Et enkelt element er følsomt over hele det synlige spektralområdet, så et lysfilter brukes over fotodiodene til farge CCD-matriser, som overfører bare én av tre farger: rød (rød), grønn (grønn), blå (blå) eller gul (Gul), magenta (magenta), turkis (cyan). Men i sin tur er det ingen slike filtre i en svart-hvitt CCD-matrise.

ENHET OG PRINSIPP FOR DRIFT AV EN PIKSEL

En piksel består av et p-substrat belagt med et gjennomsiktig dielektrikum, på hvilket en lystransmitterende elektrode er påført, og danner en potensiell brønn.

Over pikselen kan det være et lysfilter (brukes i fargematriser) og en samlelinse (brukes i matriser der de sensitive elementene ikke helt opptar overflaten).

Et positivt potensial påføres en lystransmitterende elektrode plassert på overflaten av krystallen. Lys som faller på en piksel trenger dypt inn i halvlederstrukturen og danner et elektron-hull-par. Det resulterende elektronet og hullet trekkes fra hverandre av det elektriske feltet: elektronet beveger seg til bærerlagringssonen (potensiell brønn), og hullene strømmer inn i substratet.

Pikselen har følgende egenskaper:

• Kapasiteten til en potensiell brønn er antallet elektroner som den potensielle brønnen kan romme.
• Spektralfølsomheten til en piksel er avhengigheten av følsomheten (forholdet mellom fotostrømverdien og lysfluksverdien) på strålingsbølgelengden.
• Kvanteeffektivitet (målt i prosent) er en fysisk mengde lik forholdet mellom antall fotoner, hvis absorpsjon forårsaket dannelsen av kvasipartikler, og det totale antallet absorberte fotoner. I moderne CCD-matriser når dette tallet 95%. Til sammenligning har det menneskelige øyet en kvanteeffektivitet på omtrent 1 %.
• Dynamisk rekkevidde er forholdet mellom metningsspenning eller -strøm og den gjennomsnittlige kvadratiske spenningen eller mørk støystrøm. Målt i dB.

CCD MATRIX OG LADEOVERFØRINGSENHET

CCD er delt inn i rader, og i sin tur er hver rad delt inn i piksler. Radene er atskilt fra hverandre av stopplag (p +), som hindrer flyt av ladninger mellom dem. For å flytte en datapakke brukes parallelle, også kjent som vertikale (VCCD) og serielle, også kjent som horisontale (HCCD) skiftregistre.

Den enkleste operasjonssyklusen til et trefaseskiftregister begynner med det faktum at et positivt potensial påføres den første porten, noe som resulterer i dannelsen av en brønn fylt med de resulterende elektronene. Deretter påfører vi et potensial på den andre porten som er høyere enn på den første, som et resultat av at det dannes en dypere potensialbrønn under den andre porten, som elektroner vil strømme inn fra under den første porten. For å fortsette bevegelsen av ladningen, bør du redusere den potensielle verdien på den andre porten, og bruke et høyere potensial på den tredje. Elektroner strømmer under den tredje porten. Denne syklusen fortsetter fra akkumuleringspunktet til den direkte lesende horisontale motstanden. Alle elektroder i de horisontale og vertikale skiftregistrene danner faser (fase 1, fase 2 og fase 3).

Klassifisering av CCD-matriser etter farge:

• Svart og hvit
• Farget

Klassifisering av CCD-matriser etter arkitektur:

Grønt indikerer lysfølsomme celler, grått indikerer ugjennomsiktige områder.

CCD-matrisen har følgende egenskaper:

• Ladningsoverføringseffektivitet er forholdet mellom antall elektroner i ladningen ved slutten av banen gjennom skiftregisteret og antallet i begynnelsen.
• Fyllfaktor er forholdet mellom området fylt med fotosensitive elementer og det totale arealet av den fotosensitive overflaten til CCD-matrisen.
• Mørk strøm er en elektrisk strøm som flyter gjennom et lysfølsomt element i fravær av innfallende fotoner.
• Lesestøy er støy som oppstår i utgangssignalkonverterings- og forsterkerkretsene.

Matriser med rammeoverføring. (Engelsk rammeoverføring).

Fordeler: Mulighet for å okkupere 100 % av overflaten med lysfølsomme elementer; Avlesningstidene er lavere enn full-frame overføringssensorer; Mindre uskarphet enn full-frame overføring CCD; Har en driftssyklusfordel i forhold til full-frame-arkitektur: rammeoverførings-CCD samler hele tiden fotoner. Feil: Når du leser data, bør du blokkere lyskilden med lukkeren for å unngå uskarphet; Ladningsveien er økt, noe som påvirker effektiviteten av ladningsoverføring negativt; Disse sensorene er dyrere å produsere og produsere enn full-frame overføringsenheter.

Matriser med interline-overføring eller matriser med kolonnebuffring (eng. Interline-transfer).
	Fordeler: Det er ikke nødvendig å bruke en lukker; Ingen smøring. Feil: Evnen til å fylle overflaten med sensitive elementer med ikke mer enn 50%. Lesehastigheten er begrenset av hastigheten til skiftregisteret; Oppløsningen er lavere enn ramme- og fullbildeoverførings-CCD-er.

Matriser med linje-rammeoverføring eller matriser med kolonnebuffring (engelsk interline).

Fordeler: Prosessene med ladningsakkumulering og overføring er romlig adskilt; Ladningen fra lagringselementene overføres til overføringsregistrene, lukket fra lyset fra CCD-matrisen; Ladningsoverføringen av hele bildet utføres i 1 klokkesyklus; Ingen smøring; Intervallet mellom eksponeringene er minimalt og egnet for videoopptak. Feil: Evnen til å fylle overflaten med følsomme elementer med ikke mer enn 50%; Oppløsningen er lavere enn ramme- og fullbildeoverførings-CCD-er; Ladningsveien økes, noe som påvirker effektiviteten av ladningsoverføring negativt.

ANVENDELSE AV CCD-MATRISER

	VITENSKAPLIG ANVENDELSE for spektroskopi; for mikroskopi; for krystallografi; for fluoroskopi; for naturvitenskap; for biologiske vitenskaper.
	PLASSSØKNAD i teleskoper; i stjernesporere; i sporing av satellitter; når du sonderer planeter; ombord og manuelt mannskapsutstyr.
	INDUSTRIELL BRUK for å sjekke kvaliteten på sveiser; å kontrollere jevnheten til malte overflater; å studere slitestyrken til mekaniske produkter; for lesing av strekkoder; å kontrollere kvaliteten på produktemballasjen.
	SØKNAD OM BESKYTTELSE AV OBJEKTER i boligleiligheter; på flyplasser; på byggeplasser; på arbeidsplasser; i "smarte" kameraer som gjenkjenner en persons ansikt.
	ANVENDELSE I FOTOGRAFI i profesjonelle kameraer; i amatørkameraer; i mobiltelefoner.
	MEDISINSK BRUK i fluoroskopi; i kardiologi; i mammografi; i tannlegen; i mikrokirurgi; i onkologi.
	AUTO-ROAD-APPLIKASJON for automatisk skiltgjenkjenning; for hastighetskontroll; å kontrollere trafikkflyten; for et parkeringskort; i politiets overvåkingssystemer.

Hvordan forvrengninger oppstår når du fotograferer bevegelige objekter på en sensor med en rullende lukker:

Kameramatrisen utfører funksjonen med å digitalisere lysparametere på overflaten. I dag er markedet for fotografisk utstyr delt inn i to leire: enheter som bruker en CMOS-matrise og enheter som bruker en CCD-matrise. Det er ikke mulig å snakke om prioriteringen av en teknologi fremfor en annen, selv om andelen CMOS i salgsrapporter er litt høyere, men dette forklares av de objektive kravene til brukeren, og ikke av egenskapene til matrisene i seg selv. Kostnader spiller ofte en avgjørende rolle i utvelgelsesprosessen.

Definisjon

CCD-matrise- en mikrokrets bestående av lysfølsomme fotodioder og laget på silisiumbasis. Operasjonen er basert på driftsprinsippet til en ladekoblet enhet.

CMOS-sensor- en mikrokrets laget på grunnlag av felteffekttransistorer med en isolert port med kanaler med forskjellig ledningsevne.

Sammenligning

Hovedforskjellen mellom CMOS- og CCD-sensorer er deres helt forskjellige driftsprinsipper. CCD digitaliserer det resulterende analoge bildet, CMOS digitaliserer hver piksel av bildet samtidig. Litt mer detalj: den elektriske ladningen i pikslene (LED-ene) til CCD-matrisen konverteres til elektrisk potensial, forsterkes i en analog forsterker utenfor den lysfølsomme sensoren, og først da digitaliseres av en analog-til-digital-omformer. Den elektriske ladningen i pikslene til CMOS-matrisen akkumuleres i kondensatorer, hvorfra det elektriske potensialet fjernes, overføres til en analog forsterker og digitaliseres gjennom samme omformer. Noen nye CMOS-sensorer har analoge signalforsterkere innebygd direkte i pikselen.

Et annet viktig poeng: antall forsterkere for CCD- og CMOS-matriser er forskjellig. Sistnevnte har flere forsterkere, så bildekvaliteten synker noe etter hvert som signalet går gjennom. Derfor brukes CCD til å lage fotografisk utstyr designet for å lage bilder med høy detaljgrad, for eksempel for forskning, medisinske og industrielle formål. Vi kommer over CMOS hver dag: de fleste kameraer innen mobilelektronikk er basert på nettopp slike matriser.

Kvaliteten på det resulterende bildet avhenger av en annen omstendighet - tettheten til fotodiodene. Jo nærmere de er plassert, jo færre områder av matrisen hvor fotoner er bortkastet. CCD tilbyr bare en layout uten hull mellom fotodiodene, mens de i CMOS eksisterer - transistorene er plassert der.

CCD-matriser er mye dyrere enn CMOS og mer energikrevende, så det er upraktisk å installere dem der bildekvalitet nær gjennomsnittet er tilstrekkelig. CCD-matriser er svært følsomme, pikselfyllprosenten deres er høyere og når nesten 100 %, og støynivået er lavt. CMOS-matriser gir et høyt ytelsesnivå, men er dårligere enn CCD når det gjelder følsomhet og støy. CCD-teknologi, i motsetning til CMOS, tillater ikke kontinuerlig opptak eller videoopptak. Derfor er bruken av dem i for eksempel mobil elektronikk ikke rettferdiggjort av formålet med selve enhetene. La oss bare si at CCD er en matrise for profesjonelt fotoutstyr.

Konklusjon nettsted

1. CCD er en silisiumbasert matrise som fungerer som en ladningskoblet enhet, CMOS er en felteffekttransistorbasert matrise.
2. Det analoge signalet i CCD-matrisen konverteres utenfor den lysfølsomme sensoren, i CMOS-matrisen konverteres det direkte til pikselen.
3. Bildekvaliteten oppnådd fra CCD er høyere enn fra CMOS.
4. CCD er mer energikrevende.
5. CMOS lar deg ta video og ta seriebilder.
6. CMOS har blitt utbredt i mobilelektronikk.

Bildesensoren er det viktigste elementet i ethvert videokamera. I dag bruker nesten alle kameraer CCD eller CMOS bildesensorer. Begge typer sensorer utfører oppgaven med å konvertere bildet bygget på sensoren av linsen til et elektrisk signal. Spørsmålet om hvilken sensor som er bedre er imidlertid fortsatt åpent.

N.I. Chura
Teknisk rådgiver
Microvideo Group LLC

CCD er en analog sensor, til tross for diskretiteten til den lysfølsomme strukturen. Når lys treffer matrisen, akkumulerer hver piksel en ladning eller pakke med elektroner, som konverteres, når den leses av en belastning, til en videosignalspenning proporsjonal med belysningen av pikslene. Minimumsantallet av mellomliggende overganger av denne ladningen og fraværet av aktive enheter sikrer høy identitet til de CCD-sensitive elementene.

CMOS-matrisen er en digital enhet med aktive pikselsensorer. Hver piksel har sin egen forsterker, som konverterer ladningen til det følsomme elementet til spenning. Dette gjør det mulig å kontrollere hver piksel nesten individuelt.

Utviklingen av CCD

Siden oppfinnelsen av CCD av Bell Laboratories (eller Bell Labs) i 1969, har bildesensorstørrelsene stadig blitt redusert. Samtidig økte antallet sensitive elementer. Dette førte naturligvis til en reduksjon i størrelsen på et enkelt følsomt element (piksel), og følgelig dets følsomhet. For eksempel, siden 1987 har disse størrelsene redusert med 100 ganger. Men takket være nye teknologier har følsomheten til ett element (og derfor hele matrisen) til og med økt.

Hva tillot oss å dominere
Helt fra begynnelsen ble CCD-er de dominerende sensorene fordi de ga bedre bildekvalitet, mindre støy, høyere følsomhet og større pikselensartethet. Hovedinnsatsen for å forbedre teknologien var rettet mot å forbedre ytelsen til CCD.

Hvordan følsomheten vokser
Sammenlignet med den populære standarddefinisjonen Sony HAD-matrisen (500x582) på slutten av 1990-tallet. (ICX055) følsomheten til modeller med mer avansert Super HAD-teknologi økte nesten 3 ganger (ICX405) og Ex-view HAD - 4 ganger (ICX255). Og for sort/hvitt og fargeversjoner.

For høyoppløselige matriser (752x582) er suksessene noe mindre imponerende, men hvis vi sammenligner Super HAD fargebildemodeller med de mest moderne Ex-view HAD II- og Super HAD II-teknologiene, vil økningen i følsomhet være 2,5 og 2,4 ganger , henholdsvis. Og dette til tross for en reduksjon i pikselstørrelser med nesten 30 %, siden vi snakker om matriser av det mest moderne 960H-formatet med økt antall piksler til 976x582 for PAL-standarden. For å behandle et slikt signal tilbyr Sony en rekke Effio-signalprosessorer.

Lagt til IR-komponent
En av de effektive metodene for å øke integrert følsomhet er å utvide de spektrale egenskapene til følsomhet inn i det infrarøde området. Dette gjelder spesielt for Ex-view-matrisen. Tilsetningen av IR-komponenten forvrenger noe overføringen av den relative lysstyrken til farger, men for svart-hvitt-versjonen er dette ikke kritisk. Det eneste problemet oppstår med fargegjengivelse i dag/natt-kameraer med konstant IR-følsomhet, det vil si uten mekanisk IR-filter.

Utviklingen av denne teknologien i Ex-view HAD II-modellene (ICX658AKA) sammenlignet med forrige versjon (ICX258AK) gir en økning i integrert følsomhet på kun 0,8 dB (fra 1100 til 1200 mV) med en samtidig økning i følsomhet ved en bølgelengde på 950 nm med 4,5 dB. I fig. 1 viser egenskapene til den spektrale følsomheten til disse matrisene, og fig. 2 – forholdet mellom deres integrerte følsomhet.

Optisk innovasjon
En annen metode for å øke CCD-følsomheten er å øke effektiviteten til pikselmikrolinser, det lysfølsomme området og optimalisere fargefiltre. I fig. Figur 3 viser strukturen til Super HAD- og Super HAD II-matrisene, og viser økningen i linseområdet og det lysfølsomme området for den siste modifikasjonen.

I tillegg har Super HAD II-matriser betydelig økt overføringen av lysfiltre og deres motstand mot falming. I tillegg er overføring i kortbølgelengdeområdet av spekteret (blått) utvidet, noe som har forbedret fargegjengivelse og hvitbalanse.

I fig. Figur 4 viser de spektrale følsomhetskarakteristikkene til Sony 1/3" Super HAD (ICX229AK) og Super HAD II (ICX649AKA) matriser.

CCD: Unik følsomhet

Til sammen har de ovennevnte tiltakene oppnådd betydelige resultater for å forbedre ytelsen til CCD.

Det er ikke mulig å sammenligne egenskapene til moderne modeller med tidligere versjoner, siden fargematriser for utbredt bruk, selv av standard høy oppløsning, ikke ble produsert på den tiden. I sin tur produseres det for øyeblikket ikke standard definisjon av svart-hvitt-matriser som bruker de nyeste Ex-view HAD II- og Super HAD II-teknologiene.

Uansett, når det gjelder følsomhet, er CCD-er fortsatt en uoppnåelig målestokk for CMOS, så de er fortsatt mye brukt med unntak av megapikselvarianter, som er svært dyre og brukes hovedsakelig til spesielle oppgaver.

CMOS: fordeler og ulemper

CMOS-sensorer ble oppfunnet på slutten av 1970-tallet, men produksjonen startet ikke før på 1990-tallet på grunn av teknologiske problemer. Og deres viktigste fordeler og ulemper dukket umiddelbart opp, som fortsatt er relevante i dag.

Fordelene inkluderer større sensorintegrasjon og kostnadseffektivitet, bredere dynamisk område, enkel produksjon og lavere kostnader, spesielt for megapikselvarianter.

På den annen side har CMOS-sensorer lavere følsomhet på grunn av alt annet likt store tap i RGB-filtre og et mindre brukbart område av det fotosensitive elementet. Som et resultat av de mange overgangselementene, inkludert forsterkere i banen til hver piksel, er det mye vanskeligere å sikre ensartethet av parametrene til alle sensitive elementer sammenlignet med CCD. Men forbedringer i teknologien har brakt CMOS-følsomheten nærmere de beste CCD-designene, spesielt i megapikselversjoner.

Tidlige talsmenn for CMOS hevdet at disse strukturene ville være mye billigere fordi de kunne produseres på samme maskinvare og teknologier som minne- og logikkbrikker. På mange måter ble denne antagelsen bekreftet, men ikke fullstendig, siden forbedringen av teknologien førte til en produksjonsprosess nesten identisk i kompleksitet med den for CCD.

Med utvidelsen av kretsen av forbrukere utover standard-TV, begynte oppløsningen av matriser å øke kontinuerlig. Dette er husholdningsvideokameraer, elektroniske kameraer og kameraer innebygd i kommunikasjonsenheter. For mobile enheter er forresten spørsmålet om effektivitet ganske viktig, og her har CMOS-sensoren ingen konkurrenter. For eksempel siden midten av 1990-tallet. Oppløsningen til matrisene har økt årlig med 1–2 millioner elementer og når nå 10–12 MPcs. Dessuten har etterspørselen etter CMOS-sensorer blitt dominerende og overstiger i dag 100 millioner enheter.

CMOS: forbedret følsomhet

De første prøvene av overvåkingskameraer fra slutten av 1990-tallet – tidlig på 2000-tallet med CMOS-matriser hadde en oppløsning på 352x288 piksler og en følsomhet selv for svart-hvitt på omtrent 1 lux. Fargeversjoner med standardoppløsning var forskjellig i følsomhet på omtrent 7–10 lux.

Hva tilbyr leverandørene?
For øyeblikket har følsomheten til CMOS-matriser absolutt økt, men for typiske fargebildealternativer overskrider den ikke verdier i størrelsesorden flere lux ved rimelige verdier av objektivets F-nummer (1,2–1,4). Dette bekreftes av de tekniske spesifikasjonene til IP-videoovervåkingsmerker som bruker CMOS-matriser med progressiv skanning. De produsentene som hevder en følsomhet på omtrent tiendedeler av en lux, spesifiserer vanligvis at dette er data for en lavere bildefrekvens, akkumuleringsmodus eller i det minste en aktivert og tilstrekkelig dyp AGC (AGC). Dessuten, for noen IP-kameraprodusenter, når den maksimale AGC en forbløffende verdi på –120 dB (1 million ganger). Man kan håpe at følsomheten for dette tilfellet i hodene til produsentene forutsetter et anstendig signal-til-støy-forhold, slik at man kan observere mer enn bare "snø" på skjermen.

Innovasjon forbedrer videokvaliteten
I et forsøk på å forbedre ytelsen til CMOS-matriser, har Sony foreslått en rekke nye teknologier som gir praktisk sammenligning av CMOS-matriser med CCD når det gjelder følsomhet, signal-til-støy-forhold i megapikselversjoner.

Den nye teknologien for produksjon av Exmor-matriser er basert på å endre innfallsretningen for lysfluksen på matrisen. I en typisk arkitektur treffer lys den fremre overflaten av silisiumplaten gjennom og forbi array-kretslederne. Lyset blir spredt og blokkert av disse elementene. I den nye modifikasjonen kommer lys inn på baksiden av silisiumplaten. Dette førte til en betydelig økning i følsomhet og reduksjon i støy i CMOS-matrisen. I fig. Figur 5 forklarer forskjellene mellom strukturene til standardmatrisen og Exmor-matrisen, vist i seksjon.

Bilde 1 viser bilder av testobjektet tatt med en belysning på 100 lux (F4.0 og 1/30 s) med et kamera med CCD (frontbelysning) og CMOS Exmor, med samme format og oppløsning på 10 megapiksler. Åpenbart er et CMOS-kamerabilde minst like bra som et CCD-bilde.

En annen måte å forbedre følsomheten til CMOS-sensorer på er å bevege seg bort fra det rektangulære pikselarrangementet med linjeskiftede røde og blå elementer. I dette tilfellet, i konstruksjonen av ett oppløsningselement, brukes to grønne piksler - blå og rød fra forskjellige rader. I stedet foreslås et diagonalt arrangement av elementer, ved å bruke seks tilstøtende grønne elementer for å konstruere ett oppløsningselement. Denne teknologien kalles ClearVid CMOS. En kraftigere bildesignalprosessor antas for behandling. Forskjellen i strukturene til arrangementet av fargede elementer er illustrert i fig. 6.

Informasjon leses av en høyhastighets parallell analog-til-digital-omformer. Samtidig kan den progressive skanningsbildehastigheten nå 180 og til og med 240 fps. Ved parallell opptak av informasjon elimineres den diagonale rammeforskyvningen som er vanlig for CMOS-kameraer med sekvensiell eksponering og signallesing, den såkalte Rolling Shutter-effekten – når den karakteristiske uskarphet for objekter i hurtig bevegelse er helt fraværende.

Bilde 2 viser bilder av en roterende vifte tatt med et CMOS-kamera ved bildefrekvenser på 45 og 180 fps.

Full konkurranse

Vi nevnte Sony-teknologier som eksempler. Naturligvis produseres CMOS-matriser, som CCD-er, også av andre selskaper, men ikke i en slik skala og ikke så godt kjent. Uansett, alle, på en eller annen måte, følger omtrent samme vei og bruker lignende tekniske løsninger.

Spesielt forbedrer den velkjente teknologien til Panasonic Live-MOS-matriser også egenskapene til CMOS-matriser betydelig og, naturligvis, ved lignende metoder. Panasonic-matriser har redusert avstanden fra fotodioden til mikrolinsen. Overføringen av signaler fra overflaten av fotodioden er forenklet. Antall kontrollsignaler er redusert fra 3 (standard CMOS) til 2 (som i CCD), noe som har økt det fotosensitive området til pikselen. En lavstøy fotodiodeforsterker brukes. En tynnere sensorlagstruktur brukes. Redusert forsyningsspenning reduserer støy og varme i matrisen.

Det kan sies at megapiksel CMOS-matriser allerede med hell kan konkurrere med CCD ikke bare i pris, men også i slike problematiske egenskaper for denne teknologien som følsomhet og støynivå. I tradisjonelle CCTV-TV-formater forblir imidlertid CCD-matriser lite konkurransedyktige.

Matrisen er det viktigste strukturelle elementet til kameraet og en av nøkkelparametrene som tas i betraktning av brukeren når han velger et kamera. Matrisene til moderne digitalkameraer kan klassifiseres etter flere tegn, men det viktigste og mest vanlige er fortsatt å dele matrisene iht. ladelesemetode, på: matriser CCD type og CMOS matriser. I denne artikkelen vil vi se på prinsippene for drift, samt fordelene og ulempene ved disse to typene matriser, siden det er de som er mye brukt i moderne foto- og videoutstyr.

CCD-matrise

Matrise CCD også kalt CCD-matrise(Ladekoblede enheter). CCD Matrisen er en rektangulær plate av fotosensitive elementer (fotodioder) plassert på en halvleder silisiumkrystall. Prinsippet for driften er basert på linje-for-linje-bevegelse av ladninger som har samlet seg i hullene dannet av fotoner i silisiumatomer. Det vil si at når man kolliderer med en fotodiode, absorberes et foton av lys og et elektron frigjøres (en intern fotoelektrisk effekt oppstår). Som et resultat dannes det en belastning som på en eller annen måte må lagres for videre behandling. For dette formål er en halvleder bygget inn i silisiumsubstratet til matrisen, over hvilken en gjennomsiktig elektrode laget av polykrystallinsk silisium er plassert. Og som et resultat av å påføre et elektrisk potensial til denne elektroden, dannes en såkalt potensialbrønn i utarmingssonen under halvlederen, hvor ladningen mottatt fra fotoner er lagret. Ved lesing av elektrisk ladning fra matrisen overføres ladninger (lagret i potensielle brønner) langs overføringselektrodene til kanten av matrisen (serielt skiftregister) og mot forsterkeren, som forsterker signalet og sender det til en analog-til- digital omformer (ADC), hvorfra det konverterte signalet sendes inn i en prosessor som behandler signalet og lagrer det resulterende bildet på et minnekort .

Polysilisiumfotodioder brukes til å produsere CCD-matriser. Slike matriser er små i størrelse og lar deg få fotografier av ganske høy kvalitet når du fotograferer i normalt lys.

Fordeler med CCD:

1. Utformingen av matrisen gir en høy tetthet av plassering av fotoceller (piksler) på underlaget;
2. Høy effektivitet (forholdet mellom registrerte fotoner og deres totale antall er omtrent 95%);
3. Høy følsomhet;
4. God fargegjengivelse (med tilstrekkelig belysning).

Ulemper med CCD:

1. Høyt støynivå ved høy ISO (ved lav ISO er støynivået moderat);
2. Lav driftshastighet sammenlignet med CMOS-matriser;
3. Høyt strømforbruk;
4. Mer kompleks signallesingsteknologi, siden det kreves mange kontrollbrikker;
5. Produksjonen er dyrere enn CMOS-matriser.

CMOS-matrise

Matrise CMOS, eller CMOS-matrise(Complementary Metal Oxide Semiconductors) bruker aktive punktsensorer. I motsetning til CCD-er inneholder CMOS-sensorer en separat transistor i hvert lysfølsomme element (piksel), som et resultat av at ladningskonvertering utføres direkte i pikselen. Den resulterende ladningen kan leses fra hver piksel individuelt, og eliminerer behovet for ladningsoverføring (som skjer med CCD-er). Pikslene til CMOS-sensoren er integrert direkte med analog-til-digital-omformeren eller til og med prosessoren. Som et resultat av bruken av slik rasjonell teknologi oppstår energibesparelser på grunn av en reduksjon i handlingskjeder sammenlignet med CCD-matriser, samt en reduksjon i kostnadene for enheten på grunn av en enklere design.

Kort driftsprinsipp for en CMOS-sensor: 1) Før opptak påføres et tilbakestillingssignal til tilbakestillingstransistoren. 2) Under eksponering trenger lys gjennom linsen og filteret til fotodioden og som følge av fotosyntesen samler det seg en ladning i den potensielle brønnen. 3) Verdien av den mottatte spenningen leses. 4) Databehandling og bildelagring.

Fordeler med CMOS-sensorer:

1. Lavt strømforbruk (spesielt i standby-moduser);
2. Høy ytelse;
3. Krever mindre produksjonskostnader på grunn av likheten til teknologien med produksjon av mikrokretser;
4. Teknologiens enhet med andre digitale elementer, som lar deg kombinere analoge, digitale og prosesserende deler på én brikke (dvs., i tillegg til å fange lys i en piksel, kan du konvertere, behandle og fjerne signalet fra støy).
5. Mulighet for tilfeldig tilgang til hver piksel eller gruppe med piksler, noe som lar deg redusere størrelsen på det fangede bildet og øke avlesningshastigheten.

Ulemper med CMOS-matriser:

1. Fotodioden opptar et lite pikselområde, noe som resulterer i lav lysfølsomhet for matrisen, men i moderne CMOS-matriser er denne ulempen praktisk talt eliminert;
2. Tilstedeværelsen av termisk støy fra varmetransistorer inne i pikselen under leseprosessen.
3. Relativt stort i størrelse, fotoutstyr med denne typen matrise er preget av stor vekt og størrelse.

I tillegg til de ovennevnte typene, er det også tre-lags matriser, hvor hvert lag er en CCD. Forskjellen er at cellene samtidig kan oppfatte tre farger, som dannes av dikroiske prismer når en lysstråle treffer dem. Hver stråle blir deretter rettet mot en separat matrise. Som et resultat bestemmes lysstyrken til blå, røde og grønne farger umiddelbart på fotocellen. Tre-lags matriser brukes i videokameraer på høyt nivå, som har en spesiell betegnelse - 3CCD.

For å oppsummere vil jeg merke at med utviklingen av teknologier for produksjon av CCD- og CMOS-matriser, endres også egenskapene deres, så det blir stadig vanskeligere å si hvilken av matrisene som definitivt er bedre, men samtidig er CMOS matriser har nylig blitt stadig mer populære i produksjonen av speilreflekskameraer. Basert på de karakteristiske egenskapene til ulike typer matriser, kan man få en klar ide om hvorfor profesjonelt fotografisk utstyr som gir høykvalitets fotografering er ganske klumpete og tungt. Denne informasjonen bør definitivt huskes når du velger et kamera - det vil si ta hensyn til de fysiske dimensjonene til matrisen, og ikke antall piksler.

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

Hvilken matrise er bedre CMOS eller CCD?

I de siste årene har CCD (ladekoplet enhet, CCD - ladetilbakemeldingsenhet) og CMOS (komplementær metall-oksid-halvleder, CMOS komplementær logikk på metall-oksid-halvledertransistorer) matriser fortsette å kjempe med hverandre. Hver har sine fordeler og ulemper, og vi skal se på dem nå.

CCD- og CMOS-matriser blir hele tiden utsatt for ulike tester for å finne ut hvilken som er best.

La oss først se på et diagram over hvordan disse matrisene ser ut.

Fordeler og ulemper med CMOS-sensorer

En av hovedårsakene til den utbredte bruken av CMOS-matriser er lave produksjonskostnader, lavt strømforbruk, samt høy ytelse.

CMOS-matriser har muligheten til å lese celler tilfeldig, mens en CCD-matrise leser alle cellene samtidig.

På grunn av denne lesemetoden opplever ikke CMOS-matriser den såkalte "smearing"-effekten, som er iboende i CCD-matriser og vises i rammen i form av vertikale "lyspilarer" fra punktlignende lyse objekter, for eksempel , sol, lykter.

Til tross for fordelene har CMOS-teknologien også sine ulemper. Det lysfølsomme elementet er ekstremt lite i forhold til pikselområdet. Brorparten av området er okkupert av elektronikk innebygd i pikselen. Dette påvirker lav følsomhet, og forforsterkning av signalet fører til økt støy i bildet.

CMOS utmerker seg blant annet ved "rullende lukker"-effekten. Det henger sammen med at signalet leses linje for linje.

Faktisk er den rullende lukkereffekten merkbar når du fotograferer raskt bevegelige objekter. Ved å lese de øverste linjene først og deretter de nederste, kan bildet bli forvrengt. For eksempel kan flyttebiler trekkes ut.

Fordeler og ulemper med CCD-matriser

CCD-teknologien har eksistert i mange år, gjennom årene har den blitt betydelig oppgradert, og har en rekke fordeler fremfor CMOS.

Kameraer basert på en CCD-matrise har en mer avansert elektronisk lukker, som er spesielt viktig for å fange objekter eller bilder i rask bevegelse.

Et annet særtrekk er lavt støynivå og høy følsomhet i det nær-infrarøde området. På grunn av dette takler CCD-matriser godt med dårlige lysforhold.

CCD-sensorer har ikke den vibrasjons- og rullende lukkereffekten som er vanlig for CMOS-sensorer. Se for eksempel en video som sammenligner CCD- og CMOS-sensorer.

Konklusjoner. Så hvilken matrise er bedre for bilvideokameraer?

Med tanke på ovenstående kan vi trekke følgende konklusjoner:

Kameraer utstyrt med en CCD-matrise:

+ jobbe bedre i mørket, + ikke forvreng objekter i bevegelse, + ha mer mettede farger, - følsomme for punktlyskilder;

Kameraer med CMOS-matrise:

+billigere, noen ganger dobbelt så dyrt, -forvrengning av dynamiske bilder;<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.