Jedan element je osjetljiv u cijelom vidljivom spektralnom opsegu, pa se iznad fotodioda CCD matrice u boji koristi svjetlosni filter koji prenosi samo jednu od tri boje: crvenu (Red), zelenu (Green), plavu (Blue) ili žutu (žuta), magenta (magenta), tirkizna (cijan). Ali zauzvrat, nema takvih filtera u crno-beloj CCD matrici.

UREĐAJ I PRINCIP RADA PIKSELA

Piksel se sastoji od p-supstrata obloženog prozirnim dielektrikom, na koji je nanesena elektroda koja prenosi svjetlost, formirajući potencijalni bunar.

Iznad piksela može postojati svjetlosni filter (koji se koristi u matricama boja) i sabirno sočivo (koristi se u matricama gdje osjetljivi elementi ne zauzimaju u potpunosti površinu).

Pozitivan potencijal se primjenjuje na elektrodu koja prenosi svjetlost koja se nalazi na površini kristala. Svetlost koja pada na piksel prodire duboko u strukturu poluprovodnika, formirajući par elektron-rupa. Nastali elektron i rupa razdvojeni su električnim poljem: elektron se pomiče u zonu skladištenja nosača (potencijalni bunar), a rupe teku u supstrat.

Piksel ima sljedeće karakteristike:

• Kapacitet potencijalne bušotine je broj elektrona koje potencijalna jama može primiti.
• Spektralna osjetljivost piksela je ovisnost osjetljivosti (odnos vrijednosti fotostruje i vrijednosti svjetlosnog toka) o talasnoj dužini zračenja.
• Kvantna efikasnost (mjerena u procentima) je fizička veličina jednaka omjeru broja fotona čija je apsorpcija izazvala stvaranje kvazičestica prema ukupnom broju apsorbiranih fotona. U modernim CCD matricama ova brojka dostiže 95%. Poređenja radi, ljudsko oko ima kvantnu efikasnost od oko 1%.
• Dinamički raspon je omjer napona ili struje zasićenja prema srednjem kvadratu napona ili struje tamnog šuma. Izmjereno u dB.

CCD MATRICA I UREĐAJ ZA PRENOS NAPUNJENJA

CCD je podijeljen u redove, a svaki red je podijeljen na piksele. Redovi su međusobno odvojeni zaustavnim slojevima (p+), koji ne dozvoljavaju da naboji teku između njih. Za pomicanje paketa podataka koriste se paralelni, također poznati kao vertikalni (VCCD) i serijski, također poznati kao horizontalni (HCCD) registri pomaka.

Najjednostavniji ciklus rada trofaznog registra pomaka počinje činjenicom da se na prvu kapiju primjenjuje pozitivan potencijal, što rezultira formiranjem bunara ispunjenog nastalim elektronima. Zatim na drugu kapiju primjenjujemo potencijal koji je veći nego na prvom, zbog čega se ispod druge kapije formira dublja potencijalna bušotina u koju će se slijevati elektroni ispod prve kapije. Da biste nastavili kretanje naboja, trebali biste smanjiti vrijednost potencijala na drugoj kapiji i primijeniti veći potencijal na trećoj. Elektroni teku ispod treće kapije. Ovaj ciklus se nastavlja od tačke akumulacije do horizontalnog otpornika direktnog očitavanja. Sve elektrode horizontalnog i vertikalnog registra pomaka formiraju faze (faza 1, faza 2 i faza 3).

Klasifikacija CCD matrica prema boji:

• Crno-bjelo
• Colored

Klasifikacija CCD matrica prema arhitekturi:

Zelena označava fotoosjetljive ćelije, siva označava neprozirna područja.

CCD matrica ima sljedeće karakteristike:

• Efikasnost prijenosa naboja je omjer broja elektrona u naboju na kraju puta kroz registar pomaka prema broju na početku.
• Faktor punjenja je omjer površine ispunjene fotoosjetljivim elementima prema ukupnoj površini fotoosjetljive površine CCD matrice.
• Tamna struja je električna struja koja teče kroz fotosenzitivni element u odsustvu upadnih fotona.
• Šum čitanja je šum koji se javlja u krugovima konverzije izlaznog signala i pojačanja.

Matrice sa prijenosom okvira. (Engleski prijenos okvira).

Prednosti: Mogućnost zauzimanja 100% površine fotoosetljivim elementima; Vrijeme očitavanja je kraće od senzora prijenosa punog formata; Manje zamućenja od CCD-a za prijenos punog kadra; Ima prednost radnog ciklusa u odnosu na arhitekturu punog kadra: CCD za prijenos okvira konstantno prikuplja fotone. Nedostaci: Kada čitate podatke, trebate blokirati izvor svjetlosti zatvaračem kako biste izbjegli zamućenje; Putanja naelektrisanja je povećana, što negativno utiče na efikasnost prenosa naboja; Ovi senzori su skuplji za proizvodnju i proizvodnju od prijenosnih uređaja punog formata.

Matrice sa međulinijskim transferom ili matrice sa baferovanjem kolona (eng. Interline-transfer).
	Prednosti: Nema potrebe za korištenjem zatvarača; Nema podmazivanja. Nedostaci: Mogućnost popunjavanja površine osjetljivim elementima za najviše 50%. Brzina čitanja je ograničena brzinom registra pomaka; Rezolucija je niža od CCD-a za prijenos okvira i punog kadra.

Matrice s prijenosom linija-frame ili matrice sa puferiranjem stupaca (engleski interline).

Prednosti: Procesi akumulacije i prijenosa naboja su prostorno odvojeni; Naelektrisanje iz skladišnih elemenata se prenosi u registre prenosa, zatvorene od svetlosti CCD matrice; Prijenos punjenja cijele slike se vrši u 1 taktu; Bez podmazivanja; Interval između ekspozicija je minimalan i pogodan za video snimanje. Nedostaci: Sposobnost ispunjavanja površine osjetljivim elementima za najviše 50%; Rezolucija je niža od CCD-a za prijenos okvira i punog kadra; Putanja naelektrisanja se povećava, što negativno utiče na efikasnost prenosa naelektrisanja.

PRIMENA CCD MATRICA

	NAUČNA PRIMJENA za spektroskopiju; za mikroskopiju; za kristalografiju; za fluoroskopiju; za prirodne nauke; za biološke nauke.
	SPACE APPLICATION u teleskopima; u zvjezdanim tragačima; u praćenju satelita; prilikom sondiranja planeta; brodska i ručna oprema za posadu.
	INDUSTRIJSKA PRIMJENA provjeriti kvalitet zavarenih spojeva; za kontrolu ujednačenosti farbanih površina; proučavati otpornost na habanje mehaničkih proizvoda; za čitanje bar kodova; za kontrolu kvaliteta pakovanja proizvoda.
	PRIJAVA ZA ZAŠTITU OBJEKATA u stambenim stanovima; na aerodromima; na gradilištima; na radnim mestima; u "pametnim" kamerama koje prepoznaju lice osobe.
	PRIMENA U FOTOGRAFIJI u profesionalnim fotoaparatima; u amaterskim kamerama; u mobilnim telefonima.
	MEDICINSKA UPOTREBA u fluoroskopiji; u kardiologiji; u mamografiji; u stomatologiji; u mikrohirurgiji; u onkologiji.
	AUTO-CESTOVA PRIMJENA za automatsko prepoznavanje registarskih tablica; za kontrolu brzine; za kontrolu toka saobraćaja; za parking kartu; u sistemima nadzora policije.

Kako dolazi do izobličenja pri snimanju pokretnih objekata na senzoru sa roletom:

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

Definicija

CCD Matrix- mikrokolo koje se sastoji od fotosenzitivnih fotodioda i kreirano na bazi silikona. Rad se zasniva na principu rada uređaja sa spregnutim punjenjem.

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

Poređenje

Ključna razlika između CMOS i CCD senzora je njihov potpuno drugačiji princip rada. CCD digitalizuje rezultujuću analognu sliku, CMOS digitalizuje svaki piksel slike odjednom. Malo više detalja: električni naboj u pikselima (LED) CCD matrice pretvara se u električni potencijal, pojačava se u analognom pojačalu izvan fotoosjetljivog senzora, a tek onda digitalizira analogno-digitalni pretvarač. Električni naboj u pikselima CMOS matrice se akumulira u kondenzatorima, iz kojih se uklanja električni potencijal, prenosi na analogno pojačalo i digitalizira kroz isti pretvarač. Neki novi CMOS senzori imaju analogna pojačala signala ugrađena direktno u piksel.

Još jedna važna stvar: broj pojačala za CCD i CMOS matrice je različit. Potonji imaju više pojačala, tako da se kvalitet slike donekle smanjuje kako signal prolazi. Stoga se CCD koristi u stvaranju fotografske opreme dizajnirane za stvaranje slika visokog stupnja detalja, na primjer, za istraživačke, medicinske i industrijske svrhe. CMOS se susrećemo svaki dan: većina kamera u mobilnoj elektronici zasnovana je upravo na takvim matricama.

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

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

Zaključci web stranica

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

Senzor slike je najvažniji element svake video kamere. Danas skoro sve kamere koriste CCD ili CMOS senzore slike. Oba tipa senzora obavljaju zadatak pretvaranja slike izgrađene na senzoru pomoću sočiva u električni signal. Međutim, pitanje koji je senzor bolji i dalje ostaje otvoreno.

N.I. Chura
Tehnički savjetnik
Microvideo Group LLC

CCD je analogni senzor, uprkos diskretnosti strukture osetljive na svetlost. Kada svjetlost udari u matricu, svaki piksel akumulira naboj ili paket elektrona, koji se pretvara, kada ga očita opterećenje, u napon video signala proporcionalan osvjetljenju piksela. Minimalni broj međuprijelaza ovog naboja i odsustvo aktivnih uređaja osiguravaju visoku identičnost CCD osjetljivih elemenata.

CMOS matrica je digitalni uređaj sa senzorima aktivnih piksela. Svaki piksel ima svoje pojačalo, koje pretvara naboj osjetljivog elementa u napon. Ovo omogućava kontrolu svakog piksela gotovo pojedinačno.

Evolucija CCD-a

Od izuma CCD-a od strane Bell Laboratories (ili Bell Labs) 1969. godine, veličine senzora slike su se stalno smanjivale. Istovremeno se povećao broj osjetljivih elemenata. To je prirodno dovelo do smanjenja veličine jednog osjetljivog elementa (piksela), a shodno tome i njegove osjetljivosti. Na primjer, od 1987. ove veličine su se smanjile za 100 puta. Ali zahvaljujući novim tehnologijama, osjetljivost jednog elementa (a samim tim i cijele matrice) je čak i povećana.

Šta nam je omogućilo da dominiramo
Od samog početka, CCD-ovi su postali dominantni senzori jer su pružali bolji kvalitet slike, manje šuma, veću osjetljivost i veću uniformnost piksela. Glavni napori za poboljšanje tehnologije bili su usmjereni na poboljšanje performansi CCD-a.

Kako raste osjetljivost
U poređenju sa popularnom Sony HAD matricom standardne definicije (500x582) iz kasnih 1990-ih. (ICX055) osjetljivost modela sa naprednijom Super HAD tehnologijom povećana je skoro 3 puta (ICX405) i Ex-view HAD - 4 puta (ICX255). I za crno-bijele i kolor verzije.

Za matrice visoke rezolucije (752x582) uspjesi su nešto manje impresivni, ali ako uporedimo Super HAD modele slike u boji sa najsavremenijim Ex-view HAD II i Super HAD II tehnologijama, povećanje osjetljivosti će biti 2,5 i 2,4 puta , odnosno. I to unatoč smanjenju veličine piksela za skoro 30%, budući da je riječ o matricama najmodernijeg 960H formata sa povećanim brojem piksela na 976x582 za PAL standard. Za obradu takvog signala, Sony nudi niz Effio signalnih procesora.

Dodata IR komponenta
Jedna od efikasnih metoda za povećanje integralne osetljivosti je proširenje spektralnih karakteristika osetljivosti u infracrveno područje. Ovo posebno važi za Ex-view matricu. Dodavanje IR komponente donekle iskrivljuje prijenos relativne svjetline boja, ali za crno-bijelu verziju to nije kritično. Jedini problem nastaje sa prikazom boja u dnevno/noćnim kamerama sa konstantnom IC osjetljivošću, odnosno bez mehaničkog IR filtera.

Razvoj ove tehnologije u Ex-view HAD II modelima (ICX658AKA) u poređenju sa prethodnom verzijom (ICX258AK) obezbeđuje povećanje integralne osetljivosti od samo 0,8 dB (sa 1100 na 1200 mV) uz istovremeno povećanje osetljivosti pri talasna dužina od 950 nm za 4,5 dB. Na sl. 1 prikazuje karakteristike spektralne osjetljivosti ovih matrica, a sl. 2 – odnos njihove integralne osetljivosti.

Optical Innovation
Druga metoda za povećanje osjetljivosti CCD-a je povećanje efikasnosti mikrosočiva piksela, fotoosjetljivog područja i optimizacija filtera u boji. Na sl. Slika 3 prikazuje strukturu matrica Super HAD i Super HAD II, pokazujući povećanje površine sočiva i fotoosjetljive površine najnovije modifikacije.

Dodatno, Super HAD II matrice su značajno povećale propustljivost svjetlosnih filtera i njihovu otpornost na blijeđenje. Osim toga, proširena je transmisija u kratkotalasnoj regiji spektra (plava), što je poboljšalo prikaz boja i balans bijele boje.

Na sl. Slika 4 prikazuje karakteristike spektralne osjetljivosti Sony 1/3" Super HAD (ICX229AK) i Super HAD II (ICX649AKA) matrica.

CCD: Jedinstvena osjetljivost

Uzeti zajedno, gore navedene mjere su postigle značajne rezultate u poboljšanju performansi CCD-a.

Nije moguće porediti karakteristike modernih modela sa ranijim verzijama, jer matrice boja za široku upotrebu, čak ni standardne visoke rezolucije, tada nisu bile proizvedene. Zauzvrat, crno-bijele matrice standardne definicije koje koriste najnovije Ex-view HAD II i Super HAD II tehnologije trenutno se ne proizvode.

U svakom slučaju, u smislu osjetljivosti, CCD-ovi su još uvijek nedostižan mjerilo za CMOS, pa su i dalje u širokoj primjeni sa izuzetkom megapikselnih varijanti koje su vrlo skupe i koriste se uglavnom za posebne zadatke.

CMOS: prednosti i nedostaci

CMOS senzori su izumljeni kasnih 1970-ih, ali proizvodnja je počela tek 1990-ih zbog tehnoloških problema. I odmah su se pojavile njihove glavne prednosti i nedostaci, koji su i danas aktualni.

Prednosti uključuju veću integraciju senzora i ekonomičnost, širi dinamički raspon, lakoću proizvodnje i nižu cijenu, posebno za varijante megapiksela.

S druge strane, CMOS senzori imaju manju osjetljivost zbog, uz ostale jednake stvari, velikih gubitaka u RGB filterima i manje korisne površine fotoosjetljivog elementa. Kao rezultat velikog broja prijelaznih elemenata, uključujući pojačala na putanji svakog piksela, osiguravanje uniformnosti parametara svih osjetljivih elemenata je mnogo teže u odnosu na CCD. Ali poboljšanja u tehnologiji približila su CMOS osjetljivost najboljim CCD dizajnima, posebno u verzijama megapiksela.

Rani zagovornici CMOS-a su tvrdili da bi ove strukture bile mnogo jeftinije jer bi se mogle proizvoditi na istom hardveru i tehnologiji kao memorijski i logički čipovi. Na mnogo načina, ova pretpostavka je potvrđena, ali ne u potpunosti, budući da je unapređenje tehnologije dovelo do proizvodnog procesa gotovo identične složenosti onom za CCD.

Širenjem kruga potrošača izvan standardne televizije, rezolucija matrica počela je kontinuirano rasti. To su kućne video kamere, elektronske kamere i kamere ugrađene u komunikacijske uređaje. Inače, za mobilne uređaje je pitanje efikasnosti prilično važno, a ovdje CMOS senzor nema konkurenciju. Na primjer, od sredine 1990-ih. Rezolucija matrica se povećava godišnje za 1-2 miliona elemenata i sada dostiže 10-12 Mpcs. Štaviše, potražnja za CMOS senzorima je postala dominantna i danas prelazi 100 miliona jedinica.

CMOS: poboljšana osjetljivost

Prvi uzorci nadzornih kamera iz kasnih 1990-ih – ranih 2000-ih s CMOS matricama imali su rezoluciju od 352x288 piksela i osjetljivost čak i za crno-bijelo od oko 1 luksa. Verzije u boji standardne rezolucije razlikovale su se u osjetljivosti od oko 7-10 luksa.

Šta nude dobavljači?
Trenutno se osjetljivost CMOS matrica svakako povećala, ali za tipične opcije slike u boji ne prelazi vrijednosti reda od nekoliko luksa pri razumnim vrijednostima F broja sočiva (1,2–1,4). To potvrđuju i tehničke specifikacije brendova IP video nadzora koji koriste CMOS matrice progresivnog skeniranja. Oni proizvođači koji tvrde da je osjetljivost od oko desetinki luksa obično navode da su to podaci za nižu brzinu kadrova, način akumulacije ili barem omogućen i dovoljno dubok AGC (AGC). Štaviše, za neke proizvođače IP kamera, maksimalni AGC dostiže zapanjujuću vrijednost od –120 dB (1 milion puta). Možemo se nadati da osjetljivost za ovaj slučaj u glavama proizvođača pretpostavlja pristojan odnos signal-šum, omogućavajući da se na ekranu vidi više od samog "snijega".

Inovacija poboljšava kvalitet videa
U nastojanju da poboljša performanse CMOS matrica, Sony je predložio niz novih tehnologija koje pružaju praktično poređenje CMOS matrica sa CCD-om u smislu osjetljivosti, odnosa signal-šum u verzijama megapiksela.

Nova tehnologija za proizvodnju Exmor matrica bazira se na promjeni smjera upada svjetlosnog fluksa na matricu. U tipičnoj arhitekturi, svjetlost udara u prednju površinu silikonske pločice kroz provodnike niza i pored njih. Ovi elementi raspršuju i blokiraju svjetlost. U novoj modifikaciji, svjetlost ulazi na stražnju stranu silikonske pločice. To je dovelo do značajnog povećanja osjetljivosti i smanjenja šuma CMOS matrice. Na sl. Slika 5 objašnjava razlike između struktura standardne matrice i Exmor matrice, prikazane u odjeljku.

Slika 1 prikazuje slike test objekta snimljene pri osvjetljenju od 100 luxa (F4.0 i 1/30 s) kamerom sa CCD (prednje osvjetljenje) i CMOS Exmor, istog formata i rezolucije od 10 megapiksela. Očigledno, slika CMOS kamere je barem jednako dobra kao i CCD slika.

Drugi način da se poboljša osjetljivost CMOS senzora je udaljavanje od pravokutnog rasporeda piksela sa crvenim i plavim elementima pomjerenim linijama. U ovom slučaju, u konstrukciji jednog elementa rezolucije koriste se dva zelena piksela - plavi i crveni iz različitih redova. Umjesto toga, predlaže se dijagonalni raspored elemenata, koristeći šest susjednih zelenih elemenata za konstruiranje jednog elementa rezolucije. Ova tehnologija se zove ClearVid CMOS. Za obradu se pretpostavlja moćniji procesor signala slike. Razlika u strukturama rasporeda obojenih elemenata ilustrovana je na Sl. 6.

Informacije se čitaju pomoću paralelnog analogno-digitalnog pretvarača velike brzine. Istovremeno, brzina progresivnog skeniranja može doseći 180 pa čak i 240 fps. Prilikom paralelnog snimanja informacija, eliminiše se dijagonalni pomak okvira uobičajen za CMOS kamere sa sekvencijalnom ekspozicijom i očitavanjem signala, takozvani Rolling Shutter efekat - kada je karakteristično zamućenje objekata koji se brzo kreću potpuno odsutno.

Fotografija 2 prikazuje slike rotirajućeg ventilatora snimljene CMOS kamerom pri brzini kadrova od 45 i 180 fps.

Puna konkurencija

Kao primjer smo naveli Sony tehnologije. Naravno, CMOS matrice, kao i CCD-ove, proizvode i druge kompanije, ali ne u takvom obimu i ne toliko poznate. U svakom slučaju, svi, na ovaj ili onaj način, idu približno istim putem i koriste slična tehnička rješenja.

Konkretno, dobro poznata tehnologija Panasonic Live-MOS matrica također značajno poboljšava karakteristike CMOS matrica i, naravno, sličnim metodama. Panasonicove matrice su smanjile udaljenost od fotodiode do mikrosočiva. Prenos signala sa površine fotodiode je pojednostavljen. Broj kontrolnih signala je smanjen sa 3 (standardni CMOS) na 2 (kao kod CCD), što je povećalo fotoosjetljivu površinu piksela. Koristi se fotodiodno pojačalo niske razine šuma. Koristi se tanja struktura senzorskog sloja. Smanjeni napon napajanja smanjuje buku i toplotu matrice.

Može se reći da megapikselne CMOS matrice već mogu uspješno konkurirati CCD-u ne samo u cijeni, već iu takvim problematičnim karakteristikama za ovu tehnologiju kao što su osjetljivost i nivo buke. Međutim, u tradicionalnim CCTV televizijskim formatima, CCD matrice ostaju nekonkurentne.

Matrica je glavni strukturni element kamere i jedan od ključnih parametara koje korisnik uzima u obzir pri odabiru kamere. Matrice modernih digitalnih fotoaparata mogu se klasificirati prema nekoliko znakova, ali glavni i najčešći je i dalje podjela matrica prema metoda očitavanja punjenja, na: matrice CCD tip i CMOS matrice. U ovom članku ćemo se osvrnuti na principe rada, kao i na prednosti i nedostatke ove dvije vrste matrica, budući da su one one koje se široko koriste u modernoj fotografskoj i video opremi.

CCD matrica

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

Polisilikonske fotodiode se koriste za proizvodnju CCD matrica. Takve matrice su male veličine i omogućavaju vam da dobijete prilično kvalitetne fotografije prilikom snimanja pri normalnom osvjetljenju.

Prednosti CCD-a:

1. Dizajn matrice obezbeđuje visoku gustinu postavljanja fotoćelija (piksela) na podlogu;
2. Visoka efikasnost (odnos registrovanih fotona prema njihovom ukupnom broju je oko 95%);
3. Visoka osjetljivost;
4. Dobar prikaz boja (uz dovoljno osvjetljenja).

Nedostaci CCD-a:

1. Visok nivo buke pri visokom ISO (pri niskom ISO, nivo buke je umeren);
2. Mala radna brzina u poređenju sa CMOS matricama;
3. Velika potrošnja energije;
4. Složenija tehnologija očitavanja signala, budući da je potrebno mnogo kontrolnih čipova;
5. Proizvodnja je skuplja od CMOS matrica.

CMOS matrica

Matrix CMOS, ili CMOS matrica(Complementary Metal Oxide Semiconductors) koristi senzore aktivne tačke. Za razliku od CCD-a, CMOS senzori sadrže poseban tranzistor u svakom elementu (pikselu) osjetljivom na svjetlost, zbog čega se konverzija naboja vrši direktno u pikselu. Rezultirajuće punjenje može se očitati iz svakog piksela pojedinačno, eliminirajući potrebu za prijenosom naboja (kao što se događa kod CCD-ova). Pikseli CMOS senzora su integrisani direktno sa analogno-digitalnim pretvaračem ili čak procesorom. Kao rezultat korištenja takve racionalne tehnologije dolazi do uštede energije zbog smanjenja lanaca djelovanja u odnosu na CCD matrice, kao i smanjenja cijene uređaja zbog jednostavnijeg dizajna.

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

Prednosti CMOS senzora:

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

Nedostaci CMOS matrica:

1. Fotodioda zauzima malu površinu piksela, što rezultira slabom svjetlosnom osjetljivošću matrice, ali u modernim CMOS matricama ovaj nedostatak je praktično eliminiran;
2. Prisustvo toplotnog šuma od grejanja tranzistora unutar piksela tokom procesa čitanja.
3. Relativno velike veličine, fotoopremu s ovom vrstom matrice karakterizira velika težina i veličina.

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

Sumirajući, želio bih napomenuti da se razvojem tehnologija za proizvodnju CCD i CMOS matrica mijenjaju i njihove karakteristike, pa je sve teže reći koja je od matrica definitivno bolja, ali istovremeno CMOS matrice su nedavno postale sve popularnije u proizvodnji SLR fotoaparata. Na osnovu karakterističnih karakteristika različitih tipova matrica, može se steći jasna ideja zašto je profesionalna fotografska oprema koja omogućava visokokvalitetno snimanje prilično glomazna i teška. Ovu informaciju svakako treba zapamtiti pri odabiru kamere - odnosno uzeti u obzir fizičke dimenzije matrice, a ne broj piksela.

2016-11-28 15:10:42 0 1493

Koja je matrica bolja CMOS ili CCD?

Posljednjih godina, CCD (charge-coupled device, CCD - charge feedback device) i CMOS (komplementarni metal-oksid-poluvodič, CMOS komplementarna logika na tranzistorima metal-oksid-poluprovodnik) matrice nastavljaju da se bore jedna s drugom. Svaki od njih ima svoje prednosti i nedostatke, a mi ćemo ih sada pogledati.

CCD i CMOS matrice se stalno podvrgavaju raznim testovima kako bi se utvrdilo koja je bolja.

Prvo, pogledajmo dijagram kako izgledaju ove matrice.

Prednosti i nedostaci CMOS senzora

Jedan od glavnih razloga za široku upotrebu CMOS matrica je niska cijena proizvodnje, mala potrošnja energije, kao i visoke performanse.

CMOS matrice imaju mogućnost nasumično čitanja ćelija, dok CCD matrica čita sve ćelije odjednom.

Zahvaljujući ovoj metodi čitanja, CMOS matrice ne doživljavaju takozvani efekat "razmazivanja", koji je svojstven CCD matricama i pojavljuje se u okviru u obliku vertikalnih "svjetlosnih stubova" iz točkastih svijetlih objekata, na primjer , sunce, lampioni.

Uprkos svojim prednostima, CMOS tehnologija ima i svoje nedostatke. Fotoosetljivi element je izuzetno mali u odnosu na površinu piksela. Lavovski dio površine zauzima elektronika ugrađena u piksel. To utiče na nisku osjetljivost, a pretpojačavanje signala dovodi do povećanog šuma na slici.

Između ostalog, CMOS se odlikuje efektom „rotirajućih zatvarača“. To je povezano sa činjenicom da se signal čita red po red.

U stvari, efekat Rolling shutter je primjetan kada snimate objekte koji se brzo kreću. Čitanjem najprije gornjih redova, a zatim donjih, slika može biti izobličena. Na primjer, automobili u pokretu se mogu izvući.

Prednosti i nedostaci CCD matrica

CCD tehnologija postoji dugi niz godina, tokom godina je značajno unapređena i ima niz prednosti u odnosu na CMOS.

Kamere bazirane na CCD matrici imaju napredniji elektronski zatvarač, što je posebno važno za snimanje objekata ili slika koji se brzo kreću.

Još jedna karakteristična karakteristika je nizak nivo buke i visoka osetljivost u bliskom infracrvenom opsegu. Zbog toga se CCD matrice dobro nose sa uslovima slabog osvetljenja.

CCD senzori nemaju vibracije i efekat rolo zatvarača uobičajen za CMOS senzore. Na primjer, pogledajte video koji upoređuje CCD i CMOS senzore.

Zaključci. Dakle, koja je matrica bolja za automobilske video kamere?

Uzimajući u obzir gore navedeno, možemo izvući sljedeće zaključke:

Kamere opremljene CCD matricom:

+ bolje rade u mraku; + ne izobličuju pokretne objekte; + imaju zasićenije boje; - osjetljivi na tačkaste izvore svjetlosti;

Kamere sa CMOS matricom:

+jeftinije, ponekad duplo skuplje -izobličenje dinamičkih slika;<Поскольку автомобиль - это в перувую очередь движение, мы в сайт рекомендуем использовать камеры заднего, переднего, или бокового вида с матрицами CCD. С ними легче припарковаться ночью, или в темном подземном паркинге, и они не искажают геометрию объектов в движении.В нашем интернет-магазине автоэлектроники Вы можете воспользоваться удобными формами фильтров, и подобрать для себя лучшее решение.