Ambayo ni bora: CCD au CMOS? Vigezo vya kuchagua. Ambayo tumbo ni bora - CCD au CMOS

Kama unavyojua, kamera zimegawanywa katika kategoria mbili kubwa - analogi na dijiti - kulingana na uso usio na mwanga ambao unanasa picha. Katika kamera ya analog, uso huu ulikuwa filamu ya picha - jambo rahisi na photosensitivity fulani, idadi fulani ya muafaka wa matumizi moja, ambayo, baada ya usindikaji wa kemikali, iliwezekana kupata alama ya picha kwenye karatasi.

Katika kamera za dijiti, jukumu hili la msingi linachukuliwa na matrix. Matrix- kifaa ambacho kazi yake kuu ni kuweka dijiti vigezo fulani vya mwanga vinavyoanguka kwenye uso wake. Utaratibu huu unaonyeshwa kwa undani na kwa uwazi katika video bora kutoka kwa Ugunduzi katika makala yetu "", ikiwa bado haujaitazama, hakikisha kufanya hivyo!

Kuna mbili kuu, maarufu zaidi na wakati huo huo teknolojia ya matrix inayoshindana - hizi ni CCD Na CMOS. Wacha tujue leo nini tofauti kati ya CCD Na CMOS matrices?

Tutajaribu kuelewa tofauti zao bila kupiga mbizi katika maelezo ya fizikia, ili tu kuwa na wazo sio tu jinsi kamera inavyofanya kazi, lakini pia ni nini matrix iko kwenye kamera yako sasa. Nadhani hii itatosha kwa mpiga picha wa novice, lakini wale ambao wana nia ya maelezo wanaweza kujishughulisha zaidi peke yao.

matrix ya CCD, chanzo: Wikipedia

Kwa hiyo, CCD-Hii kifaa kilichounganishwa chaji (CCD - kifaa kilicho na malipo ya maoni). Aina hii ya matrix hapo awali ilizingatiwa kuwa ya ubora wa juu, lakini pia ni ghali zaidi na hutumia nishati. Ikiwa unafikiria kanuni ya msingi ya uendeshaji wa matrix ya CCD kwa kifupi, basi wanakusanya picha nzima katika toleo la analog, na kisha tu kuifanya tarakimu.

Tofauti na matrices ya CCD, Matrix ya CMOS (kamilisho ya chuma-oksidi-semiconductor, mantiki ya ziada kwenye transistors za chuma-oksidi-semiconductor, CMOS), weka kila pikseli dijitali katika situ. Matrices ya CMOS mwanzoni yalikuwa ya chini ya matumizi ya nguvu na ya bei nafuu, hasa katika uzalishaji wa matrices makubwa, lakini yalikuwa duni kwa matrices ya CCD katika ubora.

Sensor ya CMOS, chanzo: Wikipedia

Matrices ya CCD yana ubora wa juu wa picha na bado yanasalia kuwa maarufu katika nyanja za dawa, tasnia na sayansi, ambapo ubora wa picha ni muhimu. Nyuma Hivi majuzi Matrices ya CCD yalipunguza matumizi na gharama ya nishati, na matrices ya CMOS yaliboresha sana ubora wa picha, hasa baada ya mapinduzi ya kiteknolojia katika utengenezaji wa vihisi vya CMOS, wakati teknolojia ya Active Pixel Sensors (APS) iliongeza amplifier ya transistor kwa kila pikseli kwa ajili ya kusoma, ambayo ilifanya iwezekane. kubadilisha chaji kuwa voltage kulia kwenye pikseli. Hii ilitoa mafanikio kwa teknolojia ya CMOS; kufikia 2008 ilikuwa imekuwa mbadala kwa matrices ya CCD. Kwa kuongezea, teknolojia ya CMOS ilifanya iwezekane kupiga video na kuanzisha kazi hii katika kamera za kisasa, na kamera nyingi za kisasa za dijiti zina vifaa vya matrices ya CMOS.

Matrix ya picha ni "jicho" la kamera yako ya usalama ya video. Inanasa mwanga unaoingia kwenye lenzi ya kamera ya usalama na kuibadilisha kuwa ishara ya kielektroniki.

Umbizo, au ukubwa, wa matrix huamua ufunikaji wa kamera zako za usalama. Miundo maarufu zaidi ni: 2/3", 1/2" na 1/3".

  • Matrix ya 2/3" ya diagonal inaruhusu ufuatiliaji wa video kwa umbali mrefu katika hali ya chini sana ya mwanga.
  • Matrix yenye diagonal ya 1/2" - mara nyingi, ni suluhisho mojawapo na unyeti wa mwanga unaokubalika.
  • Kihisi cha 1/3" hutoa utendaji mzuri katika mwanga wa chini na viwango vya juu vya fremu.

Aina maarufu zaidi za matrices kulingana na teknolojia inayotumiwa ni CMOS (CMOS matrix) na CCD (CCD matrix).

1. Kamera za uchunguzi wa CMOS: faida na hasara

CMOS inasimama badala ya Semicondukta ya Oksidi ya Metali inayosaidia. Sensor ya CMOS hutumia teknolojia ya skanning inayoendelea.

Manufaa na hasara za kamera ya video ya uchunguzi na matrix ya CMOS

Manufaa ya kamera ya uchunguzi ya CMOS
  • Azimio la juu
  • Utoaji bora wa rangi
  • Kiwango cha juu cha fremu
  • Matumizi ya chini ya nguvu
  • Ufanisi wa kiuchumi
Hasara za kamera ya uchunguzi ya CMOS
  • Kiwango cha juu cha kelele
  • Usikivu wa wastani wa picha

2. Kamera za ufuatiliaji za CCD: faida na hasara

Kifupi cha CCD kinawakilisha Charge Coupled Device. Kamera za usalama za CCD zina WDR bora (wimbo mpana unaobadilika) na kwa hivyo hutumiwa mara nyingi katika hali ya chini ya mwanga. Kamera za usalama zilizo na vitambuzi vya CCD kwa ujumla haziathiriwi sana na mitetemo ikilinganishwa na kamera za usalama zilizo na vihisi vya CMOS.

Nguvu na udhaifu wa kamera ya uchunguzi ya CCD

Nguvu za kamera ya ufuatiliaji ya CCD
  • Utendaji mzuri katika hali ya chini ya mwanga
  • Teknolojia nzuri ya WDR
  • Hushambuliwa kidogo na athari za mtetemo
  • Kiwango cha chini cha kelele
  • Unyeti wa juu
  • Azimio la juu
Hasara za kamera ya video ya uchunguzi na matrix ya CCD
  • Matumizi ya juu ya nguvu
  • Kiwango cha chini cha fremu
  • Ghali

CMOS au CCD - ni ipi bora?

Mzunguko wa 1: Kiwango cha Fremu na Matumizi ya Nguvu

Kamera ya usalama yenye kihisi cha CMOS ndiyo mshindi wa wazi katika suala la kasi ya fremu. Kamera ya usalama iliyo na kihisi cha CMOS inaweza kubadilisha moja kwa moja mawimbi ya umeme kuwa mawimbi ya dijitali. Kasi ya fremu na kasi ya mchakato wa ubadilishaji wa mawimbi ya kihisi cha CMOS ni haraka zaidi ikilinganishwa na kitambuzi cha CCD.

Ugeuzaji wa analogi hadi dijitali hutokea nje ya vitambuzi vya CCD, kwa hivyo picha na video huchukua muda mrefu kutengenezwa. Kwa kuongeza, kamera za usalama zilizo na sensorer za picha za CCD mara nyingi zinakabiliwa na matatizo ya joto.

Kamera za usalama zilizo na vihisi vya CMOS zinaauni viwango vya juu zaidi vya fremu na hutumia nishati kidogo, na pia zinagharimu zaidi kuliko kamera za usalama zilizo na vitambuzi vya CCD. Kwa ujumla, bei ya kamera ya CMOS CCTV ni nzuri zaidi kuliko ile ya kamera ya usalama ya CCD.

Kwa hiyo, mshindi wa mzunguko wa kwanza ni kamera ya video yenye tumbo la CMOS!

Mzunguko wa 2: Ubora wa Picha

Kwa kawaida, kamera za usalama za CCD hutoa picha zilizo na zaidi . Hata hivyo, maendeleo katika teknolojia yanaweza kuleta ubora wa picha ya CMOS kulingana na CCD. Kwa mfano, kamera za usalama zilizo na vihisi vya CMOS na zoom ya macho zinaweza kutoa picha safi zaidi kuliko kamera za CCD.

Kwa hivyo, raundi ya pili ni sare!

Mzunguko wa 3: Unyeti wa Mwanga na Kelele

Kijadi, vitambuzi vya CCD haviathiriwi sana na upotoshaji wa picha na vina unyeti wa juu wa mwanga, kwa hivyo hutoa kelele kidogo kuliko kamera za usalama zilizo na vihisi vya CMOS. Hata hivyo, siku hizi, kwa suala la unyeti, kamera za CCTV zilizo na matrices ya CMOS wakati mwingine ni bora zaidi kuliko kamera za video za CCD.

Ni vigumu kusema nani atashinda katika unyeti wa mwanga na kategoria za kelele. Hata hivyo, kwa kuzingatia kiwango cha sasa cha teknolojia na utendaji, kamera za CCD ndizo washindi katika mzunguko wa tatu (labda ushindi wa muda mfupi).

Kulingana na habari hapo juu na kulinganisha kwa kina kwa aina mbili za sensorer, unaweza kupata kwamba kila aina ya sensor ina faida na hasara zake.

Hakuwezi kuwa na mshindi hata mmoja katika vita hivi. Yote inakuja kwa kesi maalum:

1. Unaweza kuchagua kamera za usalama zilizo na vitambuzi vya CCD ikiwa zitatumika katika hali ya mwanga wa chini.

Kumbuka: Baadhi ya kamera za usalama za CMOS pia zinaweza kutoa ufuatiliaji bora wakati wa usiku.

2. Kamera za uchunguzi zilizo na sensorer za CMOS zinaweza kuwa ngumu zaidi, kwani saizi ya sensorer za CMOS zenyewe zinaweza kuwa ndogo sana. Kwa hiyo, unaweza kuwachagua ikiwa hutaki kuteka mawazo yako.

3. Chagua kamera za usalama za CMOS ikiwa muunganisho wako wa Mtandao hautoshi. Kamera za usalama za CMOS zina mahitaji machache ya kipimo data, kwa hivyo hazitapakia mtandao wako kupita kiasi.

Chanzo reolink.com. Makala hiyo ilitafsiriwamsimamizi wa tovutiElena Ponomarenko.

Matrix ni kipengele kikuu cha kimuundo cha kamera na moja ya vigezo muhimu vinavyozingatiwa na mtumiaji wakati wa kuchagua kamera. Matrices ya kamera za kisasa za dijiti zinaweza kuainishwa kulingana na ishara kadhaa, lakini ile kuu na ya kawaida bado inagawanya matiti kulingana na njia ya kusoma malipo, kwenye: matrices CCD aina na CMOS matrices. Katika makala hii tutaangalia kanuni za uendeshaji, pamoja na faida na hasara za aina hizi mbili za matrices, kwa kuwa ndizo zinazotumiwa sana katika vifaa vya kisasa vya picha na video.

matrix ya CCD

Matrix CCD pia inaitwa matrix ya CCD(Chaji Vifaa Vilivyounganishwa). CCD Matrix ni sahani ya mstatili ya vipengele vya picha (photodiodes) iliyo kwenye kioo cha silicon ya semiconductor. Kanuni ya uendeshaji wake inategemea harakati za mstari kwa mstari wa malipo ambayo yamekusanyika kwenye mashimo yaliyoundwa na photoni katika atomi za silicon. Hiyo ni, wakati wa kugongana na photodiode, photon ya mwanga inachukuliwa na elektroni hutolewa (athari ya ndani ya picha hutokea). Matokeo yake, malipo huundwa ambayo lazima ihifadhiwe kwa namna fulani kwa usindikaji zaidi. Kwa kusudi hili, semiconductor hujengwa kwenye substrate ya silicon ya tumbo, juu ya ambayo electrode ya uwazi iliyofanywa kwa silicon ya polycrystalline iko. Na kama matokeo ya kutumia uwezo wa umeme kwa elektroni hii, kinachojulikana kama kisima kinachowezekana huundwa katika eneo la kupungua chini ya semiconductor, ambayo malipo yaliyopokelewa kutoka kwa picha huhifadhiwa. Wakati wa kusoma malipo ya umeme kutoka kwa tumbo, malipo (yaliyohifadhiwa kwenye visima vinavyowezekana) huhamishwa pamoja na elektroni za uhamishaji hadi ukingo wa tumbo (rejista ya mabadiliko ya serial) na kuelekea amplifier, ambayo huongeza ishara na kuipeleka kwa analog-to- kigeuzi cha dijiti (ADC), kutoka ambapo ishara iliyobadilishwa inatumwa kwa kichakataji ambacho huchakata ishara na kuhifadhi picha inayotokana na kadi ya kumbukumbu. .

Picha za polysilicon hutumiwa kutengeneza matrices ya CCD. Matrices kama hayo ni ndogo kwa saizi na hukuruhusu kupata picha za hali ya juu wakati wa kupiga picha kwenye taa za kawaida.

Faida za CCDs:

  1. Muundo wa matrix hutoa wiani mkubwa wa kuwekwa kwa photocells (pixels) kwenye substrate;
  2. Ufanisi wa juu (uwiano wa photons zilizosajiliwa kwa idadi yao jumla ni karibu 95%);
  3. Unyeti wa juu;
  4. Utoaji mzuri wa rangi (na taa ya kutosha).

Ubaya wa CCDs:

  1. Kiwango cha juu cha kelele katika ISO ya juu (kwa ISO ya chini, kiwango cha kelele ni wastani);
  2. Kasi ya chini ya uendeshaji ikilinganishwa na matrices ya CMOS;
  3. matumizi ya juu ya nguvu;
  4. Teknolojia ngumu zaidi ya kusoma ishara, kwani chips nyingi za kudhibiti zinahitajika;
  5. Uzalishaji ni ghali zaidi kuliko matrices ya CMOS.

Matrix ya CMOS

Matrix CMOS, au Matrix ya CMOS(Semiconductary ya Oksidi ya Metali) hutumia vihisi vya uhakika amilifu. Tofauti na CCDs, sensorer za CMOS zina transistor tofauti katika kila kipengele kisicho na mwanga (pixel), kwa sababu ambayo ubadilishaji wa malipo unafanywa moja kwa moja kwenye pikseli. Malipo yanayotokana yanaweza kusomwa kutoka kwa kila pikseli mmoja mmoja, na kuondoa hitaji la kuhamisha chaji (kama inavyotokea kwa CCD). Pikseli za sensor ya CMOS zimeunganishwa moja kwa moja na kibadilishaji cha analogi hadi dijiti au hata kichakataji. Kutokana na matumizi ya teknolojia hiyo ya busara, akiba ya nishati hutokea kutokana na kupunguzwa kwa minyororo ya vitendo ikilinganishwa na matrices ya CCD, pamoja na kupunguzwa kwa gharama ya kifaa kutokana na kubuni rahisi.


Kanuni fupi ya uendeshaji wa sensor ya CMOS: 1) Kabla ya risasi, ishara ya kuweka upya inatumika kwa transistor iliyowekwa upya. 2) Wakati wa mfiduo, mwanga hupenya kupitia lenzi na kuchuja kwa photodiode na, kama matokeo ya photosynthesis, malipo hujilimbikiza kwenye kisima kinachowezekana. 3) Thamani ya voltage iliyopokea inasoma. 4) Usindikaji wa data na kuokoa picha.

Faida za sensorer za CMOS:

  1. Matumizi ya chini ya nguvu (hasa katika njia za kusubiri);
  2. Utendaji wa juu;
  3. Inahitaji gharama ndogo za uzalishaji kutokana na kufanana kwa teknolojia na uzalishaji wa microcircuits;
  4. Umoja wa teknolojia na vipengele vingine vya digital, ambayo inakuwezesha kuchanganya sehemu za analog, digital na usindikaji kwenye chip moja (yaani, pamoja na kukamata mwanga katika pixel, unaweza kubadilisha, kusindika na kufuta ishara kutoka kwa kelele).
  5. Uwezekano wa ufikiaji wa nasibu kwa kila pikseli au kikundi cha saizi, ambayo hukuruhusu kupunguza saizi ya picha iliyopigwa na kuongeza kasi ya usomaji.

Ubaya wa matrices ya CMOS:

  1. Photodiode inachukua eneo ndogo la pixel, na kusababisha unyeti mdogo wa mwanga wa matrix, lakini katika matrices ya kisasa ya CMOS hasara hii imeondolewa kivitendo;
  2. Uwepo wa kelele ya joto kutoka kwa transistors za joto ndani ya pikseli wakati wa mchakato wa kusoma.
  3. Kiasi kikubwa kwa saizi, vifaa vya picha na aina hii ya matrix ina sifa ya uzani mkubwa na saizi.

Mbali na aina zilizo hapo juu, pia kuna matrices ya safu tatu, kila safu ambayo ni CCD. Tofauti ni kwamba seli zinaweza kutambua wakati huo huo rangi tatu, ambazo zinaundwa na prism dichroic wakati mwanga wa mwanga unawapiga. Kisha kila boriti inaelekezwa kwa matrix tofauti. Matokeo yake, mwangaza wa rangi ya bluu, nyekundu na kijani huamua mara moja kwenye photocell. Matrices ya safu tatu hutumiwa katika kamera za video za kiwango cha juu, ambazo zina sifa maalum - 3CCD.

Kwa muhtasari, ningependa kutambua kwamba pamoja na maendeleo ya teknolojia ya uzalishaji wa matrices ya CCD na CMOS, sifa zao pia zinabadilika, kwa hiyo inazidi kuwa vigumu kusema ni nani kati ya matrices ni dhahiri bora, lakini wakati huo huo, CMOS. matrices hivi karibuni yamezidi kuwa maarufu katika utengenezaji wa kamera za SLR. Kulingana na sifa za tabia ya aina mbalimbali za matrices, mtu anaweza kupata wazo wazi la kwa nini vifaa vya kitaaluma vya kupiga picha ambavyo hutoa risasi ya hali ya juu ni kubwa na nzito. Taarifa hii lazima ikumbukwe wakati wa kuchagua kamera - yaani, kuzingatia vipimo vya kimwili vya tumbo, na sio idadi ya saizi.

Sensor ya picha ni kipengele muhimu zaidi cha kamera yoyote ya video. Leo, karibu kamera zote hutumia sensorer za picha za CCD au CMOS. Aina zote mbili za sensor hufanya kazi ya kubadilisha picha iliyojengwa kwenye sensor na lensi kuwa ishara ya umeme. Walakini, swali la ambayo sensor ni bora bado inabaki wazi.

N.I. Chura
Mshauri wa kiufundi
Microvideo Group LLC

CCD ni sensor ya analog, licha ya uwazi wa muundo unaozingatia mwanga. Nuru inapogusa tumbo, kila pikseli hukusanya chaji au pakiti ya elektroni, ambayo inabadilishwa, inaposomwa na mzigo, kuwa voltage ya ishara ya video sawia na mwangaza wa saizi. Idadi ya chini ya mabadiliko ya kati ya malipo haya na kutokuwepo kwa vifaa vinavyofanya kazi huhakikisha utambulisho wa juu wa vipengele nyeti vya CCD.

Matrix ya CMOS ni kifaa cha dijiti kilicho na vihisi vya pixel amilifu. Kila pixel ina amplifier yake mwenyewe, ambayo inabadilisha malipo ya kipengele nyeti katika voltage. Hii inafanya uwezekano wa kudhibiti kila pikseli karibu kibinafsi.

Maendeleo ya CCD

Tangu uvumbuzi wa CCD na Bell Laboratories (au Bell Labs) mwaka wa 1969, ukubwa wa vitambuzi vya picha umeendelea kupungua. Wakati huo huo, idadi ya vipengele nyeti iliongezeka. Hii ilisababisha kupungua kwa ukubwa wa kipengele kimoja nyeti (pixel), na, ipasavyo, unyeti wake. Kwa mfano, tangu 1987 saizi hizi zimepungua kwa mara 100. Lakini kutokana na teknolojia mpya, unyeti wa kipengele kimoja (na kwa hiyo matrix nzima) imeongezeka hata.

Nini kilituruhusu kutawala
Tangu mwanzo, CCD zimekuwa vihisi kuu kwa sababu zilitoa ubora bora wa picha, kelele kidogo, usikivu wa juu, na usawa zaidi wa saizi. Jitihada kuu za kuboresha teknolojia zililenga kuboresha utendaji wa CCD.

Jinsi usikivu unavyokua
Ikilinganishwa na ufafanuzi maarufu wa kiwango cha Sony HAD matrix (500x582) ya mwishoni mwa miaka ya 1990. (ICX055) unyeti wa miundo yenye teknolojia ya hali ya juu zaidi ya Super HAD iliongezeka karibu mara 3 (ICX405) na Ex-view HAD - mara 4 (ICX255). Na kwa matoleo nyeusi na nyeupe na rangi.

Kwa matrices ya ubora wa juu (752x582), mafanikio ni ya kuvutia kidogo, lakini ikiwa tunalinganisha mifano ya rangi ya Super HAD na teknolojia za kisasa zaidi za Ex-view HAD II na Super HAD II, ongezeko la unyeti litakuwa mara 2.5 na 2.4. , kwa mtiririko huo. Na hii licha ya kupunguzwa kwa saizi za saizi kwa karibu 30%, kwani tunazungumza juu ya matrices ya muundo wa kisasa zaidi wa 960H na idadi iliyoongezeka ya saizi hadi 976x582 kwa kiwango cha PAL. Ili kuchakata ishara kama hiyo, Sony hutoa anuwai ya wasindikaji wa mawimbi ya Effio.

Imeongeza sehemu ya IR
Mojawapo ya njia za ufanisi za kuongeza unyeti muhimu ni kupanua sifa za spectral za unyeti katika eneo la infrared. Hii ni kweli hasa kwa matrix ya Ex-view. Kuongezewa kwa sehemu ya IR kwa kiasi fulani kunapotosha uhamisho wa mwangaza wa jamaa wa rangi, lakini kwa toleo la nyeusi na nyeupe hii sio muhimu. Tatizo pekee hutokea kwa utoaji wa rangi katika kamera za mchana/usiku na unyeti wa mara kwa mara wa IR, yaani, bila kichujio cha mitambo cha IR.


Ukuzaji wa teknolojia hii katika mifano ya Ex-view HAD II (ICX658AKA) ikilinganishwa na toleo la awali (ICX258AK) hutoa ongezeko la unyeti muhimu wa 0.8 dB tu (kutoka 1100 hadi 1200 mV) na ongezeko la wakati huo huo la unyeti. urefu wa mawimbi ya 950 nm kwa 4. 5 dB. Katika Mtini. 1 inaonyesha sifa za unyeti wa spectral wa matrices haya, na Mtini. 2 - uwiano wa unyeti wao muhimu.


Ubunifu wa Macho
Njia nyingine ya kuongeza unyeti wa CCD ni kuongeza ufanisi wa lenzi ndogo za pikseli, eneo linalohisi picha, na kuboresha vichujio vya rangi. Katika Mtini. Mchoro wa 3 unaonyesha muundo wa matrices ya Super HAD na Super HAD II, inayoonyesha ongezeko la eneo la lenzi na eneo la picha la marekebisho ya hivi karibuni.

Zaidi ya hayo, matrices ya Super HAD II yameongeza kwa kiasi kikubwa upitishaji wa vichungi vya mwanga na upinzani wao wa kufifia. Kwa kuongeza, maambukizi katika eneo la muda mfupi la wimbi la wigo (bluu) limepanuliwa, ambalo limeboresha utoaji wa rangi na usawa nyeupe.

Katika Mtini. Mchoro wa 4 unaonyesha sifa za unyeti wa spectral za matrices ya Sony 1/3" Super HAD (ICX229AK) na Super HAD II (ICX649AKA).

CCD: Unyeti wa Kipekee

Kwa pamoja, hatua zilizo hapo juu zimepata matokeo muhimu katika kuboresha utendaji wa CCD.

Haiwezekani kulinganisha sifa za mifano ya kisasa na matoleo ya awali, kwa vile matrices ya rangi kwa ajili ya matumizi ya kuenea, hata ya kiwango cha juu cha azimio, haikuzalishwa wakati huo. Kwa upande mwingine, matrices ya rangi nyeusi na nyeupe ya ufafanuzi wa kawaida kwa kutumia teknolojia ya kisasa zaidi ya mtazamo wa Ex-HAD II na Super HAD II haijatolewa kwa sasa.

Kwa hali yoyote, kwa suala la unyeti, CCDs bado ni alama isiyoweza kupatikana kwa CMOS, hivyo bado hutumiwa sana isipokuwa lahaja za megapixel, ambazo ni ghali sana na hutumiwa hasa kwa kazi maalum.

CMOS: faida na hasara

Sensorer za CMOS zilivumbuliwa mwishoni mwa miaka ya 1970, lakini uzalishaji ulianza tu katika miaka ya 1990 kutokana na matatizo ya kiteknolojia. Na faida zao kuu na hasara ziliibuka mara moja, ambazo zinabaki kuwa muhimu leo.

Manufaa ni pamoja na ujumuishaji mkubwa wa vitambuzi na ufaafu wa gharama, anuwai pana inayobadilika, urahisi wa uzalishaji na gharama ya chini, haswa kwa anuwai za megapixel.

Kwa upande mwingine, sensorer za CMOS zina unyeti wa chini kwa sababu, vitu vingine kuwa sawa, kwa upotezaji mkubwa katika vichungi vya RGB na eneo dogo linaloweza kutumika la kipengee cha picha. Kama matokeo ya vipengele vingi vya mpito, ikiwa ni pamoja na amplifiers katika njia ya kila pixel, kuhakikisha usawa wa vigezo vya vipengele vyote nyeti ni vigumu zaidi ikilinganishwa na CCD. Lakini uboreshaji wa teknolojia umeleta unyeti wa CMOS karibu na miundo bora ya CCD, hasa katika matoleo ya megapixel.

Wafuasi wa awali wa CMOS walisema kuwa miundo hii itakuwa ya bei nafuu zaidi kwa sababu inaweza kutengenezwa kwa maunzi na teknolojia sawa na kumbukumbu na chip za mantiki. Kwa njia nyingi, dhana hii ilithibitishwa, lakini sio kabisa, kwa kuwa uboreshaji wa teknolojia ulisababisha mchakato wa uzalishaji karibu sawa na utata kwa CCD.

Pamoja na upanuzi wa mzunguko wa watumiaji zaidi ya televisheni ya kawaida, azimio la matrices lilianza kuongezeka mara kwa mara. Hizi ni kamera za video za nyumbani, kamera za kielektroniki na kamera zilizojengwa katika vifaa vya mawasiliano. Kwa njia, kwa vifaa vya simu suala la ufanisi ni muhimu sana, na hapa sensor ya CMOS haina washindani. Kwa mfano, tangu katikati ya miaka ya 1990. Azimio la matrices limeongezeka kila mwaka kwa vipengele milioni 1-2 na sasa linafikia 10-12 Mpcs. Kwa kuongezea, hitaji la sensorer za CMOS limekuwa kubwa na leo linazidi vitengo milioni 100.

CMOS: unyeti ulioboreshwa

Sampuli za kwanza za kamera za uchunguzi kutoka mwishoni mwa miaka ya 1990 - mapema miaka ya 2000 na matrices ya CMOS zilikuwa na azimio la saizi 352x288 na unyeti hata kwa nyeusi na nyeupe ya takriban 1 lux. Matoleo ya rangi ya azimio la kawaida yalitofautiana katika unyeti wa takriban 7-10 lux.

Je, wasambazaji hutoa nini?
Hivi sasa, unyeti wa matrices ya CMOS hakika umeongezeka, lakini kwa chaguzi za kawaida za picha ya rangi haizidi maadili ya utaratibu wa lux kadhaa kwa maadili yanayofaa ya nambari ya lens F (1.2-1.4). Hili linathibitishwa na ubainifu wa kiufundi wa chapa za ufuatiliaji wa video za IP zinazotumia hesabu za CMOS zinazoendelea. Watengenezaji hao wanaodai unyeti wa takriban sehemu kumi za anasa kwa kawaida hubainisha kuwa hizi ni data ya kasi ya chini ya fremu, hali ya mkusanyiko, au angalau AGC (AGC) iliyowezeshwa na ya kina vya kutosha. Zaidi ya hayo, kwa watengenezaji wengine wa kamera za IP, AGC ya juu zaidi hufikia thamani ya kushangaza ya -120 dB (mara milioni 1). Mtu anaweza kutumaini kwamba unyeti wa kesi hii katika mawazo ya wazalishaji hupendekeza uwiano mzuri wa ishara-kwa-kelele, kuruhusu mtu kuchunguza zaidi ya "theluji" tu kwenye skrini.

Ubunifu huboresha ubora wa video
Katika jitihada za kuboresha utendakazi wa matrices ya CMOS, Sony imependekeza idadi ya teknolojia mpya zinazotoa ulinganisho wa vitendo wa matrices ya CMOS na CCD katika suala la unyeti, uwiano wa mawimbi kwa kelele katika matoleo ya megapixel.

Teknolojia mpya ya utengenezaji wa matrices ya Exmor inategemea kubadilisha mwelekeo wa matukio ya flux ya mwanga kwenye tumbo. Katika usanifu wa kawaida, mwanga hupiga uso wa mbele wa kaki ya silicon kupitia na kupitisha makondakta wa mzunguko wa safu. Nuru hutawanywa na kuzuiwa na vipengele hivi. Katika muundo mpya, mwanga huingia upande wa nyuma wa kaki ya silicon. Hii ilisababisha ongezeko kubwa la unyeti na kupunguza kelele ya matrix ya CMOS. Katika Mtini. Mchoro wa 5 unaelezea tofauti kati ya miundo ya matrix ya kawaida na tumbo ya Exmor, iliyoonyeshwa katika sehemu.


Picha ya 1 inaonyesha picha za kitu cha majaribio kilichochukuliwa kwa mwangaza wa 100 lux (F4.0 na 1/30 s) na kamera iliyo na CCD (mwangaza wa mbele) na CMOS Exmor, yenye umbizo sawa na azimio la megapixels 10. Ni wazi, picha ya kamera ya CMOS ni nzuri angalau kama ya CCD.


Njia nyingine ya kuboresha unyeti wa vitambuzi vya CMOS ni kuondoka kwenye mpangilio wa pikseli za mstatili na vipengele vya nyekundu na bluu vilivyobadilishwa mstari. Katika kesi hii, katika ujenzi wa kipengele kimoja cha azimio, saizi mbili za kijani hutumiwa - bluu na nyekundu kutoka safu tofauti. Badala yake, mpangilio wa mlalo wa vipengele unapendekezwa, kwa kutumia vipengele sita vya kijani vilivyo karibu ili kuunda kipengele kimoja cha azimio. Teknolojia hii inaitwa ClearVid CMOS. Kichakataji cha ishara ya picha chenye nguvu zaidi kinachukuliwa kwa usindikaji. Tofauti katika miundo ya mpangilio wa mambo ya rangi huonyeshwa kwenye Mtini. 6.


Habari inasomwa na kibadilishaji cha kasi cha kasi cha analog-to-digital. Wakati huo huo, kasi ya fremu inayoendelea ya skanisho inaweza kufikia ramprogrammen 180 na hata 240. Wakati wa kurekodi habari kwa sambamba, mabadiliko ya sura ya diagonal ya kawaida kwa kamera za CMOS na mfiduo wa mfululizo na usomaji wa ishara huondolewa, kinachojulikana athari ya Rolling Shutter - wakati blur ya tabia ya vitu vinavyosonga haraka haipo kabisa.


Picha ya 2 inaonyesha picha za feni inayozunguka iliyopigwa na kamera ya CMOS kwa viwango vya fremu 45 na 180.

Ushindani kamili

Tulitaja teknolojia za Sony kama mifano. Kwa kawaida, matrices ya CMOS, kama CCDs, pia hutolewa na makampuni mengine, ingawa sio kwa kiwango kama hicho na haijulikani sana. Kwa hali yoyote, kila mtu, kwa njia moja au nyingine, hufuata takriban njia sawa na hutumia ufumbuzi sawa wa kiufundi.

Hasa, teknolojia inayojulikana ya matrices ya Panasonic Live-MOS pia inaboresha kwa kiasi kikubwa sifa za matrices ya CMOS na, kwa kawaida, kwa njia sawa. Matrices ya Panasonic yamepunguza umbali kutoka kwa photodiode hadi microlens. Usambazaji wa ishara kutoka kwa uso wa photodiode umerahisishwa. Idadi ya mawimbi ya kudhibiti imepunguzwa kutoka 3 (CMOS ya kawaida) hadi 2 (kama katika CCD), ambayo imeongeza eneo la picha ya pixel. Amplifier ya photodiode ya kelele ya chini hutumiwa. Muundo wa safu nyembamba ya sensor hutumiwa. Kupungua kwa voltage ya usambazaji hupunguza kelele na joto la matrix.

Inaweza kusemwa kuwa matrices ya megapixel CMOS tayari inaweza kushindana kwa mafanikio na CCD sio tu kwa bei, lakini pia katika sifa za shida za teknolojia hii kama unyeti na kiwango cha kelele. Hata hivyo, katika miundo ya jadi ya televisheni ya CCTV, matrices ya CCD bado hayana ushindani.

Vifaa vingi vya kisasa vya digital vya kupiga picha na video hutumia aina mbili za matrices - CCD na CMOS.

CCD - kifaa kilichounganishwa kwa malipo (au CCD - kifaa kilicho na malipo ya maoni).

CMOS - nyongeza ya chuma-oksidi-semiconductor (au - mantiki ya ziada kwenye transistors za chuma-oksidi-semiconductor, CMOS).

Katika kamera ya dijiti au kamera ya video, matrix ni sawa na filamu ya picha na video. Lakini tofauti na filamu, matrix haiwezi kutupwa, haijafunikwa na emulsion maalum ambayo humenyuka kwa kemikali na mwanga, na haihifadhi sura iliyokamilishwa.

Matrix ni kifaa cha hali ya juu cha elektroniki, kazi kuu ambayo ni kuweka taa inayoanguka kwenye uso wake kupitia lensi. Baada ya hapo mwanga huu wa dijiti hubadilishwa kuwa mojawapo ya umbizo la dijiti maarufu na kuhifadhiwa kwenye diski kuu au kifaa kingine kilichoundwa kwa kusudi hili.

Matrices yaliyotengenezwa kwa kutumia teknolojia ya CCD (au CCD) hutofautiana na matrices yaliyotengenezwa kwa teknolojia ya CMOS (au CMOS) katika vigezo kadhaa muhimu. Kwanza kabisa, hii ni utoaji wa rangi. Inaaminika kuwa ni bora kwenye matrices ya CCD. Hata hivyo, inakubalika kwa ujumla kuwa vitambuzi vya CCD ni kelele zaidi kuliko wenzao wa CMOS, hata kwa viwango vya wastani vya ISO. Kwa hiyo, kamera nyingi za kisasa za digital zina vifaa vya matrices ya CMOS. Kwa kuongeza, matrices ya CCD ni ghali zaidi kuzalisha na pia hutumia nguvu nyingi zaidi kuliko CMOS.
Tofauti kuu kati ya teknolojia ni kanuni ya majibu ya uso kwa ishara. Kwa maneno mengine, matrix ya CCD huchakata mwanga wote unaoipiga kabisa. Na matrix ya CMOS inafanywa kwa sehemu - kila pixel kando. Shukrani kwa teknolojia bunifu ya Vihisi vya Pixel Active (APS), kwa kutumia vikuza sauti vya transistor vilivyounganishwa kwa kila pikseli, ubora wa uonyeshaji wa rangi wa matrices ya CMOS uko karibu na kiwango cha matrices ya CCD.

Kamera ya video ya matrix tatu />

Kwa upigaji picha wa video, ni vyema kuchagua vifaa kulingana na matrices ya CCD. Aina hii ya matrix ni bora zaidi katika kunasa picha zinazosonga, ambazo matrices ya CMOS ya polepole kiteknolojia haiwezi kuendana nayo. Baadhi, ikiwa ni pamoja na zile za upigaji picha za watu mahiri, zina vifaa vitatu vya CCD kwa wakati mmoja - ambayo kila moja imesanidiwa ili kunasa rangi tofauti na muundo wa RGB. Kamera hizo za video zina sifa ya uzazi bora wa rangi na ubora wa video ulioongezeka. Kamera nyingi za kitaalam za video za dijiti zina vifaa vitatu vya CCD.

Kinyume chake, kamera zinazotumia matrices za CMOS zinafaa zaidi kwa upigaji picha.

© bukentagen

Chagua ukadiriaji Mbaya Kawaida Mzuri Mzuri Sana



MAKALA INAYOHUSIANA