal i elementeve, duke përdorur gjashtë elementë të gjelbër ngjitur për të ndërtuar një element rezolucioni. Kjo teknologji quhet ClearVid CMOS. Një procesor më i fuqishëm i sinjalit të imazhit supozohet për përpunim. Dallimi në strukturat e rregullimit të elementeve me ngjyrë është ilustruar në Fig. 6.

Informacioni lexohet nga një konvertues paralel analog në dixhital me shpejtësi të lartë. Në të njëjtën kohë, shpejtësia progresive e kuadrove të skanimit mund të arrijë 180 dhe madje 240 fps. Kur regjistroni informacionin paralelisht, eliminohet zhvendosja e kornizës diagonale e zakonshme për kamerat CMOS me ekspozim vijues dhe leximin e sinjalit, i ashtuquajturi efekti Rolling Shutter - kur turbullira karakteristike e objekteve që lëvizin shpejt mungon plotësisht.

Fotografia 2 tregon imazhet e një ventilatori rrotullues të marra me një aparat fotografik CMOS me shpejtësi kuadri prej 45 dhe 180 fps.

Konkurrencë e plotë

Ne përmendëm teknologjitë Sony si shembuj. Natyrisht, matricat CMOS, si CCD-të, prodhohen gjithashtu nga kompani të tjera, megjithëse jo në një shkallë të tillë dhe jo aq të njohur. Në çdo rast, të gjithë, në një mënyrë apo tjetër, ndjekin afërsisht të njëjtën rrugë dhe përdorin zgjidhje teknike të ngjashme.

Në veçanti, teknologjia e mirënjohur e matricave Panasonic Live-MOS gjithashtu përmirëson ndjeshëm karakteristikat e matricave CMOS dhe, natyrisht, me metoda të ngjashme. Matricat Panasonic kanë reduktuar distancën nga fotodioda në mikrolentet. Transmetimi i sinjaleve nga sipërfaqja e fotodiodës është thjeshtuar. Numri i sinjaleve të kontrollit është zvogëluar nga 3 (CMOS standarde) në 2 (si në CCD), gjë që ka rritur zonën fotosensitive të pikselit. Përdoret një përforcues fotodiodë me zhurmë të ulët. Përdoret një strukturë më e hollë e shtresës së sensorit. Tensioni i reduktuar i furnizimit zvogëlon zhurmën dhe nxehtësinë e matricës.

Mund të thuhet se matricat megapikselë CMOS tashmë mund të konkurrojnë me sukses me CCD jo vetëm në çmim, por edhe në karakteristika të tilla problematike për këtë teknologji si ndjeshmëria dhe niveli i zhurmës. Megjithatë, në formatet tradicionale televizive CCTV, matricat CCD mbeten jokonkurruese.

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 ende ndarja e matricave sipas metoda e leximit të tarifës, në: matricat CCD lloji dhe CMOS matricat. Në këtë artikull do të shqyrtojmë parimet e funksionimit, si dhe avantazhet dhe disavantazhet e këtyre dy llojeve të matricave, pasi ato janë ato që përdoren gjerësisht në pajisjet moderne fotografike dhe video.

matrica CCD

Matricë CCD quajtur edhe matrica CCD(Ngarkimi i pajisjeve të çiftuara). CCD Matrica është një pllakë drejtkëndore e elementeve fotosensitive (fotodioda) e vendosur në një kristal silikoni gjysmëpërçues. Parimi i funksionimit të tij bazohet në lëvizjen rresht pas rreshti të ngarkesave që janë grumbulluar në vrimat 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 që duhet të ruhet disi për përpunim të mëtejshëm. Për këtë qëllim, në nënshtresën e silikonit të matricës është ndërtuar një gjysmëpërçues, mbi të cilin ndodhet një elektrodë transparente e bërë nga silikoni polikristalor. Dhe si rezultat i aplikimit të një potenciali elektrik në këtë elektrodë, në zonën e varfërimit nën gjysmëpërçues formohet një i ashtuquajtur pus potencial, në të cilin ruhet ngarkesa e marrë nga fotonet. Kur lexoni ngarkesën elektrike 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 amplifikon sinjalin dhe e transmeton atë në një analog në- konverteri dixhital (ADC), nga ku sinjali i konvertuar dërgohet në një procesor që përpunon sinjalin dhe ruan imazhin që rezulton në një kartë memorie .

Fotodioda poliilikonike përdoren për të prodhuar matrica CCD. Matrica të tilla kanë përmasa të vogla dhe ju lejojnë të merrni fotografi mjaft të cilësisë së lartë kur shkrepni në ndriçim normal.

Përparësitë e CCD-ve:

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

Disavantazhet e CCD-ve:

1. Niveli i lartë i zhurmës në ISO të lartë (në ISO të ulët, niveli i zhurmës është i moderuar);
2. Shpejtësia e ulët e funksionimit në krahasim me matricat CMOS;
3. Konsumi i lartë i energjisë;
4. Teknologji më komplekse e leximit të sinjalit, pasi kërkohen shumë çipa kontrolli;
5. Prodhimi është më i shtrenjtë se matricat CMOS.

Matrica CMOS

Matricë CMOS, ose Matrica CMOS(Gjysmëpërçuesit plotësues të oksidit të metalit) përdor sensorë të pikës aktive. Ndryshe nga CCD, sensorët CMOS përmbajnë një tranzistor të veçantë në çdo element të ndjeshëm ndaj dritës (piksel), si rezultat i të cilit konvertimi i ngarkesës kryhet drejtpërdrejt në piksel. Ngarkesa që rezulton mund të lexohet nga çdo piksel individualisht, duke eliminuar nevojën për transferim të ngarkesës (siç ndodh me CCD-të). Piksele të sensorit CMOS janë të integruara drejtpërdrejt me konvertuesin analog në dixhital apo edhe me procesorin. Si rezultat i përdorimit të një teknologjie të tillë racionale, kursimet e energjisë ndodhin për shkak të një reduktimi të zinxhirëve të veprimeve në krahasim me matricat CCD, si dhe një ulje të kostos së pajisjes për shkak të një dizajni më të thjeshtë.

Parimi i shkurtër i funksionimit të një sensori CMOS: 1) Para shkrepjes, një sinjal rivendosjeje aplikohet në transistorin e rivendosjes. 2) Gjatë ekspozimit, drita depërton përmes thjerrëzave 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 sensorëve CMOS:

1. Konsumi i ulët i energjisë (veçanërisht në modalitetet e gatishmërisë);
2. Performancë e lartë;
3. Kërkon më pak kosto prodhimi për shkak të ngjashmërisë së teknologjisë me prodhimin e mikroqarqeve;
4. Uniteti i teknologjisë me elementë të tjerë dixhitalë, i cili ju lejon të kombinoni pjesë analoge, dixhitale dhe përpunuese në një çip (d.m.th., përveç kapjes së dritës në një piksel, ju mund të konvertoni, përpunoni dhe pastroni sinjalin nga zhurma).
5. Mundësia e aksesit të rastësishëm në çdo piksel ose grup pikselësh, që ju lejon të zvogëloni madhësinë e imazhit të kapur dhe të rrisni shpejtësinë e leximit.

Disavantazhet e matricave CMOS:

1. Fotodioda zë një zonë të vogël pixel, duke rezultuar në ndjeshmëri të ulët ndaj dritës së matricës, por në matricat moderne CMOS ky disavantazh praktikisht është eliminuar;
2. Prania e zhurmës termike nga transistorët ngrohës brenda pikselit gjatë procesit të leximit.
3. Përmasa relativisht të mëdha, fotopajisjet me këtë lloj matrice karakterizohen nga pesha dhe madhësia e madhe.

Përveç llojeve të mësipërme, 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 prizma dykroike kur një rreze drite i godet. Çdo rreze më pas drejtohet në një matricë të veçantë. Si rezultat, shkëlqimi i ngjyrave blu, të kuqe dhe jeshile përcaktohet menjëherë në fotocelë. Matricat me tre shtresa përdoren në kamerat video të nivelit të lartë, të cilat kanë një përcaktim të veçantë - 3CCD.

Për ta 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, CMOS matricat kohët e fundit janë bërë gjithnjë e më popullore në prodhimin e kamerave SLR. Bazuar në tiparet karakteristike të llojeve të ndryshme të matricave, mund të merret një ide e qartë pse pajisjet fotografike profesionale që ofrojnë shkrepje me cilësi të lartë janë mjaft të rënda dhe të rënda. Ky informacion duhet të mbahet mend patjetër kur zgjidhni një aparat fotografik - domethënë, merrni parasysh dimensionet fizike të matricës, dhe jo numrin e pikselëve.

CCD është një pajisje e lidhur me ngarkesë. Kjo lloj matrice fillimisht u konsiderua si më cilësore, por edhe më e shtrenjtë dhe konsumon energji. Nëse imagjinoni me pak fjalë parimin bazë të funksionimit të një matrice CCD, atëherë ata mbledhin të gjithë figurën në një version analog dhe vetëm atëherë e dixhitalizojnë atë.

Ndryshe nga matricat CCD, matricat CMOS (plotësues metal-oksid-gjysmëpërçues, logjikë plotësuese në transistorët metal-oksid-gjysmëpërçues, CMOS) digjitalizojnë çdo piksel në vend. Matricat CMOS fillimisht ishin më pak konsumuese të energjisë dhe më 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 regjistruara me numrin total të tyre që ndodh në zonën fotosensitive të matricës, për CCD - 95%).
• Gama e lartë dinamike (ndjeshmëri).

Disavantazhet e matricave CCD përfshijnë:

• Parimi i leximit të sinjalit, dhe për këtë arsye teknologjia, është kompleks.
• 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 fps).
• Konsumi i ulët i energjisë (pothuajse 100 herë në krahasim me CCD).
• Më e lirë dhe më e lehtë për t'u prodhuar.
• Perspektivat e teknologjisë (në të njëjtin çip, në parim, nuk kushton asgjë për të zbatuar të gjitha qarqet e nevojshme shtesë: konvertuesit analog në dixhital, procesorin, memorien, duke marrë kështu një aparat fotografik dixhital të plotë në një çip. Nga rruga, krijimi i një pajisjeje të tillë është kryer së bashku që nga viti 2002 Samsung Electronics dhe Mitsubishi Electric).

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 (shkaktohet nga të ashtuquajturat 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 një imazh kapet nga një lente videokamere, drita kalon nëpër lentet dhe godet sensorin e imazhit. Sensori i imazhit, ose matrica, përbëhet nga shumë elementë, të quajtur edhe pikselë, që regjistrojnë sasinë e dritës që bie mbi to. Piksele konvertojnë sasinë e dritës që rezulton në numrin përkatës të elektroneve. Sa më shumë dritë që godet një piksel, aq më shumë elektrone do të gjenerojë. Elektronet shndërrohen në tension dhe më pas shndërrohen në numra sipas vlerave ADC (Konvertuesi Analog në Dixhital). Sinjali i përbërë nga numra të tillë përpunohet nga qarqet elektronike brenda kamerës video.

Aktualisht, ekzistojnë dy teknologji kryesore që mund të përdoren për të krijuar një sensor imazhi në një aparat fotografik, këto janë CCD (Pajisja e lidhur me karikimin) dhe CMOS (Gjysmëpërçuesi Metal-Oksid Komplimentar). 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. Meqenëse sensorët e imazhit CMOS dhe CCD janë "të verbër ndaj ngjyrave", 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, kombinime të ndryshme të të cilave 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" jeshile sepse 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 cian, magenta dhe të verdhë. Filtri plotësues i ngjyrave 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 pixel sepse... ka një gjerësi spektrale më të gjerë. Sidoqoftë, sinjali duhet të konvertohet në RGB për t'u përdorur në imazhin përfundimtar, i cili përfshin përpunim shtesë dhe fut zhurmë. Pasoja e kësaj është një rënie në raportin 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 skanimit 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 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 matricë N megapiksel përmban N milion piksele. Sa më shumë piksele në matricë, aq më e detajuar del fotografia.

Çdo element fotosensiv është një kondensator që ngarkon kur ekspozohet ndaj dritës. Kondensatori ngarkohet më fort, sa më e ndritshme të jetë drita që bie mbi të, ose sa më gjatë të jetë i ekspozuar ndaj dritës. Problemi është se ngarkesa e kondensatorit mund të ndryshojë jo vetëm nën ndikimin e dritës, por edhe nga lëvizja termike e elektroneve në materialin e matricës. Disa piksel marrin më shumë elektrone termike, ndërsa të tjerët marrin më pak. Rezultati është zhurma dixhitale. Nëse bëni një fotografi të një qielli blu, për shembull, në foto mund të duket sikur përbëhet nga pikselë me ngjyra paksa të ndryshme, dhe një fotografi e marrë me një lente të mbyllur do të përbëhet nga më shumë se vetëm pika të zeza. Sa më e vogël të jetë madhësia gjeometrike e matricës me të njëjtin numër 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 fraksion dhe matet në inç. Ajo që është interesante është se nëse përpiqeni të llogaritni këtë fraksion dhe ta shndërroni atë nga inç në milimetra, vlera që rezulton nuk do të përkojë me dimensionet aktuale të matricës. Kjo kontradiktë lindi historikisht kur madhësia e një pajisjeje transmetuese televizive (vidicon) tregohej në mënyrë të ngjashme. Për kamerat dixhitale SLR, madhësia e matricës ose tregohet drejtpërdrejt në milimetra, ose tregohet si faktor i prerjes - një numër që tregon se sa herë kjo madhësi është më e vogël se korniza e një filmi 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. Ju thoni, çfarë është e çuditshme këtu? Por e çuditshmja 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 të kuqe, jeshile dhe blu. Megjithatë, në realitet nuk është kështu. Çdo piksel përbëhet nga vetëm një element. Nga vjen ngjyra atëherë? Në fakt, një filtër drite aplikohet në çdo piksel në mënyrë të tillë që çdo piksel të perceptojë vetëm njërën nga ngjyrat. Filtrat alternojnë - piksel i parë percepton vetëm të kuqe, i dyti - vetëm jeshil, i treti - vetëm blu. Pas leximit të informacionit nga matrica, ngjyra për çdo piksel llogaritet në bazë të ngjyrave të këtij piksel dhe fqinjëve të tij. Sigurisht, kjo metodë shtrembëron disi imazhin, por algoritmi i llogaritjes së ngjyrave është krijuar në atë mënyrë që ngjyra e detajeve të vogla të shtrembërohet, por jo shkëlqimi i tyre. Dhe për syrin e njeriut që shikon foton, është më e rëndësishme shkëlqimi sesa ngjyra e këtyre detajeve, kështu që këto shtrembërime janë pothuajse të padukshme. Kjo strukturë quhet modeli Bayer, i emëruar pas inxhinierit të Kodak që patentoi këtë strukturë filtri.

Shumica e matricave moderne fotosensitive të përdorura në kamerat dixhitale kompakte kanë dy ose tre mënyra funksionimi. Modaliteti kryesor përdoret për fotografimin dhe ju lejon të lexoni një imazh me rezolucion maksimal nga matrica. Kjo mënyrë kërkon mungesën e ndonjë ndriçimi të matricës gjatë leximit të kornizës, e cila nga ana tjetër kërkon praninë e një grila mekanike. Një tjetër modalitet me shpejtësi të lartë ju lejon të lexoni të gjithë imazhin 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 xhirim 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 SLR nuk kanë modalitete me shpejtësi të lartë.

Por jo të gjitha matricat fotosensitive janë të dizajnuara në këtë mënyrë. Kompania Sigma prodhon matrica Foveon, në të cilat çdo piksel në të vërtetë përbëhet nga tre elementë të ndjeshëm ndaj dritës. 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 tyre me shumë megapiksel.

Matricat SuperCCD të Fuji kanë një veçori tjetër interesante. Piksele në këto matrica janë në formë 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, me ndihmën e një algoritmi special të interpolimit, mund të përftohen detaje më të mira të imazhit.

Në këtë rast, interpolimi me të vërtetë ju lejon të përmirësoni detajet e imazhit, ndryshe nga pajisjet nga prodhuesit e tjerë, ku imazhi nga një matricë me një rregullim konvencional të pikselit është interpoluar. Dallimi themelor midis këtyre matricave është se hapësira e pikselëve është gjysma e madhe se vetë pikselat. Kjo ju lejon të rritni detajet e imazhit përgjatë vijave vertikale dhe horizontale. Në të njëjtën kohë, matricat konvencionale kanë detaje më të mira diagonale, por në fotografitë reale zakonisht ka më pak vija diagonale sesa ato vertikale ose horizontale.

Interpolimi– algoritmi për llogaritjen e vlerave që mungojnë nga vlerat fqinje. Nëse e dimë se në orën 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 një piksel sensor transmetohet nga çipi përmes një nyje dalëse, ose përmes vetëm disa nyjeve dalëse. Ngarkesat konvertohen në një nivel tensioni, grumbullohen dhe dërgohen si një sinjal analog. Ky sinjal më pas përmblidhet dhe shndërrohet në numra nga një konvertues analog në dixhital, jashtë sensorit (shih Figurën 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 numër avantazhesh ndaj sensorëve CMOS, përkatësisht ndjeshmëri më të mirë ndaj dritës dhe zhurmë të ulët. Kohët e fundit, megjithatë, dallimet mezi janë të dukshme.

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

Sensorët CCD kërkojnë gjithashtu shpejtësi më të larta të transmetimit 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 një sensor CCD dhe një sensor CMOS, respektivisht.

Në një fazë të hershme, 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 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 të marrë imazhin. Çdo piksel CMOS përmban konvertues elektronikë. Krahasuar me sensorët CCD, sensorët CMOS kanë funksionalitet më të madh dhe aftësi më të mëdha integruese. 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, pasja e qarkut elektronik brenda çipit paraqet rrezikun e zhurmës më të strukturuar, si p.sh. vija. Kalibrimi i sensorëve CMOS gjatë prodhimit është gjithashtu më kompleks sesa me sensorët CCD. Për fat të mirë, teknologjia moderne lejon prodhimin e sensorëve CMOS vetë-kalibrues.

Në sensorët CMOS, është e mundur të lexoni një imazh nga pikselë individualë, gjë që ju lejon të "dritare" imazhin, d.m.th. lexoni leximet jo të të gjithë sensorit, por vetëm të një zone të caktuar të tij. Kështu, është e mundur të përftohet një shkallë më e lartë e kuadrove nga një pjesë e sensorit për përpunimin e mëpasshëm dixhital PTZ (eng. pan/anim/zoom, panorama/anim/zoom). Përveç kësaj, kjo bën të mundur transmetimin e transmetimeve të shumta video nga një sensor CMOS, duke simuluar disa "kamera virtuale"

HDTV dhe kamera megapiksel

Sensorët megapikselë dhe televizori me definicion të lartë lejojnë kamerat dixhitale IP të ofrojnë rezolucion më të lartë të imazhit se kamerat analoge CCTV, d.m.th. ato ofrojnë një aftësi më të madhe për të dalluar detajet dhe për të identifikuar njerëzit dhe objektet - një faktor kyç në vëzhgimin me video. Një kamerë IP megapikselë ka të paktën dy herë rezolucionin e një kamere CCTV analoge. Sensorët megapikselë janë çelësi për televizionin me definicion të lartë, kamerat me megapikselë dhe me shumë megapikselë. Dhe mund të përdoret për të ofruar detaje jashtëzakonisht të larta të imazhit dhe video me shumë transmetime.

Sensorët CMOS megapikselë janë më të përdorur dhe shumë më të lirë se sensorët CCD megapikselë, 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 me megapiksel 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 madhësia e një piksel në një sensor VGA. Pasoja e kësaj është se çdo piksel në një sensor megapiksel është më pak i ndjeshëm ndaj dritës.

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

Dallimet kryesore midis CMOS dhe CCD

Sensorët CMOS përmbajnë përforcues, konvertues A/D dhe shpesh çipa të përpunimit shtesë, ndërsa në një kamerë CCD, shumica e përpunimit të sinjalit bëhet jashtë sensorit. Sensorët CMOS konsumojnë më pak energji se sensorët CCD, që do të thotë se kamera mund të mbahet në një temperaturë më të ulët brenda. Temperatura e rritur e sensorëve CCD mund të rrisë interferencën. Nga ana tjetër, sensorët CMOS mund të vuajnë nga zhurma e strukturuar (bandimi, etj.).

Sensorët CMOS mbështesin dritaren e 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 fshijnë ndryshimin në ndjeshmërinë ndaj dritës midis sensorëve CCD dhe CMOS.

konkluzioni

Sensorët CCD dhe CMOS kanë avantazhe dhe disavantazhe të ndryshme, por teknologjia po përparon 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.