Jediný prvek je citlivý v celém viditelném spektrálním rozsahu, proto je nad fotodiodami barevných CCD matric použit světelný filtr, který propouští pouze jednu ze tří barev: červenou (Red), zelenou (Green), modrou (Blue) nebo žlutou. (žlutá), purpurová (purpurová), tyrkysová (azurová). Ale zase žádné takové filtry nejsou v černobílé CCD matici.

ZAŘÍZENÍ A PRINCIP FUNGOVÁNÍ PIXELU

Pixel se skládá z p-substrátu potaženého průhledným dielektrikem, na který je nanesena elektroda propouštějící světlo, tvořící potenciálovou jámu.

Nad pixelem může být světelný filtr (používaný v barevných matricích) a sběrná čočka (používaná v matricích, kde citlivé prvky zcela nezabírají povrch).

Kladný potenciál je aplikován na světlo propouštějící elektrodu umístěnou na povrchu krystalu. Světlo dopadající na pixel proniká hluboko do polovodičové struktury a vytváří pár elektron-díra. Výsledný elektron a díra jsou od sebe odtaženy elektrickým polem: elektron se přesune do úložné zóny nosiče (potenciální studny) a díry proudí do substrátu.

Pixel má následující vlastnosti:

• Kapacita potenciálové jámy je počet elektronů, které může potenciálová jáma pojmout.
• Spektrální citlivost pixelu je závislost citlivosti (poměr hodnoty fotoproudu k hodnotě světelného toku) na vlnové délce záření.
• Kvantová účinnost (měřená v procentech) je fyzikální veličina rovna poměru počtu fotonů, jejichž absorpce způsobila vznik kvazičástic, k celkovému počtu pohlcených fotonů. V moderních CCD maticích toto číslo dosahuje 95 %. Pro srovnání, lidské oko má kvantovou účinnost asi 1 %.
• Dynamický rozsah je poměr saturačního napětí nebo proudu k efektivnímu střednímu napětí nebo proudu temného šumu. Měřeno v dB.

CCD MATRIX A ZAŘÍZENÍ PRO PŘENOS NABITÍ

CCD je rozdělen do řádků a každý řádek je rozdělen na pixely. Řady jsou od sebe odděleny dorazovými vrstvami (p +), které neumožňují proudění nábojů mezi nimi. K přesunutí datového paketu se používají paralelní, také známé jako vertikální (VCCD) a sériové, také známé jako horizontální (HCCD) posuvné registry.

Nejjednodušší cyklus činnosti třífázového posuvného registru začíná skutečností, že na první hradlo je aplikován kladný potenciál, což má za následek vytvoření jámy naplněné výslednými elektrony. Poté přivedeme na druhou bránu potenciál, který je vyšší než na první, v důsledku čehož se pod druhou bránou vytvoří hlubší potenciálová jáma, do které budou proudit elektrony zpod první brány. Chcete-li pokračovat v pohybu náboje, měli byste snížit hodnotu potenciálu na druhé bráně a použít vyšší potenciál na třetí. Pod třetí bránou proudí elektrony. Tento cyklus pokračuje od bodu akumulace k horizontálnímu rezistoru s přímým čtením. Všechny elektrody horizontálního a vertikálního posuvného registru tvoří fáze (fáze 1, fáze 2 a fáze 3).

Klasifikace matic CCD podle barvy:

• Černý a bílý
• Barevný

Klasifikace matic CCD podle architektury:

Zelená označuje fotosenzitivní buňky, šedá označuje neprůhledné oblasti.

CCD matrice má následující vlastnosti:

• Účinnost přenosu náboje je poměr počtu elektronů v náboji na konci cesty přes posuvný registr k počtu na začátku.
• Faktor výplně je poměr plochy vyplněné fotocitlivými prvky k celkové ploše fotocitlivého povrchu CCD matrice.
• Temný proud je elektrický proud, který protéká fotocitlivým prvkem v nepřítomnosti dopadajících fotonů.
• Čtecí šum je šum, který se vyskytuje v obvodech převodu výstupního signálu a zesílení.

Matrice s rámovým převodem. (anglický přenos snímků).

výhody: Možnost obsadit 100 % povrchu fotocitlivými prvky; Doby čtení jsou kratší než u full-frame přenosových senzorů; Menší rozmazání než u full-frame CCD; Má výhodu pracovního cyklu oproti full-frame architektuře: CCD s přenosem snímků neustále shromažďuje fotony. nedostatky: Při čtení dat byste měli světelný zdroj zablokovat závěrkou, aby nedošlo k rozmazání; Byla zvýšena dráha pohybu náboje, což negativně ovlivňuje účinnost přenosu náboje; Výroba a výroba těchto snímačů je dražší než přenosová zařízení s plným rámem.

Matice s meziřádkovým přenosem nebo matice s vyrovnávací pamětí sloupců (angl. Interline-transfer).
	výhody: Není třeba používat závěrku; Žádné mazání. nedostatky: Schopnost vyplnit povrch citlivými prvky maximálně o 50%. Rychlost čtení je omezena rychlostí posuvného registru; Rozlišení je nižší než u CCD s přenosem snímků a plného snímku.

Matice s linkovým přenosem nebo matice s vyrovnávací pamětí sloupců (anglicky interline).

výhody: Procesy akumulace a přenosu náboje jsou prostorově odděleny; Náboj z paměťových prvků je přenášen do přenosových registrů, uzavřených před světlem CCD matrice; Přenos náboje celého obrazu se provádí v 1 hodinovém cyklu; Žádné mazání; Interval mezi expozicemi je minimální a vhodný pro natáčení videa. nedostatky: Schopnost vyplnit povrch citlivými prvky o ne více než 50%; Rozlišení je nižší než u CCD s přenosem snímků a celého snímku; Zvětší se dráha pohybu náboje, což negativně ovlivňuje účinnost přenosu náboje.

APLIKACE CCD MATIC

	VĚDECKÁ APLIKACE pro spektroskopii; pro mikroskopii; pro krystalografii; pro fluoroskopii; pro přírodní vědy; pro biologické vědy.
	VESMÍRNÁ APLIKACE v dalekohledech; ve stopovačích hvězd; ve sledovacích satelitech; při sondování planet; palubní a ruční vybavení posádky.
	PRŮMYSLOVÉ POUŽITÍ kontrolovat kvalitu svarů; kontrolovat jednotnost lakovaných povrchů; studovat odolnost mechanických výrobků proti opotřebení; pro čtení čárových kódů; kontrolovat kvalitu balení produktů.
	ŽÁDOST O OCHRANU PŘEDMĚTŮ v obytných bytech; na letištích; na stavbách; na pracovištích; v „chytrých“ fotoaparátech, které rozpoznávají obličej člověka.
	APLIKACE VE FOTOGRAFII v profesionálních fotoaparátech; v amatérských fotoaparátech; v mobilních telefonech.
	LÉKAŘSKÉ POUŽITÍ v fluoroskopii; v kardiologii; v mamografii; v zubním lékařství; v mikrochirurgii; v onkologii.
	AUTO-SILNIČNÍ APLIKACE pro automatické rozpoznání SPZ; pro regulaci rychlosti; řídit dopravní tok; za parkovací průkaz; v policejních sledovacích systémech.

Jak dochází ke zkreslení při fotografování pohybujících se objektů na snímači s rolovací závěrkou:

Matrice kamery plní na svém povrchu funkci digitalizace světelných parametrů. Dnes se trh s fotografickým vybavením dělí na dva tábory: zařízení využívající matici CMOS a zařízení využívající matici CCD. Nelze hovořit o přednosti jedné technologie před druhou, i když podíl CMOS v prodejních reportech je o něco vyšší, ale to je vysvětleno objektivními požadavky uživatele, nikoli vlastnostmi samotných matic. Náklady často hrají při výběru rozhodující roli.

Definice

CCD matice- mikroobvod sestávající z fotocitlivých fotodiod a vytvořený na křemíkové bázi. Provoz je založen na principu činnosti zařízení s nábojovou vazbou.

CMOS snímač- mikroobvod vytvořený na bázi tranzistorů s efektem pole s izolovaným hradlem s kanály různé vodivosti.

Srovnání

Klíčovým rozdílem mezi snímači CMOS a CCD jsou jejich zcela odlišné principy fungování. CCD digitalizuje výsledný analogový obraz, CMOS digitalizuje každý pixel obrazu najednou. Trochu podrobněji: elektrický náboj v pixelech (LED) matice CCD je převeden na elektrický potenciál, zesílen v analogovém zesilovači mimo fotocitlivý senzor a teprve poté digitalizován analogově-digitálním převodníkem. Elektrický náboj v pixelech matice CMOS je akumulován v kondenzátorech, ze kterých je elektrický potenciál odstraněn, přenášen do analogového zesilovače a digitalizován přes stejný převodník. Některé nové snímače CMOS mají zesilovače analogového signálu zabudované přímo do pixelu.

Další důležitý bod: počet zesilovačů pro matice CCD a CMOS je odlišný. Ty druhé mají více zesilovačů, takže kvalita obrazu s průchodem signálu poněkud klesá. Proto se CCD používá při vytváření fotografických zařízení určených k vytváření snímků s vysokým stupněm detailů, například pro výzkumné, lékařské a průmyslové účely. S CMOS se setkáváme každý den: většina fotoaparátů v mobilní elektronice je založena právě na takových matricích.

Kvalita výsledného obrazu závisí ještě na jedné okolnosti – hustotě fotodiod. Čím blíže jsou umístěny, tím méně oblastí matrice jsou plýtvány fotony. CCD nabízí pouze rozložení bez mezer mezi fotodiodami, zatímco v CMOS existují - tranzistory jsou umístěny tam.

CCD matrice jsou mnohem dražší než CMOS a energeticky náročnější, takže jejich instalace tam, kde je dostatečná kvalita obrazu blízká průměru, je nepraktická. CCD matrice jsou vysoce citlivé, jejich procento vyplnění pixelů je vyšší a dosahuje téměř 100 % a úroveň šumu je nízká. Matice CMOS poskytují vysokou úroveň výkonu, ale jsou horší než CCD z hlediska citlivosti a šumu. Technologie CCD na rozdíl od CMOS neumožňuje kontinuální snímání ani nahrávání videa. Proto jejich použití například v mobilní elektronice není opodstatněné účelem samotných zařízení. Řekněme, že CCD je matrice pro profesionální fotografické vybavení.

Webové stránky se závěry

1. CCD je matrice na bázi křemíku, která funguje jako nábojově vázané zařízení, CMOS je matrice založená na tranzistoru s efektem pole.
2. Analogový signál v matici CCD je převáděn mimo fotocitlivý snímač, v matici CMOS je převáděn přímo na pixel.
3. Kvalita obrazu získaná z CCD je vyšší než z CMOS.
4. CCD je energeticky náročnější.
5. CMOS umožňuje natáčet video a pořizovat sériové fotografie.
6. CMOS se rozšířil v mobilní elektronice.

Obrazový snímač je nejdůležitějším prvkem každé videokamery. Dnes téměř všechny fotoaparáty používají obrazové snímače CCD nebo CMOS. Oba typy snímačů plní úkol převádět obraz vytvořený na snímači objektivem na elektrický signál. Otázka, který senzor je lepší, však stále zůstává otevřená.

N.I. Chura
Technický poradce
Microvideo Group LLC

CCD je analogový snímač, navzdory diskrétnosti světlocitlivé struktury. Když světlo dopadne na matrici, každý pixel akumuluje náboj nebo balíček elektronů, který se při čtení zátěží převede na napětí video signálu úměrné osvětlení pixelů. Minimální počet přechodů tohoto náboje a absence aktivních prvků zajišťují vysokou identitu CCD citlivých prvků.

Matrice CMOS je digitální zařízení s aktivními pixelovými snímači. Každý pixel má svůj zesilovač, který převádí náboj citlivého prvku na napětí. To umožňuje ovládat každý pixel téměř individuálně.

Evoluce CCD

Od vynálezu CCD v Bell Laboratories (nebo Bell Labs) v roce 1969 se velikosti obrazových snímačů neustále zmenšovaly. Zároveň se zvýšil počet citlivých prvků. To přirozeně vedlo ke zmenšení velikosti jednoho citlivého prvku (pixelu), a tedy i jeho citlivosti. Například od roku 1987 se tyto velikosti zmenšily 100krát. Ale díky novým technologiím se citlivost jednoho prvku (a tedy celé matice) ještě zvýšila.

Co nám umožnilo dominovat
Od samého počátku se CCD staly dominantními snímači, protože poskytovaly lepší kvalitu obrazu, menší šum, vyšší citlivost a větší rovnoměrnost pixelů. Hlavní úsilí o zlepšení technologie bylo zaměřeno na zlepšení výkonu CCD.

Jak roste citlivost
Ve srovnání s populární maticí Sony HAD ve standardním rozlišení (500x582) z konce 90. let. (ICX055) se citlivost modelů s pokročilejší technologií Super HAD zvýšila téměř 3krát (ICX405) a Ex-view HAD - 4krát (ICX255). A to pro černobílé i barevné provedení.

U matic s vysokým rozlišením (752x582) jsou úspěchy poněkud méně působivé, ale pokud porovnáme modely barevného obrazu Super HAD s nejmodernějšími technologiemi Ex-view HAD II a Super HAD II, bude nárůst citlivosti 2,5 a 2,4krát vyšší. , resp. A to i přes zmenšení velikosti pixelů o téměř 30 %, jelikož se bavíme o maticích nejmodernějšího formátu 960H se zvýšeným počtem pixelů na 976x582 pro standard PAL. Pro zpracování takového signálu nabízí Sony řadu signálových procesorů Effio.

Přidána IR komponenta
Jednou z účinných metod pro zvýšení integrální citlivosti je rozšíření spektrálních charakteristik citlivosti do infračervené oblasti. To platí zejména pro matici Ex-view. Přidání IR složky poněkud zkresluje přenos relativního jasu barev, ale pro černobílou verzi to není kritické. Jediný problém nastává s podáním barev u kamer den/noc s konstantní IR citlivostí, tedy bez mechanického IR filtru.

Vývoj této technologie u modelů Ex-view HAD II (ICX658AKA) ve srovnání s předchozí verzí (ICX258AK) poskytuje zvýšení integrální citlivosti pouze o 0,8 dB (z 1100 na 1200 mV) při současném zvýšení citlivosti při vlnová délka 950 nm o 4,5 dB. Na Obr. 1 znázorňuje charakteristiky spektrální citlivosti těchto matric a Obr. 2 – poměr jejich integrální citlivosti.

Optické inovace
Další metodou pro zvýšení citlivosti CCD je zvýšení účinnosti pixelových mikročoček, fotocitlivé oblasti a optimalizace barevných filtrů. Na Obr. Obrázek 3 ukazuje strukturu matic Super HAD a Super HAD II, ukazující zvětšení plochy čočky a fotosenzitivní oblasti nejnovější modifikace.

Matrice Super HAD II navíc výrazně zvýšily propustnost světelných filtrů a jejich odolnost proti vyblednutí. Navíc byl rozšířen přenos v krátkovlnné oblasti spektra (modrá), čímž se zlepšilo podání barev a vyvážení bílé.

Na Obr. Obrázek 4 ukazuje charakteristiky spektrální citlivosti matic Sony 1/3" Super HAD (ICX229AK) a Super HAD II (ICX649AKA).

CCD: Jedinečná citlivost

Celkově vzato, výše uvedená opatření dosáhla významných výsledků ve zlepšení výkonu CCD.

Není možné porovnávat vlastnosti moderních modelů s dřívějšími verzemi, protože barevné matrice pro široké použití, dokonce i se standardním vysokým rozlišením, se v té době nevyráběly. Černobílé matrice se standardním rozlišením využívající nejnovější technologie Ex-view HAD II a Super HAD II se naopak v současnosti nevyrábí.

Každopádně z hlediska citlivosti jsou CCD pro CMOS stále nedosažitelným měřítkem, takže jsou stále hojně využívány s výjimkou megapixelových variant, které jsou velmi drahé a používají se především pro speciální úlohy.

CMOS: výhody a nevýhody

CMOS snímače byly vynalezeny na konci 70. let, ale jejich výroba začala až v 90. letech kvůli technologickým problémům. A okamžitě se objevily jejich hlavní výhody a nevýhody, které zůstávají aktuální i dnes.

Mezi výhody patří větší integrace snímače a hospodárnost, širší dynamický rozsah, snadná výroba a nižší náklady, zejména u megapixelových variant.

Na druhou stranu, CMOS snímače mají nižší citlivost kvůli, za jinak stejných okolností, velkým ztrátám v RGB filtrech a menší využitelné ploše fotocitlivého prvku. V důsledku mnoha přechodových prvků, včetně zesilovačů v dráze každého pixelu, je zajištění jednotnosti parametrů všech citlivých prvků ve srovnání s CCD mnohem obtížnější. Ale vylepšení technologie přiblížila citlivost CMOS nejlepším návrhům CCD, zejména v megapixelových verzích.

První zastánci CMOS tvrdili, že tyto struktury by byly mnohem levnější, protože by mohly být vyráběny na stejném hardwaru a technologiích jako paměti a logické čipy. V mnoha ohledech se tento předpoklad potvrdil, ale ne zcela, protože zdokonalení technologie vedlo k výrobnímu procesu téměř identickému co do složitosti jako u CCD.

S rozšiřováním okruhu spotřebitelů za hranice standardní televize se rozlišení matic začalo neustále zvyšovat. Jedná se o domácí videokamery, elektronické fotoaparáty a fotoaparáty zabudované do komunikačních zařízení. Mimochodem, pro mobilní zařízení je otázka účinnosti poměrně důležitá a zde nemá snímač CMOS konkurenci. Například od poloviny 90. let. Rozlišení matic se každoročně zvyšuje o 1–2 miliony prvků a nyní dosahuje 10–12 Mpcs. Navíc poptávka po snímačích CMOS se stala dominantní a dnes přesahuje 100 milionů kusů.

CMOS: vylepšená citlivost

První vzorky sledovacích kamer z konce 90. let – počátku 20. století s maticemi CMOS měly rozlišení 352x288 pixelů a citlivost i pro černou a bílou kolem 1 luxu. Barevné verze standardního rozlišení se lišily citlivostí cca 7–10 luxů.

Co nabízejí dodavatelé?
V současné době se citlivost matic CMOS jistě zvýšila, ale pro typické barevné možnosti obrazu nepřekračuje hodnoty řádově několik luxů při rozumných hodnotách F čísla objektivu (1,2–1,4). To potvrzují technické specifikace značek IP video dohledu, které používají matice CMOS s progresivním skenováním. Ti výrobci, kteří uvádějí citlivost kolem desetin luxu, obvykle uvádějí, že se jedná o data pro nižší snímkovou frekvenci, režim akumulace nebo alespoň povolené a dostatečně hluboké AGC (AGC). Navíc u některých výrobců IP kamer dosahuje maximální AGC ohromující hodnoty –120 dB (1 milionkrát). Lze doufat, že citlivost pro tento případ v myslích výrobců předpokládá slušný odstup signálu od šumu, umožňující na obrazovce pozorovat víc než jen „sníh“.

Inovace zlepšuje kvalitu videa
Ve snaze zlepšit výkon matic CMOS navrhla společnost Sony řadu nových technologií, které poskytují praktické srovnání matic CMOS s CCD z hlediska citlivosti a poměru signálu k šumu v megapixelových verzích.

Nová technologie výroby matric Exmor je založena na změně směru dopadu světelného toku na matrici. V typické architektuře světlo dopadá na přední povrch křemíkového plátku skrz a za vodiče obvodu pole. Světlo je těmito prvky rozptýleno a blokováno. V nové modifikaci světlo vstupuje na zadní stranu křemíkového plátku. To vedlo k výraznému zvýšení citlivosti a snížení šumu matice CMOS. Na Obr. Obrázek 5 vysvětluje rozdíly mezi strukturami standardní matice a matice Exmor, znázorněné v části.

Fotografie 1 ukazuje snímky testovaného objektu pořízené při osvětlení 100 luxů (F4.0 a 1/30 s) kamerou s CCD (přední osvětlení) a CMOS Exmor, mající stejný formát a rozlišení 10 megapixelů. Je zřejmé, že obraz z CMOS kamery je přinejmenším tak dobrý jako obraz CCD.

Dalším způsobem, jak zlepšit citlivost snímačů CMOS, je ustoupit od obdélníkového uspořádání pixelů s červenými a modrými prvky s posunutými řádky. V tomto případě jsou při konstrukci jednoho rozlišovacího prvku použity dva zelené pixely - modrý a červený z různých řad. Místo toho je navrženo diagonální uspořádání prvků s použitím šesti sousedních zelených prvků pro konstrukci jednoho rozlišovacího prvku. Tato technologie se nazývá ClearVid CMOS. Pro zpracování se předpokládá výkonnější procesor obrazového signálu. Rozdíl ve strukturách uspořádání barevných prvků ilustruje Obr. 6.

Informace jsou čteny vysokorychlostním paralelním analogově-digitálním převodníkem. Snímková frekvence progresivního skenování přitom může dosáhnout 180 a dokonce 240 fps. Při paralelním záznamu informací je eliminován diagonální posun snímku běžný u CMOS kamer se sekvenční expozicí a čtením signálu, tzv. Rolling Shutter efekt - kdy zcela chybí charakteristické rozostření rychle se pohybujících objektů.

Fotografie 2 ukazuje snímky rotujícího ventilátoru pořízené kamerou CMOS při snímkové frekvenci 45 a 180 fps.

Plná soutěž

Jako příklady jsme uvedli technologie Sony. Matice CMOS, stejně jako CCD, jsou přirozeně vyráběny i jinými společnostmi, i když ne v takovém měřítku a nejsou tak známé. V každém případě všichni, tak či onak, jdou přibližně stejnou cestou a používají podobná technická řešení.

Zejména známá technologie matic Panasonic Live-MOS také výrazně zlepšuje vlastnosti matic CMOS a přirozeně podobnými metodami. Matrice Panasonic zmenšily vzdálenost od fotodiody k mikročočce. Přenos signálů z povrchu fotodiody je zjednodušen. Počet řídicích signálů byl snížen ze 3 (standardní CMOS) na 2 (jako u CCD), čímž se zvětšila fotocitlivá plocha pixelu. Je použit nízkošumový fotodiodový zesilovač. Je použita tenčí struktura vrstvy senzoru. Snížené napájecí napětí snižuje šum a teplo matrice.

Lze konstatovat, že megapixelové CMOS matice již mohou úspěšně konkurovat CCD nejen cenou, ale i tak problematickými vlastnostmi pro tuto technologii, jako je citlivost a hladina šumu. V tradičních CCTV televizních formátech však CCD matrice zůstávají nekonkurenceschopné.

Matrice je hlavním konstrukčním prvkem kamery a jedním z klíčových parametrů, které uživatel bere v úvahu při výběru kamery. Matice moderních digitálních fotoaparátů lze klasifikovat podle několika znaků, ale tím hlavním a nejběžnějším je stále dělení matric podle způsob čtení nabití, na: matrice CCD typu a CMOS matrice. V tomto článku se podíváme na principy fungování a také na výhody a nevýhody těchto dvou typů matric, protože jsou to ty, které jsou široce používány v moderních fotografických a video zařízeních.

CCD matrice

Matice CCD také zvaný CCD matrice(Zařízení spojená s nábojem). CCD Matrice je obdélníková deska fotocitlivých prvků (fotodiod) umístěná na polovodičovém křemíkovém krystalu. Princip jeho fungování je založen na řádkovém pohybu nábojů, které se nahromadily v dírách tvořených fotony v atomech křemíku. To znamená, že při srážce s fotodiodou dojde k pohlcení fotonu světla a uvolnění elektronu (dochází k vnitřnímu fotoelektrickému jevu). V důsledku toho vzniká náboj, který se musí nějak uložit pro další zpracování. K tomuto účelu je do křemíkového substrátu matrice zabudován polovodič, nad kterým je umístěna průhledná elektroda z polykrystalického křemíku. A v důsledku přiložení elektrického potenciálu na tuto elektrodu se v ochuzovací zóně pod polovodičem vytvoří tzv. potenciálová jáma, ve které je uložen náboj přijatý z fotonů. Při čtení elektrického náboje z matrice se náboje (uložené v potenciálových jamkách) přenášejí podél přenosových elektrod na okraj matrice (sériový posuvný registr) a směrem k zesilovači, který signál zesílí a přenese do analogového digitální převodník (ADC), odkud je převedený signál odeslán do procesoru, který signál zpracuje a výsledný obraz uloží na paměťovou kartu .

Polysilikonové fotodiody se používají k výrobě CCD matric. Takové matrice mají malou velikost a umožňují získat poměrně kvalitní fotografie při fotografování za normálního osvětlení.

Výhody CCD:

1. Konstrukce matrice poskytuje vysokou hustotu umístění fotobuněk (pixelů) na substrátu;
2. Vysoká účinnost (poměr registrovaných fotonů k jejich celkovému počtu je asi 95 %);
3. Vysoká citlivost;
4. Dobré barevné podání (při dostatečném osvětlení).

Nevýhody CCD:

1. Vysoká úroveň šumu při vysokém ISO (při nízkém ISO je úroveň šumu střední);
2. Nízká provozní rychlost ve srovnání s maticemi CMOS;
3. Vysoká spotřeba energie;
4. Složitější technologie čtení signálu, protože je zapotřebí mnoho řídicích čipů;
5. Výroba je dražší než matice CMOS.

matice CMOS

Matice CMOS nebo matice CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductors) využívá aktivní bodové senzory. Na rozdíl od CCD obsahují snímače CMOS v každém světlocitlivém prvku (pixelu) samostatný tranzistor, v důsledku čehož se konverze náboje provádí přímo v pixelu. Výsledný náboj lze číst z každého pixelu jednotlivě, čímž se eliminuje potřeba přenosu náboje (jako u CCD). Pixely snímače CMOS jsou integrovány přímo s analogově-digitálním převodníkem nebo dokonce procesorem. V důsledku použití takové racionální technologie dochází k úsporám energie v důsledku snížení řetězců akcí ve srovnání s CCD matricemi a také ke snížení nákladů na zařízení díky jednodušší konstrukci.

Stručný princip činnosti snímače CMOS: 1) Před fotografováním je na resetovací tranzistor přiveden resetovací signál. 2) Při expozici proniká světlo přes čočku a filtr k fotodiodě a následkem fotosyntézy se v potenciálové jámě hromadí náboj. 3) Načte se hodnota přijatého napětí. 4) Zpracování dat a ukládání snímků.

Výhody CMOS snímačů:

1. Nízká spotřeba energie (zejména v pohotovostním režimu);
2. Vysoký výkon;
3. Vyžaduje nižší výrobní náklady díky podobnosti technologie s výrobou mikroobvodů;
4. Jednota technologie s ostatními digitálními prvky, která umožňuje kombinovat analogové, digitální a zpracovatelské části na jednom čipu (tj. kromě zachycení světla v pixelu můžete signál převést, zpracovat a vyčistit od šumu).
5. Možnost náhodného přístupu ke každému pixelu nebo skupině pixelů, což umožňuje zmenšit velikost snímaného obrázku a zvýšit rychlost čtení.

Nevýhody matic CMOS:

1. Fotodioda zabírá malou plochu pixelu, což má za následek nízkou světelnou citlivost matrice, ale v moderních matricích CMOS byla tato nevýhoda prakticky odstraněna;
2. Přítomnost tepelného šumu z topných tranzistorů uvnitř pixelu během procesu čtení.
3. Relativně velké fotozařízení s tímto typem matrice se vyznačuje velkou hmotností a velikostí.

Kromě výše uvedených typů existují také třívrstvé matrice, z nichž každá vrstva je CCD. Rozdíl je v tom, že buňky mohou současně vnímat tři barvy, které jsou tvořeny dichroickými hranoly, když na ně dopadá paprsek světla. Každý paprsek je pak směrován do samostatné matrice. V důsledku toho se na fotobuňce okamžitě určí jas modré, červené a zelené barvy. Třívrstvé matrice se používají ve videokamerách na vysoké úrovni, které mají speciální označení - 3CCD.

Abych to shrnul, rád bych poznamenal, že s rozvojem technologií výroby CCD a CMOS matric se mění i jejich charakteristiky, takže je stále těžší říci, která z matric je rozhodně lepší, ale zároveň, CMOS matrice jsou v poslední době stále populárnější při výrobě zrcadlovek. Na základě charakteristických vlastností různých typů matric lze získat jasnou představu o tom, proč je profesionální fotografické vybavení, které poskytuje vysoce kvalitní fotografování, poměrně objemné a těžké. Na tento údaj je rozhodně třeba pamatovat při výběru fotoaparátu – tedy vzít v úvahu fyzické rozměry matice, nikoli počet pixelů.

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

Která matrice je lepší CMOS nebo CCD?

V posledních letech mezi sebou nadále bojují matice CCD (charge-coupled device, CCD - charge feedback device) a CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS komplementární logika na metal-oxide-semiconductor tranzistorech). Každá má své pro a proti a my se na ně nyní podíváme.

CCD a CMOS matrice jsou neustále podrobovány různým testům, aby se zjistilo, která je lepší.

Nejprve se podívejme na schéma, jak tyto matice vypadají.

Výhody a nevýhody CMOS snímačů

Jedním z hlavních důvodů širokého použití matic CMOS jsou nízké výrobní náklady, nízká spotřeba energie a také vysoký výkon.

CMOS matice mají schopnost náhodně číst buňky, zatímco CCD matice čte všechny buňky najednou.

Díky této metodě čtení nedochází u matic CMOS k tzv. „smearing“ efektu, který je vlastní CCD maticím a objevuje se v rámečku ve formě vertikálních „pilířů světla“ například z bodových světlých objektů. , slunce, lucerny.

Navzdory svým výhodám má technologie CMOS také své nevýhody. Fotocitlivý prvek je extrémně malý vzhledem k ploše pixelu. Lví podíl na ploše zabírá elektronika zabudovaná v pixelu. To má vliv na nízkou citlivost a předzesílení signálu vede ke zvýšenému šumu v obraze.

CMOS se mimo jiné vyznačuje efektem „rolling shutter“. Souvisí to s tím, že se signál čte řádek po řádku.

Ve skutečnosti je efekt Rolling shutter patrný při fotografování rychle se pohybujících objektů. Při přečtení nejprve horních řádků a poté spodních může být obraz zkreslený. Vytahovat lze například jedoucí auta.

Výhody a nevýhody CCD matic

Technologie CCD existuje již řadu let, v průběhu let byla výrazně modernizována a oproti CMOS má řadu výhod.

Kamery založené na matici CCD mají pokročilejší elektronickou závěrku, která je zvláště důležitá pro snímání rychle se pohybujících objektů nebo obrázků.

Další charakteristickou vlastností je nízká hladina šumu a vysoká citlivost v blízkém infračerveném rozsahu. Díky tomu se CCD matrice dobře vyrovnávají se špatnými světelnými podmínkami.

CCD snímače nemají vibrační a rolovací efekt jako u CMOS snímačů. Podívejte se například na video porovnávající snímače CCD a CMOS.

Závěry. Která matrice je tedy pro videokamery do auta lepší?

Vzhledem k výše uvedenému můžeme vyvodit následující závěry:

Kamery vybavené CCD maticí:

+ pracuje lépe ve tmě; + nezkresluje pohybující se objekty; + má sytější barvy; - citlivý na bodové zdroje světla;

Kamery s maticí CMOS:

+levnější, někdy dvakrát dražší -zkreslení dynamických obrázků;<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.