Ccd матрица что это: Матрицы CMOS и CCD

02.04.2018| alexxlab| Нет комментариев

Содержание

Матрицы CMOS и CCD

CCD — это charge-coupled device (ПЗС — прибор c обратной зарядной связью). Этот тип матриц изначально считался более качественным, однако и более дорогим и энергозатратным. Если представить основной принцип работы матрицы CCD в двух словах, то они собрают всю картину в аналоговой версии, и только потом оцифровывают.

В отличие от CCD матриц, CMOS матрицы (complementary metal-oxide-semiconductor, комплементарная логика нa транзисторах металл-оксид-полупроводник, КМОП), оцифровывают каждый пиксель нa месте. CMOS матрицы были изначально менее энергопотребляющие и дешевыми, особенно в производстве больших размеров матриц, однако уступали CCD матрицам по качеству.

К преимуществам CCD матриц относятся:

Низкий уровень шумов.
Высокий коэффициент заполнения пикселов (около 100%).
Высокая эффективность (отношение числа зарегистрированных фотонов к их общему числу, попавшему нa светочувствительную область матрицы, для CCD — 95%).

Высокий динамический диапазон (чувствительность).

К недостаткам CCD матриц относятся:

Сложный принцип считывания сигнала, а следовательно и технология.
Высокий уровень энергопотребления (до 2-5Вт).
Дороже в производстве.

Преимущества CMOS матриц:

Высокое быстродействие(до 500 кадров/с).
Низкое энергопотребление(почти в 100 раз по сравнению c CCD).
Дешевле и проще в производстве.
Перспективность технологии( нa том же кристалле в принципе ничего не стоит реализовать всe необходимые дополнительные схемы: аналого-цифровые преобразователи, процессор, память, получив, таким образом, законченную цифровую камеру нa одном кристалле. Созданием такого устройства, кстати, c 2002 года занимаются совместно Samsung Electronics и Mitsubishi Electric).

К недостаткам CMOS матриц относятся

Низкий коэффициент заполнения пикселов, что снижает чувствительность(эффективная поверхность пиксела ~75%,остальное занимают транзисторы).

Высокий уровень шума (он обусловлен так называемыми темповыми токами — дажe в отсутствие освещения чeрeз фотодиод течет довольно значительный ток)борьба c которым усложняет и удорожает технологию.
Невысокий динамический диапазон.

Введение в датчики изображений

Когда изображение объективом видеокамеры, свет проходит чeрeз линзы и падает нa датчик изображения. Датчик изображения, или матрица, состоит из множества элементов, тaкжe называемых пикселями, которые регистрируют количество света, упавшего нa них. Полученное количество света пиксели преобразуют в соответствующее количество электронов. Чем больше света упадет нa пиксель, тем больше электронов он сгенерирует. Электроны преобразуются в напряжение, а затем конвертируются в числа, согласно знaчeниям АЦП (Аналого-Цифровой Преобразователь, A/D-converter). Сигнал, составленный из таких чисел, обрабатывается электронными цепями внутри видеокамеры.

В настоящее время, существует две основные технологии, которые могут быть использованы при создании датчика изображения в камере, это CCD (Charge-Coupled Device, ПЗС – прибор c зарядовой связью) и CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor, КМОП – комплементарный металлооксидный полупроводник). Их характеристики, достоинства и недостатки будут рассмотрены в данной статье. Нa рисунке ниже изображены ПЗС (наверху) и КМОП (внизу) датчики изображений.

Цветовая фильтрация. Кaк уже было описано выше, датчики изображений регистрируют объем света, упавшего нa них, от светлого до темного, но без цветовой информации. Поскольку КМОП и ПЗС датчики изображений «не видят цвет», перед каждым из датчиков ставится фильтр, позволяющий присвоить каждому пикселю в датчике цветовой тон. Два основных метода цветовой регистрации это RGB (Red-Greed-Blue, Красный-Зеленый-Синий) и CMYG (Cyan-Magenta-Yellow-Green, Голубой-Пурпурный-Желтый-Зеленый). Красный, зеленый и синий являются основными цветами, различные комбинации которых могут составить большинство цветов, воспринимаемых глазом человека.

Фильтр Байера (или массив Байера, англ. Bayer array), состоящий из сменяющих друг друга строк красно-зеленых и сине-зеленых фильтров, является наиболее распространенным RGB-цветовым фильтром (см. Рис. 2). Фильтр Байера содержит удвоенное количество зеленых «ячеек», т.к. человеческий глаз более чувствителен к зеленому цвету, а не красному или синему. Это тaкжe означает, что, при таком соотношении цветов в фильтре, человеческий глаз увидит больше деталей, чем если бы три цвета использовались в равной пропорции в фильтре.

Другой способ фильтровать (или регистрировать) цвет – использовать дополнительные цвета – голубой, пурпурный и желтый. Фильтр из дополнительных цветов обычно комбинируется c зеленым цветовым фильтром в форме CMYG-цветового фильтра (CMYG-color array), кaк показано нa рисунке 2 (справа). CMYG-цветовой фильтр обычно предлагает более высокий сигнал пикселя, т.к. облaдaeт более широкой спектральной полосой пропускания. Тем не менее, сигнал должен быть преобразован в RGB для использования в итоговом изображении, а это влечем за собой дополнительную обработку, и вносит шумы. Следствием этого является снижение отношения сигнал-шум, пoэтoмy CMYG-системы, кaк правило, не столь хороши при передаче цветов.

CMYG-цветовой фильтр обычно используется в датчиках изображения c чересстрочной разверткой, в то время кaк RGB-системы в первую очередь используются в датчиках изображения c прогрессивной разверткой.

Светочувствительная матрица – важнейший элемент фотоаппарата. Именно она преобразует попадающий нa нее чeрeз объектив свет в электрические сигналы. Матрица состоит из пикселей – отдельных светочувствительных элементов. Нa современных матрицах общее количество светочувствительных элементов достигает 10 миллионов у любительских аппаратов и 17 миллионов у профессиональных. Матрица в N мегапикселей содержит N миллионов пикселей. Чем больше пикселей нa матрице, тем более детальной получается фотография.

Каждый светочувствительный элемент представляет собой конденсатор, заряжающийся под воздействием света. Конденсатор заряжается тем сильнее, чем ярче свет, падающий нa него, либо чем дольше он находится под воздействием света. Беда состоит в том, что заряд конденсатора может меняться не только под воздействием света, но и от теплового движения электронов в материале матрицы. В какие-то пиксели тепловых электронов попадает больше, в какие-то — меньше. В результате образуется цифровой шум. Если снять к примеру голубое небо, нa снимке оно может выглядеть кaк состоящее из пикселей немного разной окраски, а снимок сделанный c закрытым объективом будет состоять не только из черных точек. Чем меньше геометрический размер матрицы при равном числe мегапикселей, тем выше её шумы, тем хуже качество изображения.

Для компактных цифровых аппаратов размер матрицы принято указывать в виде дроби и измерять в дюймах. Что интересно, если попытаться вычислить эту дробь и перевести ее из дюймов в миллиметры, полученное значение не совпадет c реальными размерами матрицы. Это противоречие возникло исторически, когда подобным способом обозначали размер передающего телевизионного устройства (видикона). Для цифровых зеркальных фотоаппаратов размер матрицы или прямо указывают в миллиметрах, или обозначают в виде кроп-фактора – числа, указывающего во сколько раз этот размер меньше, чем кадр стандартной фотопленки 24х36 мм.

Другая важная особенность матриц состоит в том, что в матрице имеющей N мегапикселей содержится действительно N мегапикселей, и более того, изображение c этой матрицы тoжe состоит из N мегапикселей. Вы скажете, что же тут странного? А странно вот что – нa изображении каждый пиксель стоит из трех цветов, красного, зеленого и синего цвета. Казалось бы, и нa матрице каждый пиксель должен состоять из трех светочувствительных элементов, соответственно красного, зеленого и синего цветов. Однако нa деле это не так. Каждый пиксель состоит только из одного элемента. Откуда же тогда берется цвет? Нa самом деле, нa каждый пиксель нанесен светофильтр таким образом, что каждый пиксель воспринимает только один из цветов. Светофильтры чередуются – первый пиксель воспринимает только красный цвет, второй – только зеленый, третий – только синий. После считывания информации c матрицы, цвет для каждого пикселя вычисляется по цветам этого пикселя и его соседей. Конечно, такой способ нeскoлькo искажает изображение, однако алгоритм вычисления цвета устроен так, что искажаться может цвет мелких деталей, но не их яркость. А для человеческого глаза, рассматривающего снимок, важнее именно яркость, а не цвет этих деталей, пoэтoмy эти искажения практически незаметны. Такая структура имеет название структуры Байера (Bayer pattern) по фамилии инженера фирмы Кодак, запатентовавшего такую структуру фильтров.

Большинство современных светочувствительных матриц, применяемых в компактных цифровых фотоаппаратах, имеет два или три режима работы. Основной режим используется для фотосъемки и позволяет считывать c матрицы изображение максимального разрешения. Этот режим требует отсутствия какой-либо засветки матрицы во время считывания кадра, что в свою очередь, требует обязательного наличия механического затвора. Другой, высокоскоростной режим позволяет считывать c матрицы полное изображение c частотой 30 раз в секунду, но при пониженном разрешении. Этот режим не требует наличия механического затвора и используется для предосмотра и для съемки видео. Третий режим позволяет считывать изображение еще вдвое быстрее, но не сo всей площади матрицы. Этот режим используется для работы автофокуса. Матрицы, используемые в зеркальных цифровых фотоаппаратах, высокоскоростных режимов не имеют.

Но не всe светочувствительные матрицы устроены именно так. Компания Sigma выпускает матрицы Foveon, в которых каждый пискель действительно состоит из трех свечувствительных элементов. Эти матрицы имеют значительно меньше мегапикселей, чем их конкуренты, однако качество изображения c этих матриц своим многомегапиксельным конкурентам практически не уступает.

Другой интересной особенностью обладают матрицы SuperCCD фирмы Fuji. Пиксели в этих матрицах имеют шестиугольную форму и расположены подобно пчелиным сотам. С однoй стороны, в этом случае увеличивается чувствительность за счeт большей площади пикселя, а c другой – при помощи специального алгоритма интерполяции мoжнo получить лучшую детализацию изображения.

В этом случае интерполяция действительно позволяет улучшить детализацию снимка, в отличие от аппаратов других производителей, где интерполируется изображение c матрицы, имеющей обычное расположение пикселей. Принципиальное отличие этих матриц состоит в том, что шаг расположения пикселей вдвое меньше, чем сами пиксели. Это позволяет увеличить детализацию изображения по вертикальным и горизонтальным линиям. В то же время у обычных матриц лучше детализация по диагонали, но нa реальных снимках диагональных линий обычно меньше, чем вертикальных или горизонтальных.

Интерполяция – алгоритм вычисления недостающих значений по соседним значениям. Если мы знаем, что в 8 утра температура нa улице была +16 градусов, а в 10 поднялась до +20, мы не сильно ошибемся, если предположим, что в 9 утра температура была около +18.

Матрица CCD

В CCD-сенсоре, свет (заряд), падающий нa пиксель сенсора, передается от микросхемы чeрeз один выходной узел, или чeрeз всeгo лишь нeскoлькo выходных узлов. Заряды преобразуются в уровень напряжения, накапливаются и рассылаются кaк аналоговый сигнал. Этот сигнал затем суммируется и преобразуется в числа аналого-цифровым преобразователем, вне сенсора (см. рис. 3).

CCD-технология была изобретена специально для использования в видеокамерах, и CCD-сенсоры используются нa протяжении 30 лет. Традиционно, у CCD-сенсоров есть ряд преимуществ перед CMOS-сенсорами, а именно лучшая светочувствительность и низкий уровень шумов. В последнее время, однако, различия едва заметны.

Недостатки CCD-сенсоров заключаются в том, что они являются аналоговыми компонентами, что требует наличия большего числа электроники «около» сенсора, они дороже в производстве и могут потреблять до 100 раз больше энергии, чем CMOS-сенсоры. Повышенное энергопотребление может тaкжe привести к повышению температуры в самой камере, что негативно сказывается не только нa качестве изображения и увеличивает стоимость конечного продукта, но и степень воздействия нa окружающую среду.

CCD-сенсоры тaкжe требуют более скоростную передачу данных, т.к. всe данные проходят чeрeз всeгo лишь чeрeз один или нeскoлькo выходных усилителей. Сравните рисунки 4 и 6, показывающие платы c CCD-сенсором и CMOS-сенсором соответственно.

Матрица CMOS

На ранней стадии, обычные CMOS-чипы использовались для отображения, однако качество картинки было низким, в связи c низкой световой чувствительностью КМОП-элементов. Современные CMOS-сенсоры изготавливаются по более специализированной технологии, что привело к стремительному росту качества изображения и светочувствительности за последние годы.

CMOS-чипы обладают рядом преимуществ. В отличие от CCD-сенсоров, CMOS-сенсоры содержат в сeбe усилители и аналого-цифровые преобразователи, что значительно снижает стоимость конечного продукта, т.к. он уже содержит всe необходимые элементы для получения изображения. Каждый CMOS-пиксель содержит электронные преобразователи. По сравнению c CCD-сенсорами, CMOS-сенсоры обладают большим функционалом и более широкими возможностями интеграции. Из других преимуществ следует тaкжe отметить более быстрое считывание, меньшее потребление энергии, высокую сопротивляемость шумам и меньший размер системы.

Тем не менее, наличие электронных схем внутри чипа приводит к риску появления более структурированного шума, например полос. Калибровка CMOS-сенсоров при производстве тaкжe более сложна, по сравнению в CCD-сенсорами. К счастью, современные технологии позволяют производить самокалибрующиеся CMOS-сенсоры.

В CMOS-сенсорах существует возможность считывания изображения c отдельных пикселей, что позволяет «оконизировать» изображение, т.е. считывать показание не всeгo сенсора, а лишь его определенного участка. Таким образом, мoжнo получить большую частоту кадров c части сенсора для последующей цифровой PTZ (англ. pan/tilt/zoom, панорама/наклон/масштаб) обработки. Кроме того, это дает возможность передавать нeскoлькo видеопотоков c одного CMOS-сенсора, имитируя нeскoлькo «виртуальных камер»

HDTV и мегапиксельные камеры

Мегапиксельные сенсоры и телевиденье высoкoй четкости позволяет цифровым IP-камерам обеспечивать более высокое разрешение изображения, чем аналоговые CCTV-камеры, т.е. они дают большую возможность различить детали и идентифицировать людей и объекты – ключевой фактор в видеонаблюдении. Мегапиксельная IP-камера облaдaeт кaк минимум вдвое большей разрешающей способностью, по сравнению c аналоговой CCTV-камерой. Мегапиксельные сенсоры являются ключевым моментов в телевидении высoкoй четкости, мегапиксельных и мульти-мегапиксельных камерах. И могут быть использованы для обеспечения экстремально высoкoй детализации изображения и многопотокового видео.

Мегапиксельные CMOS-сенсоры более широко распространены и гораздо дешевле чем мегапиксельные CCD-сенсоры, несмотря нa то, что есть и довольно дорогие CMOS-сенсоры.

Сложно изготовить быстрый мегапиксельный CCD-сенсор, что конечно же является недостатком, и следовательно слoжно изготовить мульти-мегапиксельную камеру c использованием CCD-технологии.

Большинство сенсоров в мегапиксельных камерах в целом аналогичны по размеру изображения VGA-сенсорам, c разрешением 640х480 пикселей. Однако мегапиксельный сенсор содержит больше пикселей, чем VGA-сенсор, соответственно размер каждого пикселя в мегапиксельном сенсоре меньше размера пикселя в VGA-сенсоре. Следствием этого является меньшая светочувствительность каждого пикселя в мегапиксельном сенсоре.

Так или иначе, прогресс не стоит нa месте. Идет стремительное развитие мегапиксельных сенсоров, и их светочувствительность постоянно возрастает.

Основные отличия CMOS от CCD

CMOS-сенсоры содержат в сeбe усилители, А/Ц-преобразователи и часто микросхемы дл дополнительной обработки, в то время кaк в камере c CCD-сенсором большинство функций по обработке сигнала проводятся за пределами сенсора. CMOS-сенсоры потребляют меньше энергии в отличие от CCD-сенсоров, что означает, что внутри камеры может поддерживаться более низкая температура. Повышенная температура CCD-сенсоров может увеличить интерференцию. С другой стороны CMOS-сенсоры могут страдать от структурированного шума (полосы и т.д.).

CMOS-сенсоры поддерживают «оконизацию» изображения и многопотоковое видео, что невозможно в CCD-сенсорах. CCD-сенсоры обладают кaк правило одним А/Ц-преобразователем, в то время кaк в CMOS-сенсорах им облaдaeт каждый пиксель. Более быстрое считывание в CMOS-сенсорах позволяет их использовать при изготовлении мульти-мегапиксельных камер.

Современные технологические достижения стирают разницу в светочувствительности между CCD- и CMOS-сенсорами.

Заключение

CCD и CMOS-сенсоры обладают различными преимуществами и недостатками, но технологии стремительно развиваются и ситуация постоянно меняется. Вопрос о том выбрать ли камеру c CCD-сенсором или c CMOS-сенсором становится несущественным. Это выбор зависит лишь от требований, предъявляемых клиентом, к качеству изображения системы видеонаблюдения.

Матрицы для камер видеонаблюдения. На что обращать внимание? / Хабр

Качество изображения видеокамеры во многом зависит от используемого в ней светочувствительного сенсора (матрицы). Ведь поставь хоть лучший процессор для оцифровки видео – если на матрице получено плохое изображение, хорошим оно уже не станет. Попытаюсь популярно объяснить, на что следует обращать внимание в характеристиках сенсора камеры видеонаблюдения, чтобы потом не было мучительно больно при взгляде на изображение…

Тип матрицы

В интернете вы наверняка найдете информацию о том, что в камерах видеонаблюдения применяются CCD (ПЗС, прибор с зарядовой связью) и CMOS (КМОП, комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) светочувствительные матрицы. Забудьте! Давно остался только CMOS, только хардкор.

CCD матрицы, при всех их достоинствах (лучшая светочувствительность и цветопередача, меньший уровень шумов) – уже практически не используются в видеонаблюдении. Потому что сам принцип их действия CCD матриц – последовательное считывание заряда по ячейкам – слишком медленный, чтобы удовлетворить запросы быстрых современных видеокамер высокого разрешения. Ну и самое главное CCD дороже в производстве, а в условиях современной высококонкурентной среды на счету каждая копейка прибыли. Вот почему все ключевые производители сосредоточились на выпуске именно CMOS матриц.

Осталось производителей, между прочим, не так и много. Крупнейшими, по состоянию на начало 2017 года, являются компании: ON Semiconductor Corporation (в свое время поглотившая известную профильную компанию Aptina), Omnivision Technologies Inc., Samsung Electronics и Sony Corporation. Кроме того, матрицы для собственных нужд производит, например, компания Canon, Hikvision.

Конкуренцию старым брендам пытаются создать молодые, полные энтузиазма и денег китайские чипмейкеры «второго эшелона», вроде компании SOI (Silicon Optronics, Inc.) и др. Трудно сказать, выживет ли молодая поросль, когда на рынке CMOS сенсоров наступит насыщение и станет слишком тесно. Но в любом случае в этом сегменте не исключено появление новых игроков и обострение борьбы, ведь наладить производство CMOS сенсоров не слишком и сложная по современным меркам задача.

Крупные мировые бренды типа Hikvision или Dahua обычно предпочитают работать с производителями матриц первого эшелона или собственными. Локальные же ведут себя по разному. Например, Tecsar даже в недорогих камерах использует матрицы с хорошей репутацией от ON Semiconductor, Omnivision и Sony. В в ассортименте других “народных” марок, например Berger, широко представлены сенсоры SOI и т.д.

Как делаются матрицы цифровых камер

Лидерские качества CMOS

CMOS технология предусматривает размещение электронных компонентов (конденсаторов, транзисторов) непосредственно в каждом пикселе светочувствительной матрицы.

Структура пикселя и CMOS матрицы

Это уменьшает полезную площадь светочувствительного элемента и снижает чувствительность, плюс активные элементы повышают уровень собственных шумов матрицы. Зато технология позволяет осуществлять преобразование заряда светочувствительного элемента в электрический сигнал прямо в матрице и гораздо быстрее сформировать цифровой сигнал изображения, что критично для видеокамер. Именно поэтому CMOS лучше подходят для камер видеонаблюдения, где требуется быстрая смена кадров.

Принцип работы CCD и CMOS матриц

Плюс возможность произвольного считывания ячеек CMOS матрицы дает возможность буквально «на лету» изменять качество и битрейт получаемого видео, что невозможно для CCD. А энергопотребление CMOS-решений ниже, что тоже немаловажно для компактных камер наблюдения.

Да будет цвет

Для получения цветного изображения матрица разлагает световой поток на составляющие цвета: красный, зеленый и синий. Для этого используются соответствующие светофильтры. Разные производители варьируют размещение и количество светочувствительных элементов разного цвета, но суть от этого не меняется.

Принцип формирования изображения на светочувствительной матрице:

Р – светочувствительный элемент
Т — электронные компоненты

Как устроен и работает КМОП сенсор камеры можно также посмотреть на этом видео от Canon:

CMOS матрицы всех производителей базируются на вышеописанных общих принципах, отличаясь лишь в деталях реализации на кремнии. Например, в погоне за дешевизной и сверхприбылью, чипмейкеры стараются выпускать матрицы как можно меньшего размера. Расплата за это неизбежна…

Почему большой – это хорошо

Типоразмер (или другими словами формат) матрицы обычно измеряют по диагонали в дюймах и указывают в виде дроби, например 1/4″, 1/3″, 2/3″, 1/2 дюйма и др.

Первое правило выбора лучшей матрицы довольно простое: при одинаковом количестве пикселей (разрешении), чем больше физические размеры сенсора – тем лучше. У большей матрицы крупнее пиксели, а значит, она улавливает больше света. Пиксели большей матрицы расположены менее тесно, а значит меньше влияние взаимных помех и ниже уровень паразитных шумов, что напрямую влияет на качество получаемого изображения. Наконец, более крупная матрица позволяет получить большие углы обзора при использовании объектива с одним и тем же фокусным расстоянием!

Светочувствительная матрица производства ON Semicondactor для камер видеонаблюдения

Светочувствительная матрица, установленная на плате видеокамеры

Увы, большеформатные матрицы в массовых камерах видеонаблюдения сейчас практически не используются в силу дороговизны и самих матриц, и объективов для них, которые должны иметь более крупные линзы и, соответственно, габариты и стоимость. На сегодня в камеры устанавливают в основном матрицы типоразмера 1/2″ – 1/4″ (это самые крошечные). Выбирая камеру, нужно четко понимать, что покупая ультрадешевую модель с 1/4″ матрицей производства SOI и крохотным объективом с пластиковыми линзами сомнительной прозрачности, вы не сможете создать систему видеоконтроля приемлемого качества, на которой можно было бы хорошо различать небольшие детали отснятых событий, особенно при съемке в условиях слабой освещенности.

Выбирая же камеру с матрицей Sony типоразмера 1/2.8″ вы априори получите гораздо лучший результат по качеству видео, камеру с такой матрицей уже вполне можно использовать в профессиональной системе видеонаблюдения. И чувствительность у такой камеры будет заведомо выше, что позволит лучше снимать в условиях слабой освещенности: в плохую погоду, в сумерках, в полутемном помещении и т.п. С увеличением разрешения при том же размере матрицы светочувствительность падает, и это тоже нужно учитывать при выборе. Для камеры, установленной в темной подворотне у черного хода, имеет смысл выбрать матрицу с меньшим разрешением и более высокой чувствительностью, чем камеру ультравысокого разрешения с низкой чувствительностью матрицы на которой из-за шумов ничего нельзя будет толком различить.

Светочувствительность

Светочувствительность матрицы определяет возможность ее работы в условиях слабого окружающего освещения. С точки зрения физики это выглядит совсем банально: чем меньше световой энергии достаточно для получения изображения матрицей, тем выше ее светочувствительность. Но! Будем откровенны, гнаться за высокой чувствительностью уже особо не стоит. Дело в том, что современные камеры видеонаблюдения благополучно переходят в режимы «день/ночь», при снижении освещенности переводя матрицу в режим черно-белого изображения с более высокой чувствительностью. Плюс автоматическое включение инфракрасной подсветки дает камерам возможность отлично снимать даже в полной темноте. Например, в закрытом помещении без окон и с выключенным светом, когда об уровне какой-то внешней освещенности даже речи нет. Светочувствительность остается критичной для камер лишенных ИК подсветки, но использовать такие в современном видеонаблюдении – почти моветон. Хотя корпусные модели без подсветки все еще продаются, конечно.

Сравнение матриц разных производителей

Вообще правило таково: чем выше освещенность, тем лучше снимет матрица и, соответственно, камера. Поэтому не рекомендуется ставить камеры по полутемным закоулкам, даже если у них хорошая чувствительность. Имейте в виду, что в спецификации матриц камер обычно указывается минимальный уровень освещенности, когда можно зафиксировать хоть какое-то изображение. Но никто не обещает, что это изображение будет хотя бы приемлемого качества! Оно будет отвратительным в 100% случаев, на нем с трудом можно будет что-либо разобрать. Для достижения хотя бы удовлетворительного результата рекомендуется снимать как минимум при освещенности хотя бы в 10-20 раз большей, чем минимально допустимая для матрицы.

Производители придумали ряд технических решений, чтобы улучшить чувствительность CMOS матриц и снизить потери света в процессе фиксации изображения. Для этого в основном используется один принцип: вынести светочувствительный элемент как можно ближе к микролинзе матрицы, собирающей свет. Сначала компания Sony предложила свою технологию Exmor, сократившую путь прохождения света в матрице:

Затем прогрессивные производители дружно перешли на использование матриц с обратной засветкой, позволяющей не только сократить путь света сквозь матрицу, но и сделать полезную площадь светочувствительного слоя больше, разместив его над другими электронными элементами в ячейке:

Технология обратной засветке дает камере максимальную чувствительность. Отсюда вывод – «при прочих равных условиях» лучше приобрести камеру использующую матрицу с обратной засветкой, чем без таковой.

Для улучшения изображения в условиях слабого освещения для слабочувствительных дешевых матриц производители камер могут использовать различные ухищрения. Например, режим «медленного затвора», а говоря проще – режим большой выдержки. Однако «размазывание» контуров движущихся объектов уже на этапе фиксации изображения матрицей в таком режиме не позволяет говорить о мало-мальски качественной видеосъемке, поэтому такой подход совершенно неприемлем в охранном видеонаблюдении, где важны детали.

Определенным прорывом в качестве изображения стало появление технологии Starlight, впервые появившейся в камерах Bosch в 2012 году. Эта технология, благодаря комбинации огромной светочувствительности матрицы (порядка 0,0001 — 0,001 люкс) и очень эффективной технологии шумоподавления позволила получать очень качественное цветное изображение с видеокамер в условиях слабой освещенности и даже в ночное время.

Тогда как традиционный способ преодоления слабой освещенности – использование ИК подсветки – дает возможность получить четкое изображение лишь в монохромном режиме (оттенках серого), камеры с технологией Starlight позволяют получить цветную картинку, обладающую гораздо большей информативностью. В частности, при слабой освещенности система видеонаблюдения с технологией Starlight легко сможет различать цвета автомобилей, одежды и др. важные признаки.

Вот демонстрация технологии Starlight в действии:

Итоги

При выборе камеры видеонаблюдения обязательно обращайте внимание на характеристики матрицы, а не только ее разрешение. Ведь от этого в значительной степени будет зависеть качество изображения, а следовательно и полезность камеры. В первую очередь следует обращать внимание на надежный бренд, типоразмер и разрешение матрицы, светочувствительность принципиальна лишь для камер лишенных ИК-подсветки.

Очень рекомендую брать камеру с матрицей, по которой можно найти вменяемый даташит с подробной информацией, а не покупать кота в мешке. Например, вы легко найдете спецификации на матрицы производства ON Semiconductor, Omnivision или Sony. А вот мало-мальски подробных характеристик матриц SOI не сыскать днем с фонарем. Возникает подозрение, что производителю есть что скрывать…

А общий итог такой: CMOS матрицы безоговорочно победили в устройствах видеонаблюдения и в ближайшем будущем не собираются сдаваться какой-либо конкурирующей технологии.

CCD или CMOS? Критерии выбора

Матрица – это основа любого фото- или видеоустройства. Она определяет качество и размер получаемого изображения. На сегодняшний день в изготовлении матриц используются два разных технологичных принципа — CCD и CMOS. Очень часто можно услышать вопрос: «Какую матрицу выбрать: CCD или CMOS?» Среди любителей фото- и видеотехники по этому поводу идут жаркие споры. В этой статье мы проведем обзор этих двух типов и попробуем разобраться, какая матрица лучше — CCD или CMOS.

Общая информация

Матрицы предназначены для оцифровки параметров световых лучей на их поверхности. Говорить о явном преимуществе одной из технологий не представляется возможным. Можно проводить сравнение по конкретным параметрам и выявлять лидера в том или ином аспекте. Что касается предпочтений пользователей, то зачастую для них главным критерием является стоимость изделия, даже если оно будет уступать по качеству или техническим характеристикам своему конкуренту.

Итак, давайте разберемся, что представляют собой оба типа устройств. CCD-матрица – это микросхема, которая состоит из светочувствительных фотодиодов; она создана на кремниевой основе. Особенность ее работы заключается в принципе действия устройства с зарядовой связью. CMOS-матрица – это прибор, созданный на основе полупроводниковых полевых транзисторов, имеющих изолированный затвор с каналами различной проводимости.

Принцип работы

Перейдем к выявлению отличий, которые помогут определиться в выборе: что же лучше — матрица CMOS или CCD? Главным различием этих двух технологий является принцип их работы. CCD-устройства заряд от пикселей преобразуют в электрический потенциал, который усиливается за пределами светочувствительных сенсоров. В результате получается изображение в аналоговом виде. После этого проводится оцифровка всей картинки в АЦП. То есть прибор состоит из двух частей — непосредственно матрицы и преобразователя. CMOS-технология характеризуются тем, что производит оцифровывание каждого пикселя в отдельности. На выходе получается уже готовая цифровая картинка. То есть электрический заряд в пикселе матрицы накапливается в конденсаторе, с которого снимается электрический потенциал. Он передается на аналоговый усилитель (встроенный непосредственно в пикселе), после чего оцифровывается в преобразователе.

Что же выбрать: CCD или CMOS?

Одним из немаловажных параметров, которые определяют выбор между этими технологиями, является количество усилителей матрицы. CMOS-устройства имеют большее количество этих приборов (в каждой точке), поэтому при прохождении сигнала несколько снижается качество картинки. Поэтому CCD-матрицы используют для создания изображений с высокой степенью детализации, например, в медицинских, исследовательских, промышленных целях. А вот CMOS-технологии применяют в основном в бытовой технике: веб-камерах, смартфонах, планшетах, ноутбуках и т. п.

Следующим параметром, который определяет, какой тип лучше — CCD или CMOS, — является плотность фотодиодов. Чем она выше, тем меньше фотонов «пропадет вхолостую», соответственно, изображение будет лучше. В этом параметре CCD-матрицы обходят своих конкурентов, так как предлагают макет, не имеющий таких зазоров, в то время как у CMOS они присутствуют (в них расположены транзисторы).

Тем не менее, когда перед пользователем встает выбор: какой тип матрицы — CMOS или CCD — приобрести, всплывает главный параметр – цена устройства. CCD-технология значительно дороже своего конкурента и энергозатратнее. Поэтому устанавливать их там, где достаточно изображения среднего качества, нецелесообразно.

Чем отличается матрица CCD от CMOS

Матрица фотоаппарата выполняет функцию оцифровки параметров света на ее поверхности. На сегодняшний день рынок фототехники разделился на два лагеря: устройства, использующие матрицу CMOS и устройства, использующие матрицу CCD. Говорить о приоритете одной технологии над другой не представляется возможным, хотя доля CMOS в отчетах о продажах несколько выше, однако это объясняется объективными требованиями пользователя, а не свойствами непосредственно матриц. Зачастую в процессе выбора решающую роль играет стоимость.

Определение

Матрица CCD — микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов и созданная на кремниевой основе. В основе работы лежит принцип действия прибора с зарядовой связью.

Матрица CMOS — микросхема, созданная на основе полевых транзисторов с изолированным затвором с каналами разной проводимости.

к содержанию ↑

Сравнение

Ключевая разница между матрицами CMOS и CCD состоит в совершенно разных принципах работы. CCD оцифровывает полученную аналоговую картинку, CMOS — сразу каждый пиксель изображения. Чуть подробнее: электрический заряд в пикселях (светодиодах) CCD-матрицы преобразуется в электрический потенциал, усиливается в аналоговом усилителе за пределами светочувствительного сенсора и только потом оцифровывается посредством аналогово-цифрового преобразователя. Электрический заряд в пикселях CMOS-матрицы накапливается в конденсаторах, с которых снимается электрический потенциал, передается в аналоговый усилитель и оцифровывается посредством такого же преобразователя. Некоторые новые CMOS-матрицы снабжены усилителями аналогового сигнала, встроенными непосредственно в пиксель.

Еще один важный момент: количество усилителей для матриц CCD и CMOS разное. В последних усилителей больше, потому качество изображения при прохождении сигнала несколько снижается. Поэтому именно CCD применяется в создании фототехники, предназначенной для создания изображений высокой степени детализации, к примеру, в исследовательских, медицинских, промышленных целях. С CMOS мы сталкиваемся ежедневно: большинство камер в мобильной электронике выполнены на основе именно таких матриц.

Качество полученного изображения зависит еще от одного обстоятельства — плотности фотодиодов. Чем они расположены ближе, тем меньше участков матрицы, где фотоны пропадают вхолостую. CCD как раз предлагает макет без зазоров между фотодиодами, тогда как в CMOS они существуют — там расположены транзисторы.

Матрицы CCD намного дороже CMOS и энергозатратнее, поэтому установка их там, где достаточно качества изображения, приближенного к среднему, нецелесообразна. CCD-матрицы обладают высокой чувствительностью, процент заполнения пикселей у них выше и достигает практически 100%, уровень шумов демонстрируют низкий. Матрицы CMOS обеспечивают высокий уровень быстродействия, однако уступают CCD по показателям чувствительности и шума. CCD-технология, в отличие от CMOS, не позволяет выполнять серийную съемку или запись видео. Поэтому их применение в мобильной электронике, например, не оправдывается назначением самих устройств. Скажем так, CCD — матрица для профессиональной фототехники.

к содержанию ↑

Выводы TheDifference.ru

CCD — матрица на кремниевой основе, действующая как прибор с зарядовой связью, CMOS — матрица на основе полевых транзисторов.
Аналоговый сигнал в матрице CCD преобразуется за пределами светочувствительного сенсора, в матрице CMOS — непосредственно в пикселе.
Качество изображения, получаемого от CCD, выше, чем от CMOS.
CCD энергозатратнее.
CMOS позволяет снимать видео и делать серийные фото.
CMOS получила распространение в мобильной электронике.

Разбираемся в светочувствительных матрицах: CMOS и CCD

Светочувствительная матрица — это «глаз» вашей видеокамеры безопасности. Она захватывает свет, попавший в объектив видеокамеры безопасности, и преобразовывает его в электронный сигнал.

Формат, или размер, матрицы определяет охват ваших камер безопасности. Самыми популярными форматами являются следующие: 2/3″, 1/2″ и 1/3″.

Матрица с диагональю 2/3″ позволяет вести видеонаблюдение на больших расстояниях в условиях очень низкой освещенности.
Матрица с диагональю 1/2″ — в большинстве случаев, представляет собой оптимальное решение с приемлемой светочувствительностью.
Матрица с диагональю 1/3″ обеспечивает хорошую производительность при низкой освещенности и высокой частоте кадров.

Самыми популярными типами матриц по применяемой технологии являются CMOS (КМОП-матрица) и CCD (ПЗС-матрица).

1. Видеокамеры наблюдения с КМОП-матрицей: за и против

КМОП (CMOS) означает комплементарный металл-оксид-полупроводник (Complementary Metal Oxide Semiconductor). В видеокамерах безопасности с матрицей CMOS используется технология прогрессивного сканирования.

Преимущества и недостатки видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей

Преимущества видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей

Высокое разрешение
Отличная цветопередача
Высокая кадровая частота
Низкое энергопотребление
Экономическая эффективность

Недостатки видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей

Высокий уровень шума
Умеренная светочувствительность

2. Видеокамеры наблюдения с ПЗС-матрицей: за и против

Аббревиатура ПЗС (CCD) означает прибор с зарядовой связью (Charge Coupled Device). Видеокамеры наблюдения с ПЗС-матрицами имеют отличный WDR (широкий динамический диапазон), поэтому часто используются в условиях низкой освещенности. Камеры безопасности с матрицами CCD, как правило, менее подвержены влиянию вибраций по сравнению с камерами безопасности с матрицами CMOS.

Сильные и слабые стороны видеокамеры наблюдения с CCD-матрицей

Сильные стороны видеокамеры наблюдения с CCD-матрицей

Хорошая производительность в условиях низкой освещенности
Хорошая технология WDR
Меньшая восприимчивость к вибрационному эффекту
Низкий уровень шума
Высокая чувствительность
Высокое разрешение

Недостатки видеокамеры наблюдения с CCD-матрицей

Высокое энергопотребление
Низкая кадровая частота
Дороговизна

CMOS или CCD — что лучше?

Раунд 1: Кадровая частота и потребляемая мощность

Камера безопасности с CMOS-датчиком является однозначным победителем по частоте кадров. Камера безопасности с CMOS-датчиком может напрямую преобразовывать фотоэлектрический сигнал в цифровой сигнал. Частота кадров и скорость процесса преобразования сигнала CMOS-датчиком гораздо больше по сравнению с CCD-датчиком.

Аналого-цифровое преобразование происходит за пределами CCD-датчиков, поэтому формирование изображений и видео происходит дольше. Кроме того, видеокамеры безопасности с датчиками изображения CCD часто страдают от проблемы перегрева.

Камеры видеонаблюдения с CMOS-датчиками поддерживают гораздо более высокую кадровую частоту и потребляют меньше энергии, а также более экономичны по сравнению с камерами безопасности с CCD-датчиками. Обычно цена камеры видеонаблюдения с CMOS-матрицей более приятная, чем цена камеры безопасности с CCD-матрицей.

Поэтому победителем первого раунда становится видеокамера с CMOS-матрицей!

Раунд 2: Качество изображения

Как правило, камеры безопасности с CCD-матрицей создают изображения с более высоким разрешением. Тем не менее, развитие технологий может поставить качество изображений CMOS на один уровень с CCD. Например, видеокамеры безопасности с CMOS датчиками и оптическим зумом могут создавать даже более четкие изображения, чем видеокамеры с матрицами CCD.

Итак, второй раунд — ничья!

Раунд 3: Светочувствительность и шум

Традиционно, ПЗС-датчики менее подвержены искажениям изображения и имеют более высокую светочувствительность, поэтому создают гораздо меньше шума, чем камеры безопасности с датчиками CMOS. Однако, в настоящее время, в плане чувствительности, камеры видеонаблюдения с матрицами CMOS иногда даже превосходят CCD видеокамеры.

Трудно сказать, кто станет победителем в категориях светочувствительности и шума. Однако, исходя из текущего уровня развития технологии и производительности, видеокамеры с матрицей CCD становятся победителями в третьем раунде (возможно, это временная победа).

Основываясь на приведенной выше информации и подробном сравнении двух типов датчиков, можно обнаружить, что каждый тип датчика имеет свои плюсы и минусы.

В этой битве не может быть одного победителя. Все сводится к конкретному случаю:

1. Вы можете выбрать камеры безопасности с CCD-датчиками, если их использование будет происходить в условиях низкой освещенности.

Примечание: Некоторые камеры безопасности с CMOS-матрицами также могут обеспечить отличное наблюдение в темное время суток.

2. Видеокамеры наблюдения с CMOS-датчиками могут быть более компактными, поскольку размеры самих CMOS-датчиков могут быть очень маленькими. Поэтому можете выбрать их, если не хотите привлекать внимания к своей системе наблюдения.

3. Выбирайте видеокамеры безопасности с CMOS-матрицей, если ваше интернет-подключение недостаточно качественное. Видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей имеют меньше требований к ширине полосы пропускания, поэтому не будут перегружать вашу сеть.

Источник reolink.com. Перевод статьи выполнила администратор сайта Елена Пономаренко.

CCD или CMOS? Что лучше?

В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

Сенсор изображения является важнейшим элементом любой видеокамеры. Сегодня практически во всех камерах используются датчики изображения CCD или CMOS. Оба типа датчика выполняют задачу преобразования изображения, построенного на сенсоре объективом, в электрический сигнал. Однако вопрос, какой датчик лучше, до сих пор остается открытым

Н.И. Чура
Технический консультант
ООО «Микровидео Группа»

CCD является аналоговым датчиком, несмотря на дискретность светочувствительной структуры. Когда свет попадает на матрицу, в каждом пикселе накапливается заряд или пакет электронов, преобразуемый при считывании на нагрузке в напряжение видеосигнала, пропорциональное освещенности пикселей. Минимальное количество промежуточных переходов этого заряда и отсутствие активных устройств обеспечивают высокую идентичность чувствительных элементов CCD.

CMOS-матрица является цифровым устройством с активными чувствительными элементами (Active Pixel Sensor). С каждым пикселем работает свой усилитель, преобразующий заряд чувствительного элемента в напряжение. Это дает возможность практически индивидуально управлять каждым пикселем.

Эволюция CCD

С момента изобретения CCD лабораторией Белла (Bell Laboratories, или Bell Labs) в 1969 г. размеры сенсора изображения непрерывно уменьшались. Одновременно увеличивалось число чувствительных элементов. Это естественно вело к уменьшению размеров единичного чувствительного элемента (пикселя), а соответственно и его чувствительности. Например, с 1987 г. эти размеры сократились в 100 раз. Но благодаря новым технологиям чувствительность одного элемента (а следовательно, и всей матрицы) даже увеличилась.

Что позволило доминировать
С самого начала CCD стали доминирующими сенсорами, поскольку обеспечивали лучшее качество изображения, меньший шум, более высокую чувствительность и большую равномерность параметров пикселей. Основные усилия по совершенствованию технологии были направлены на улучшение характеристик CCD.

Как растет чувствительность
По сравнению с популярной матрицей Sony HAD стандартного разрешения (500х582) конца 1990-х гг. (ICX055) чувствительность моделей более совершенной технологии Super HAD выросла почти в 3 раза (ICX405) и Ex-view HAD – в 4 раза (ICX255). Причем для черно-белого и цветного варианта.

Для матриц высокого разрешения (752х582) успехи несколько менее впечатляющие, но если сопоставлять модели цветного изображения Super HAD с самыми современными технологиями Ex-view HAD II и Super HAD II, то рост чувствительности составит в 2,5 и 2,4 раза соответственно. И это несмотря на уменьшение размеров пикселя почти на 30%, поскольку речь идет о матрицах самого современного формата 960H с увеличенным количеством пикселей до 976х582 для стандарта PAL. Для обработки такого сигнала Sony предлагает ряд сигнальных процессоров Effio.

Добавилась ИК-составляющая
Одним из эффективных методов роста интегральной чувствительности является расширение спектральных характеристик чувствительности в область инфракрасного диапазона. Это особенно характерно для матрицы Ex-view. Добавление ИК-составляющей несколько искажает передачу относительной яркости цветов, но для черно-белого варианта это не критично. Единственная проблема возникает с цветопередачей в камерах «день/ночь» с постоянной ИК-чувствительностью, то есть без механического ИК-фильтра.

Развитие этой технологии в моделях Ex-view HAD II (ICX658AKA) в сравнении с предыдущим вариантом (ICX258AK) обеспечивает рост интегральной чувствительности всего на 0,8 дБ (с 1100 до 1200 мВ) с одновременным увеличением чувствительности на длине волны 950 нм на 4,5 дБ. На рис. 1 приведены характеристики спектральной чувствительности этих матриц, а на рис. 2 – отношение их интегральной чувствительности.

Оптические инновации
Другим методом роста чувствительности CCD являются увеличение эффективности пиксельных микролинз, светочувствительной области и оптимизация цветовых фильтров. На рис. 3 представлено устройство матриц Super HAD и Super HAD II, показывающее увеличение площади линзы и светочувствительной области последней модификации.

Дополнительно в матрицах Super HAD II значительно увеличено пропускание светофильтров и их устойчивость к выцветанию. Кроме того, расширено пропускание в коротковолновой области спектра (голубой), что улучшило цветопередачу и баланс белого.

На рис. 4 представлены спектральные характеристики чувствительности матриц Sony 1/3″ Super HAD (ICX229AK) и Super HAD II (ICX649AKA).

CCD: уникальная чувствительность

В совокупности перечисленных мер удалось добиться значительных результатов по улучшению характеристик CCD.

Сравнить характеристики современных моделей с более ранними вариантами не представляется возможным, поскольку тогда не производились цветные матрицы широкого применения даже типового высокого разрешения. В свою очередь, сейчас не производятся черно-белые матрицы стандартного разрешения по новейшим технологиям Ex-view HAD II и Super HAD II.

В любом случае по чувствительности CCD до сих пор являются пока недостижимым ориентиром для CMOS, поэтому они все еще широко используются за исключением мегапиксельных вариантов, которые очень дорого стоят и применяются в основном для специальных задач.

CMOS: достоинства и недостатки

Сенсоры CMOS были изобретены в конце 1970-х гг., но их производство удалось начать только в 1990-е по причине технологических проблем. И сразу наметились их основные достоинства и недостатки, которые и сейчас остаются актуальными.

К достоинствам можно отнести большую интеграцию и экономичность сенсора, более широкий динамический диапазон, простоту производства и меньшую стоимость, особенно мегапиксельных вариантов.

С другой стороны, CMOS-сенсоры обладают меньшей чувствительностью, обусловленной, при прочих равных условиях, большими потерями в фильтрах структуры RGB, меньшей полезной площадью светочувствительного элемента. В результате множества переходных элементов, включая усилители в тракте каждого пикселя, обеспечить равномерность параметров всех чувствительных элементов значительно сложнее в сравнении с CCD. Но совершенствование технологий позволило приблизить чувствительность CMOS к лучшим образцам CCD, особенно в мегапиксельных вариантах.

Ранние сторонники CMOS утверждали, что эти структуры будут гораздо дешевле, потому что могут быть произведены на том же оборудовании и по тем же технологиям, что и микросхемы памяти и логики. Во многом данное предположение подтвердилось, но не полностью, поскольку совершенствование технологии привело к практически идентичному по сложности производственному процессу, как и для CCD.

С расширением круга потребителей за рамки стандартного телевидения разрешение матриц стало непрерывно расти. Это бытовые видеокамеры, электронные фотоаппараты и камеры, встроенные в средства коммуникации. Кстати, для мобильных устройств вопрос экономичности довольно важный, и здесь у CMOS-сенсора нет конкурентов. Например, с середины 1990-х гг. разрешение матриц ежегодно вырастало на 1–2 млн элементов и теперь достигает 10–12 Мпкс. Причем спрос на CMOS-сенсоры стал доминирующим и сегодня превышает 100 млн единиц.

CMOS: улучшение чувствительности

Первые образцы камер наблюдения конца 1990-х – начала 2000-х с CMOS-матрицами имели разрешение 352х288 пкс и чувствительность даже для черно-белого варианта около 1 лк. Цветные варианты уже стандартного разрешения отличались чувствительностью около 7–10 лк.

Что предлагают поставщики
В настоящее время чувствительность CMOS-матриц, безусловно, выросла, но не превышает для типовых вариантов цветного изображения величины порядка нескольких люксов при разумных величинах F числа объектива (1,2– 1,4). Это подтверждают данные технических характеристик брендов IP-видеонаблюдения, в которых применяются CMOS-матрицы с прогрессивной разверткой. Те производители, которые заявляют чувствительность около десятых долей люкса, обычно уточняют, что это данные для меньшей частоты кадров, режима накопления или по крайней мере включенной и достаточно глубокой АРУ (AGC). Причем у некоторых производителей IP-камер максимальная АРУ достигает умопомрачительной величины –120 дБ (1 млн раз). Можно надеяться, что чувствительность для этого случая в представлении производителей предполагает пристойное отношение «сигнал/шум», позволяющее наблюдать не один только «снег» на экране.

Инновации улучшают качество видео
В стремлении улучшить характеристики CMOS-матриц компания Sony предложила ряд новых технологий, обеспечивающих практическое сравнение CMOS-матриц с CCD по чувствительности, отношению «сигнал/шум» в мегапиксельных вариантах.

Новая технология производства матриц Exmor основана на изменении направления падения светового потока на матрицу. В типовой архитектуре свет падает на фронтальную поверхность кремниевой пластины через и мимо проводников схемы матрицы. Свет рассеивается и перекрывается этими элементами. В новой модификации свет поступает на тыльную сторону кремниевой пластины. Это привело к существенному росту чувствительности и снижению шума CMOS-матрицы. На рис. 5 поясняется различие структур типовой матрицы и матрицы Exmor, показанных в разрезе.

На фото 1 приведены изображения тестового объекта, полученные при освещенности 100 лк (F4.0 и 1/30 с) камерой с CCD (фронтальное освещение) и CMOS Exmor, имеющих одинаковый формат и разрешение 10 Мпкс. Очевидно, что изображение камеры с CMOS по крайней мере не хуже изображения с CCD.

Другим способом улучшения чувствительности CMOS-сенсоров является отказ от прямоугольного расположения пикселей с построчным сдвигом красного и синего элементов. При этом в построении одного элемента разрешения используются по два зеленых пикселя – синий и красный из разных строк. Взамен предлагается диагональное расположение элементов с использованием шести соседних зеленых элементов для построения одного элемента разрешения. Такая технология получила название ClearVid CMOS. Для обработки предполагается более мощный сигнальный процессор изображений. Различие структур расположения цветных элементов иллюстрируются рис. 6.

Считывание информации осуществляется быстродействующим параллельным аналого-цифровым преобразователем. При этом частота кадров прогрессивной развертки может достигать 180 и даже 240 кадр/с. При параллельном съеме информации устраняется диагональный сдвиг кадра, привычный для CMOS-камер с последовательным экспонированием и считыванием сигнала, так называемый эффект Rolling Shutter – когда полностью отсутствует характерный смаз быстро движущихся объектов.

На фото 2 приведены изображения вращающегося вентилятора, полученные CMOS-камерой с частотой кадров 45 и 180 кадр/с.

Полноценная конкуренция

В качестве примеров мы приводили технологии Sony. Естественно, CMOS-матрицы, как и CCD, производят и другие компании, хотя не в таких масштабах и не столь известные. В любом случае все так или иначе идут примерно одним путем и используют похожие технические решения.

В частности, известная технология матриц Panasonic Live-MOS также существенно улучшает характеристики CMOS-матриц и, естественно, похожими методами. В матрицах Panasonic уменьшено расстояние от фотодиода до микролинзы. Упрощена передача сигналов с поверхности фотодиода. Уменьшено количество управляющих сигналов с 3 (стандартные CMOS) до 2 (как в CCD), что увеличило фоточувствительную область пикселя. Применен малошумящий усилитель фотодиода. Используется более тонкая структура слоя датчиков. Сниженное напряжение питания уменьшает шум и нагрев матрицы.

Можно констатировать, что мегапиксельные матрицы CMOS уже могут успешно конкурировать с CCD не только по цене, но и по таким проблемным для этой технологии характеристикам, как чувствительность и уровень шума. Однако в традиционном CCTV телевизионных форматов CCD-матрицы остаются пока вне конкуренции.

Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #5, 2011
Посещений: 81386

Автор

Чура Н.И.Технический консультант ООО «Система СБ» и ООО «Микровидео /Группа».
Всего статей: 57

В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

Что такое CCD-матрица?

Что такое CCD-матрица?

CCD-матрица / Charge-Coupled Device или ПЗС-матрица / Прибор с зарядовой связью – это аналоговая интегральная микросхема, в составе которой есть светочувствительные фотодиоды, выполненные из кремния или оксида олова. Принцип работы данной микросхемы основан на технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС).

История CCD-матрицы

Впервые прибор с зарядовой связью был применен Джорджем Смитом (George Smith) и Уиллардом Бойлом (Willard Boyle) в Лабораториях Белла крупнейшей в США корпорации AT&T Bell Labs в 1969 г. Они вели исследования в области видеотелефонии и так называемой «полупроводниковой пузырьковой памяти».

Вскоре миниатюрные приборы получили довольно широкое распространение и стали использоваться как устройства памяти, в которых заряд размещался во входном регистре микросхемы. Спустя какое-то время способность элемента памяти получать заряд за счет фотоэлектрического эффекта стала основной целью применение CCD устройств.

Еще через год, в 1970 году, исследователи все той же Лаборатории смогли зафиксировать изображения с помощью простейших линейных устройств, что собственно и взяли на вооружение инженеры Sony. Данная компания и по сей день активно работает в области CCD технологий, вкладывая в данное направление огромные финансовые вложения, всячески развивая производство ПЗС-матриц для своих видеокамер. Кстати, микросхема ПЗС-матрицы была установлена на надгробной плите главы компании Sony Кадзуо Ивама, который скончался в 1982 году. Ведь именно он стоял у истоков начала производства ПЗС-матрицы в массовом объеме.

Не остался без внимания и вклад изобретателей CCD-матрицы, так в 2006 году Уиллард Бойл и Джордж Смит получили награду Национальной Инженерной Академии США за свои разработки в данной сфере, а в 2009-м году им вручили Нобелевскую премию по физике.

Принцип работы ПЗС-матрицы

CCD-матрица практически полностью выполнена из поликремния, который изначально был отделен от кремниевой подложки специальной мембраной. При подаче напряжения на мембрану посредством поликремневые затворы сильно изменяются электрические потенциалы, расположенные вблизи электродов проводника.

Перед экспонированием и подачей на электроды определенной мощности напряжения, происходит сброс всех зарядов, которые образовались ранее, а также наблюдается преобразование всех элементов в идентичное или первоначальное состояние.

Комбинация напряжений на электродах создает потенциальный запас или так называемую яму, где скапливаются электроны, появившиеся в определенном пикселе матрицы в процессе экспонирования под воздействием световых лучей. В зависимости от интенсивности силы светового потока находится и объем накопившихся электронов в потенциальной яме, поэтому чем она больше, тем выше будет мощность итогового заряда определенного пикселя.

После завершения экспонирования, последовательные изменения напряжения питания электродов происходят в каждом отдельно взятом пикселе, рядом с которым наблюдается распределение потенциалов, в результате чего заряды перемещаются в заданном направлении — к выходным пикселям ПЗС-матрицы.

Состав элементов CCD-матрицы

В общих чертах конструкция CCD-элемента может быть представлена в виде кремниевой подложки p-типа, снабженной каналами из полупроводника n-типа. Над данными каналами располагаются электроды из поликристаллического кремния с изолирующей мембраной из оксида кремния.

После подачи электрического потенциала на данные электроды, в ослабленной зоне под каналом n-типа возникает потенциальная ловушка (яма). Ее основной задачей является сохранение электронов. Частица света, попадающая в кремний, провоцирует генерацию электронов, которые притягиваются потенциальной ловушкой и остаются в ней. Большое количество фотонов или яркий свет обеспечивает мощный заряд ловушки, после чего необходимо рассчитать и усилить значение полученного заряда, который специалисты именуют фототоком.

Процесс считывания фототоков CCD-элементов осуществляется с так называемыми последовательными регистрами сдвига, которые конвертируют строку зарядов на входе в серию импульсов на выходе. Данный поток импульсов собственно и является аналоговым сигналом, который поступает на усилитель.

Таким образом, в аналоговый сигнал можно преобразовать заряды строки из CCD-элементов с помощь регистра. На практике же последовательный регистр сдвига в CCD-матрицах выполняется посредством все тех же CCD-элементов, построенных в одну строку. При этом работа данного устройства основывается на умении приборов с зарядовой связью обмениваться зарядами своих потенциальных ловушек. Такой процесс осуществляется за счет наличия специализированных электродов переноса, которые размещаются между соседними CCD-элементами. В момент подачи на ближайший электрод повышенного потенциала, при этом заряд переходит под него из потенциальной ямы. В то же время между CCD-элементами обычно располагаются два-четыре электрода переноса, от количества которых зависит фазность регистра сдвига, именуемого двухфазным, трёхфазным или четырёхфазным.

Подача разных потенциалов на электроды переноса синхронизирована таким образом, что переход зарядов потенциальных ловушек всех CCD-элементов регистра выполняется практически одновременно. Так за один «шаг» переноса, CCD-элементы перемещают по цепочке заряды справа налево или слева направо. При этом крайний CCD-элемент отдаёт свой заряд усилителю, который расположен на выходе регистра. Таким образом, становится вполне очевидно, что последовательный регистр сдвига является устройством с последовательным выходом и параллельным входом.

После того, как завершается процесс считывания абсолютно всех зарядов из регистра появляется возможность подать на его вход новую строку, затем еще одну и так далее. В результате получается непрерывный аналоговый сигнал, в основе которого лежит двумерный поток фототоков. После этого, входной параллельный поток, поступающий на последовательный регистр сдвига, обеспечивается совокупностью вертикально ориентированных последовательных регистров сдвига, именуемой параллельным регистром сдвига. Вся эта конструкция в собранном виде как раз и является устройством, именуемым сегодня CCD-матрицей.

CCD VS CMOS матрица — что лучше? Мысли от Радожива

Комментариев: 162, по теме: ccd vs cmos

Александр 11.12.2016 в 07:46 Ответить
Я вижу, что люди не понимают разницы между датчиками CCD и CMOS, и почему датчик CMOS не сразу нашел свое место в профессиональных камерах с большими датчиками?
Хотя ПЗС называется аналоговым, конструктивное различие между датчиками ПЗС и КМОП невелико. CMOS использует те же фотодиоды, что и CCD, единственное отличие заключается во встроенном усилителе сигнала, который расположен на каждом пикселе в CMOS-датчике. Эта потребность возникла еще больше, потому что видео высокого разрешения можно было снимать на цифровые зеркальные фотокамеры.Кроме того, повторный сбор информации от каждого пикселя во время экспозиции дает больше данных для последующей обработки процессором цветовой гаммы. В ПЗС-датчике информация записывается медленно, поскольку все пиксели в матрице используются для смещения накопленных зарядов, которые пропускаются через усилитель с одним сигналом. То есть заряды из нижнего ряда матрицы ПЗС перемещаются в буфер, а затем, в свою очередь, проходят через один усилитель сигнала, подобно поясу пулемета, через один пулемет.Заряды следующего ряда перемещаются в свободное место нижнего ряда, и поэтому вся матрица «выстреливается».
В CMOS-датчике нет сдвига заряда от строки к строке, но усилитель сигнала стоит на каждом пикселе. Усиленный сигнал сразу же берется из нескольких рядов одновременно в несколько буферов, а затем эта информация проходит через несколько анализаторов и оцифровывается. И так много раз во время экспозиции. Поэтому после длительного воздействия буферная память заполнена, и процессору требуется больше времени для обработки информации.
Как человек, который работает в области микроэлектронных технологий, я могу заверить вас, что из-за ограниченной способности машин и неоднородности самой кремниевой подложки от ее центра к краю значения дополнительных транзисторов (CMOS) являются неоднородными , Следовательно, чем больше датчик, тем больше неоднородность его элементов. Теперь представьте, что в матрице усиление не одинаково в каждом пикселе. Что это? — шум на картинке. На сенсоре CCD все заряды усиливались через один и тот же канал усилителя.В результате датчик CCD производит меньше шума, чем CMOS.
Ярослав 17.07.2017 в 08: 12 Ответить
Что-то не так
Мурзик 02.08.2017 в 11:21 Ответить
Несколько слов о CCD))
Есть такая утилита со многими изменениями, называется «Calor Efex PRO 4»)) Я сделаю там визуализацию «как CCD», а также зерна Fuji Superia и Kodak Elite Chrome 200 ))))
- Денис 09.12.2017 в 04: 56 Ответить
  это будет сметана вместо сметаны
- Алексей Щ 09.12.2017 в 08: 47 Ответить
  Когда люди перестанут путать характерную картину фильма и примитивный цифровой шум …
  И с этим Kal_Oru Effeks типа «PRO», пока не произойдет настоящая имитация изображения (не шума) — как прогулка на Луну. Но люди не нашли настоящий фильм и никогда не будут им заниматься, поэтому они бреют любую жалкую имитацию.
Игорь 08.12.2017 в 21: 21 Ответить
И это все, на этот раз статья вышла очень короткой. Но я просто не хочу растягивать это только для объема, но я показал все, что хотел в статье.
- KalekseyG 09.12.2017 в 03: 52 Ответить
  ))))) что-то сломалось!
FED2 11.08.2018 в 06: 39 Ответить
Аркадий, а эта статья скоро появится?
аноним 16.01.2019 в 09: 55 Ответить
Вот какой «похоронный» цвет дает CMOS, мне лично нравятся фотографии CCD, хотя, конечно, есть скорость и все такое. Я специально избегал технических деталей и старался оценить впечатление.
Павел 19.04.2019 в 15: 45 Ответить
Это в трауре Кенона с унылыми похоронными оттенками., А у Сони она яркая и красочная, как будто нарисована дешевыми китайскими маркерами. Фотографы из городского парка любят дарить такие снимки мамам. Не хватает только цветов и лошадей, добавленных в Photoshop по краям. Чмос он многогранен …
- 1D $ _mk3 19.04.2019 в 17:07 Ответить
  Он как Canon ?!
  Как насчет Никон тогда? Эклмн …
Павел 20.04.2019 в 20: 15 Ответить
Нет. Если честно, у каждого в голове есть свои тараканы. Кого волнует эта разница в цветопередаче между датчиками, кто нет, а кто просто ее не видит. Но те, кто привык сидеть на пленке, ясно видят. О Никоне: я знал одного поклонника этого офиса, я прошел все линии. Казалось, ему понравилось все, он собирал это для полного кадра. Затем он неожиданно исчез где-то. Но потом он появился. Недавно я видел его с 717-й древней Соней, вы знаете, такой серебристой, 2/3 ssd матрицы с пятью мегапикселями… счастливый, улыбающийся. Он говорит, что наконец нашел то, что ему нужно. Такие дела….
- Валерий А. 20.04.2019 в 20: 37 Ответить
  — А что, папа, в городе есть невесты? — Кому и невесте кобылы.
@ f_e_d_2 04.05.2019 в 15: 03 Ответить
Разницы нет! Если мы снимаем днем, не на высоких ISO. И о некоторых, более интересных цветах — это все сказки! Все одинаково, просто все забыли удалить информацию из файла RAV, вам нужны некоторые настройки профиля камеры, программы, которые часто отличаются, и по какой-то причине при переключении в CMOS выходное изображение стало «холоднее».Как вам это нравится? Я, например, люблю тепло. Но, просто регулируя баланс белого (я работаю в Lightroom), ВСЕ ЛЕГКО СТАТЬ АБСОЛЮТНО ПОДОБНОЙ ФОТО!, Более того, с «одинаковыми» деталями как на свету, так и в тени. Например, я делал снимки с D5200 и D200 (большая разница во времени и технологии), и даже детализация, несмотря на разницу в мегапикселях, на объективе 24-120 оказалась почти одинаковой.
Теперь о разнице: чем выше ISO, тем шумнее матрица CCD, а также при высоком ISO и медленной скорости затвора — больше горячих пикселей на матрице CCD.Но это несмотря на то, что технологии CCD перестали развиваться из-за их высокой стоимости, высокого энергопотребления и т. Д. (Кстати, D200 работает значительно дольше, чем D5200, несмотря на его возраст, от собственной батареи)
Главный вывод, который я сделал: Все современные цифровые камеры, начиная с Fuji S2Pro — это
- @ f_e_d_2 04.05.2019 в 15: 05 Ответить
  Отличный инструмент для получения качественных фотографий! Главное, в каких руках этот инструмент 🙂
  - аноним 04.05.2019 в 16: 52 Ответить
    «ВСЕ ЛЕГКО СТАТЬ АБСОЛЮТНО ЖЕ ФОТО!»
    Понятно, что светлая комната способна испортить фотографию — уравнивая хорошее с плохим.
- BB 04.05.2019 в 15: 31 Ответить
  На D200 емкость аккумулятора почти в два раза больше, и даже там, где используются цилиндрические элементы (по сравнению с плоским EN-EL14), цилиндр имеет более высокий выходной ток.
  Я могу сказать то же самое о D5100-D7100: две батареи EN-EL14 служат примерно столько же кадров, сколько одна EN-EL15.
  Дисплей сильно жрет, но LiveView вообще испорчен — получается примерно в десять раз меньше кадров.
  - аноним 04.05.2019 в 15: 39 Ответить
    «Дисплей много ест, но LiveView чертовски хорош — примерно в десять раз меньше кадров».
    ==========================
    Ну, прямо с биномом Ньютона, какие откровения вы просто не узнаете! это включает дисплей потребляет много… не знал, не знал .. кто бы мог подумать! )))
- аноним 04.05.2019 в 15: 36 Ответить
  у вас мало понимания того, о чем вы говорите, или у вас проблемы с монитором и / или зрением.
  или все сразу.
  no RAV не добавит вам полутонов, если их матрица не отображается! не добавлять вообще! ))))
  никакой разработчик и постобработка не добавят вам цвета, если охват датчика в этой области меньше, чем цветовое пространство.
  нет разработчика и постобработка исправит цветовую кривую, если матрица имеет смещение цвета в этой области)))
  Это алфавит цифровой фотографии.
  Хотя многие люди смотрят все это на некалиброванных мониторах или смартах, так что вы можете снимать на что угодно, если хотите. )))
  - аноним 04.05.2019 в 17: 27 Ответить
    Дайте определение полутонов?
  - Onotole 04.05.2019 в 19: 00 Ответить
    Вы плохо понимаете, о чем говорите, или у вас проблемы с разработкой графических редакторов, или все сразу.
    И отсутствие полутонов, цветовой гаммы и цветового сдвига, а также куча других экзотических вещей, с которыми не каждый фотограф-любитель столкнется хотя бы раз в своей жизни, прекрасно работает в любом вменяемом фоторедакторе.
    По большому счету невозможно закрепить только крышку объектива без крышки.
    Это алфавит цифровой фотографии.
    Хотя многие люди смотрят все это на мониторах, которые они считают откалиброванными, и уверяют, что только ПЗС обладает особой магией, короче говоря, вы можете снимать все что угодно, если хотите. )))
    - аноним 04.05.2019 в 22:30 Ответить
      @ А отсутствие полутонов, цветовой гаммы и цветового сдвига, а также куча других экзотических вещей, с которыми не каждый фотограф-любитель столкнется хотя бы раз в жизни, прекрасно работает в любом вменяемом фоторедакторе.
      По большому счету невозможно закрепить только крышку объектива без крышки.
      Это алфавит цифровой фотографии. @ ””
      =====================
      рейв. от слова вообще.
      , как объяснить это вам довольно просто … если вы не хотите понимать, что такое цветовая гамма, точность цвета и другие «экзотические» значения, это не значит, что у вас есть эти проблемы на фотографиях))) ЛЮБАЯ КАМЕРА
      работает в цветовом пространстве, ну абсолютно любой! ))) а ты вообще не можешь знать! ))) и будет работать! о, как это происходит)))
      Вы не знаете и не понимаете, но это работает)))
      и любая камера имеет свое покрытие и точность цветопередачи, ну абсолютно любую)).
      и вы сталкиваетесь с этим хорошо КАЖДУЮ КАРТИНУ.
      и снова, если вы постоянно исправляете в «любом нормальном редакторе фотографий» пропущенные полутона, смещение цвета и другие прелести кривой матрицы и кривой цветового профиля, это просто означает, что вы плохо различаете цвет и не понимаете, что ты делаешь))))
      - Onotole 04.05.2019 в 22: 37 Ответить
        Тот факт, что вы не знаете, как и не хотите работать с фоторедакторами, вовсе не означает, что никто не может.Приведите мне пример картины с тем, что вы называете «отсутствующими полутонами», а затем что-то в этом роде — только с «настоящим».
        А потом поговорим.
        аноним 04.05.2019 в 22: 47 Ответить
        Онотоле, да делай, что хочешь)))
        они не платят мне, чтобы я потратил на тебя свое время и научил тебя основам даже не цвета, а тому, как работает цифровая камера.
        Ваша эпическая чепуха о том, что «цветовая гамма» является «экзотической», с «которой не каждый фотограф-любитель встретится хотя бы раз в своей жизни», я разместил здесь людей, этот вечер удался! ))) а как ты цвет, который не убрал матрицу, будет править на ББ — это песня! )))
        вопрос не в том, что вы не понимаете, как работает число и какого цвета число, а в том, что вы не пытаетесь просто понять это, но настаиваете на своем невежестве.
        Жду криков «приведи пример и докажи, что земля не на трех столбах и вовсе не факт, что она круглая»))))
        Onotole
        04.05.2019 в 23:00
        Сток подсчитан.
        я попросил пример, а не доказательство.
        И, конечно, под «цветовой гаммой» я подразумевал «явное несоответствие / несоответствие цветовой гаммы камеры стандарту sRGB». Виноват, мне следовало бы точнее выразить свои мысли, иначе кто-то может внезапно справиться к вечеру.
    - sgkost 21.12.2019 в 06: 03 Ответить
      Боже, не позорься, почитай литературу. И тогда, основываясь на ваших высказываниях, вы можете сочинять анекдоты.
      - sgkost 21.12.2019 в 06: 05 Ответить
        Это я к Онотолу и Фед2.
  - Роман 07.07.2019 в 15: 06 Ответить
    Ахахаха. Поэтому я делаю снимок, открываю его в лаборатории, переворачиваю каналы, и он превращается из красного в зеленый в зеленый или наоборот. Или я выполняю другие манипуляции, увеличивая-уменьшая насыщенность / яркость / тон отдельных оттенков, применяю преобразования 3DLut и меняю картинку по своему желанию.
    Что такое точность передачи? Каждый ваш монитор, даже откалиброванный, будет отображать одно и то же изображение по-разному — просто измените условия просмотра.Точнее, вы будете воспринимать это по-другому. Все влияет — температура и положение источника света в комнате, размер диагонали, даже ваше состояние и настроение. Единственный критерий для визуального изображения — нравится вам это или нет. Все.
    - Pokemon 07.07.2019 в 16: 27 Ответить
      «Что такое точность передачи?»
      Для меня это точность оттенков желтого, красного, синего и белого, а также цвет кожи, который я запомнил при фотографировании при определенных условиях освещения.У меня хорошая зрительная память, поэтому при обработке в сыром виде я всегда обращаю внимание на то, как камера понимает, чего я от нее хочу.
      - Роман 07.07.2019 в 18: 36 Ответить
        Человек не запоминает картинку, запоминание картинки поглотит всю доступную память. Человек запоминает зрительные ощущения. Чтобы воссоздать ощущение заката, вам нужно либо поставить себя в те же условия, в которых вы наблюдали закат, либо испортить цвета, потому что одно дело, когда закат перед вами на 180 градусов в панораме, и другой на экране монитора или даже на телефоне.
        Ну, конечно, самый идиотский урок — сравнивать камеры по способу внутренней коррекции цвета отснятого материала. Существует постоянный вкус и усреднение.
        Любителям Скинтона
        требуется отдельный котел в аду, потому что восприятие человеческого лица живое, а человеческое лицо на изображении отличается — мозг, как правило, очень чувствителен ко всему, что он интерпретирует как лицо. Нельзя не упомянуть тот факт, что цвет лица человека меняется в зависимости от состояния человека (бледное, красное, жаркое, плохое, загорелое, больное, обожженное) и условий освещения.А свобода цветовой коррекции обычно полностью убивает теорию Скинтона. Посмотрите на Дейенерис в игре престолов, даже если только в прошлом сезоне, когда она удаляется с одним исправлением за пределами Зимней погребения в зимнюю погоду, где она бледна, внутри Вьентерфелла при свечах и на Драконьем камне, где темно-оранжевый и его почти красный. И она ВЕЗДЕ, Дейенерис, и она потрясающая с кожей в любом месте. Потому что важно не измерять эфемерную точность цветопередачи, а актуальность, надежность и артистичность.Вы снимаете портреты людей или кусочек человеческой кожи?
        Pokemon 07.07.2019 в 18: 59 Ответить
        Я очень хорошо помню, как оттенок цвета выглядел на задней части машины.
        Например, Bayside Blue на Skyline R34. Как он выглядел при съемке и КАК это должно выглядеть на фото. Прямо как при съемке.
        Повторюсь — у меня хорошая зрительная память и хорошо настроенный монитор.
        Тот факт, что монитор может быть немного ошибочно настроен — я признаю (хотя у меня не было его в течение первого года и не первый год, я проверил правильную цветопередачу), но я проверяю материал не только на монитор, но и на других устройствах.
        Для меня важно, что цвета — это то, что я помню при съемке. Или, возможно, слегка насыщенный в теплых тонах. Главное, чтобы зелень не выходила. Я бы вообще добавил предустановки для камер отдельных производителей — чтобы приглушить насыщенность зеленого.
        Я не смотрю сериалы, извините, нет времени.
        Pokemon
        07.07.2019 в 19: 06
        Трудно согласиться со Скинтоном — есть дефекты кожи, банальное недосыпание — все это видно.Здесь нужно подумать.
аноним 04.05.2019 в 15: 26 Ответить
какой-то мутный холивар.
о чем вы, ребята, спорите? про животных или железо?
Раскраска вещь точная, легко измерить.
есть цветовые пространства, есть цветовая точность, насыщенность и т. Д.
Есть инструменты для измерения и получения результатов. есть мониторы с калибровкой и пр.и т. д.
На сегодняшний день лучшими матрицами с точки зрения цветовой гаммы и точности являются цветные дисплеи. Это CMOS — нравится ли это CCD фанатам или нет)))
Что еще обсудить? стонет что раньше трава была зеленее, колбаса 2,20 бумаги и тд? Или что именно кому нравится? Так что это бессмысленно, у каждого свое видение, и, согласно статистике, 70% населения имеют проблемы с различением цветов и полутонов, в частности.))))
Почему-то эта тема CMOS VS CCD волнует прежде всего никонистов.Ребята, поймите, это не проблема CMOS для камер Nikon, это проблема Nikon, которая не может установить CMOS в своих камерах на нормальный цвет! )))
Следовательно, логика такова, что старые ПЗС-матрицы Nikon хороши по цвету — новые Nikon на CMOS плохие — это означает плохие CMOS — увы, это не работает))))
Попробуйте камеры с нормальным цветовым профилированием, и вы будете быть счастливым с CMOS)))
- Pokemon 04.05.2019 в 19: 35 Ответить
  Я прочитал интервью с одним из инженеров Nikon на одном из англоязычных ресурсов.
  И в цвете было следующее: дорогие топ-камеры. Сегмент Nikon стремится приспособиться к реальным или менее насыщенным цветам, чем реальные. Камеры любительского сегмента, напротив, более насыщенные. Это о jpg камеры и цветах в RAW с предустановкой «BB AUTO».
  И это действительно можно увидеть на одном и том же ресурсе, внимательно посмотрев на цветную графику. На профессиональных камерах цвета настраиваются более точно, чем на любительских.
  Теперь мне интересно, как Canon настраивает свой цветовой профиль по каким причинам…
  Например, на первом или втором никеле или единицах. Что ж, давайте не будем …
  Я не фанат ни одной из марок, но это просто интересная история — мы снимаем в RAW 14-bit, а затем превращаем этот бизнес в 8-битный jpg и загружаем эти картинки где-то. Где люди смотрят их в сжатой форме с испорченным сжатием цвета (как в ВКонтакте или Instagram). Особенно забавно, когда вы потом узнаете, по какой технике была снята эта фотография. Вот о чем я говорю — мы снимаем для себя и для людей.И если это хобби, а не жизнь, то главное, чтобы это не было снято ни для чего, а как оно было снято, чтобы эти снимки понравились и самим людям.
  И тут возникает еще одна дилемма — кому-то может понравиться, но главное для людей ярче, красочнее и все же смотреть на эти картинки с телефонов или ноутбуков на матрицах TN.
  - BB 04.05.2019 в 20: 34 Ответить
    Я с тобой согласен, но тут постоянно выскакивают ‘взгляды на TN-мониторы и смартфоны… ‘
    Итак, большинство современных смартфонов (4-5 лет и новее), стоимостью от 100 до 150 долларов, имеют только матрицы IPS с вполне вменяемыми цветами и значительно превосходят матрицы недорогих ноутбуков (по какой-то причине все, или почти все ноутбуки до 1000 долларов оснащены TN-матрицами, хотя IPS не намного дороже …) и дешевыми мониторами. TN-матрицы, конечно, с точки зрения цвета и средних тонов очень печальны (и нет никаких оправданий для тех «фотографов», которые говорят о цвете, не имея хотя бы недорогого монитора IPS)
  - аноним 04.05.2019 в 22: 40 Ответить
    Не совсем так. Что касается цвета, все профили на kmos в nikon были очень печальными, на nikon ru и других форумах всегда были холивары, разработчик которых мог выбрать хотя бы какой-нибудь цвет. Прорывом
    стал d850, который был легирован в цвет для профилей кенона, и теперь эта камера по праву считается лучшей среди Nikons.
    по канону, они закончили на Sony a7mk3, новых девятках Panas и почти на всех Olympus.
    Один из самых популярных запросов на западных форумах для заводчиков — где взять профиль для Sony, чтобы получить цвет Kenon.
    Почему все сходится к цветовому профилю Кенона? Он наиболее точен и коммерчески успешен, радует глаз.
    Как фанаты других брендов или нет, увы, это просто факт.
    Что касается битности, все очень просто — вот видео 4K, размеры которого уменьшены до 1080p и сравнимо с тем, что было изначально 1080p — разница очень заметна.Так что надеюсь понятно?
    Ну, само по себе, ни ББ, ни светлая комната в принципе не могут вернуть цвет, которого там нет, или зафиксировать экспозицию по каналам (помните, что такое матрица и сколько цветов на фильтрах …) ,
@ f_e_d_2 07.07.2019 в 14: 03 Ответить
Где статья?
Иван Николаевич 10.07.2019 в 19: 18 Ответить
пора написать про MOS матрицу

Добавить комментарий

Что такое матрица?

Этот урок представляет матрицу — прямоугольный массив в основе матричная алгебра. Матричная алгебра довольно часто используется в расширенной статистике, в основном потому что это дает два преимущества.

Эффективные методы для манипулирования наборами данных и решения наборов уравнения.

Определение матрицы

Матрица представляет собой прямоугольный массив чисел, расположенных в строки и столбцы.Массив чисел ниже является примером матрицы.

21	62	33	93
44	95	66	13
77	38	79	33

Количество строк и столбцов, которые имеет матрица, называется ее измерение или его заказ .Условно, строки перечислены первыми; и столбцы, второй. Таким образом, мы бы сказали, что Размер (или порядок) вышеуказанной матрицы равен 3 x 4, что означает, что она имеет 3 строки и 4 столбца.

Числа, которые появляются в строках и столбцах матрицы, называются элементов из матрицы. В приведенной выше матрице элемент в первом столбце первого ряда — 21; элемент во втором столбец первого ряда — 62; и так далее.

Матричная нотация

Статистики используют символы для идентификации матричных элементов и матриц.

Матричные элементы. Рассмотрим матрицу ниже, в котором матричные элементы представлены исключительно символами.
A ₁ ₁ A ₁ ₂ A ₁ ₃ A ₁ ₄
A ₂ ₁ A ₂ ₂ A ₂ ₃ A ₂ ₄
По соглашению первый индекс относится к номер строки; и второй индекс к номеру столбца.Таким образом, первый элемент в первом ряду представлен A ₁ ₁. Второй элемент в первом ряду представлен A ₁ ₂. И так далее, пока мы не достигнем четвертого элемента во втором ряду, который представлен A ₂ ₄.
Матрицы. Есть несколько способов представить матрица символически. Простейший использовать жирный шрифт, такой как A , B , или С . Таким образом, A может представлять собой Матрица 2 x 4, как показано ниже.
Другой подход для представления матрицы A :
A = [ A _i _j] где i = 1, 2 и j = 1, 2, 3, 4
Это обозначение указывает, что A является матрицей с 2 строками и 4 колонки.Фактические элементы массива не отображаются; они есть представлен символом A _и _и.

Другие матричные обозначения будут введены по мере необходимости. Для описания всех обозначений матрицы, используемых в этом руководстве, увидеть Приложение Matrix Notation.

Матричное Равенство

Чтобы понять матричную алгебру, нам нужно понять матрицу равенство.Две матрицы равны, если все три из следующих условий встретились:

Каждая матрица имеет одинаковое количество строк.
Каждая матрица имеет одинаковое количество столбцов.
Соответствующие элементы в каждой матрице равны.

Рассмотрим три матрицы, показанные ниже.

C =

	л	м	n
	или	р	кв

Если A = B , мы знаем, что x = 222 и у = 333; поскольку соответствующие элементы равных матриц также равны.И мы знаем, что матрица C не равно A или B , потому что C имеет больше столбцов, чем A или B .

Проверьте свое понимание

Задача 1

В приведенных ниже обозначениях описаны две матрицы — матрица A и матрица B .

A = [ A _i _j]

, где i = 1, 2, 3 и j = 1, 2

B =

	111	222	333	444
	555	666	777	888

Какое из следующих утверждений о A и B правда?

Я.Матрица A имеет 5 элементов.
II. Размер матрицы B составляет 4 х 2.
III. В матрице B элемент B ₂ ₁ равен равен 222.

(А) Я только
(B) только II
(C) только III
(D) Все вышеперечисленное
(E) Ничего из вышеперечисленного

Решение

Правильный ответ (E).

Matrix A имеет 3 строки и 2 столбца; то есть, 3 ряда, в каждом по 2 элемента. Это складывается в Всего 6 элементов — не 5.
Размер матрицы B 2 х 4 — не 4 х 2. То есть матрица B имеет строк и 4 столбца — не 4 строки, а 2 столбца.
И, наконец, элемент B ₂ ₁ относится к первый элемент в Второй ряд матрицы B , который равен 555, а не 222.

Определение и примеры матрицы, ее записи, строки, столбцы, матричная запись. Матрица это просто …

Матрица — это способ организации данных по столбцам и строкам. Матрица записана в скобках []. Посмотрите на картинку ниже, чтобы увидеть пример.
Каждый элемент в матрице называется записью.

Пример матрицы

Матрица, изображенная ниже, имеет две строки и три столбца.

Его размеры 2 × 3
Элементы матрицы ниже: 2, -5, 10, -4, 19, 4.

Размер матрицы

Размеры матрицы относятся к числу строк и столбцов данной матрицы. По соглашению размерность матрицы определяется числом строк • количество столбцов

Один из способов, которым некоторые люди помнят, что обозначения для матричных измерений — это строки по столбцам (а не столбцы по строкам), если вспомнить некогда популярную газировку:

                      RC Cola  - строки перед колоннами!

Ниже вы можете видеть две картинки одной матрицы с выделенными строками и столбцами.

Размеры этой матрицы
размеры: 2 × 3
2 строки × 3 столбца
Матричная нотация
Чтобы идентифицировать запись в матрице, мы просто пишем нижний индекс строки соответствующей записи, за которой следует столбец.
В матрице A слева мы пишем ₂₃ для обозначения записи во втором ряду и третьем столбце.
Один из способов помнить, что эта запись ставит строки на первое место, а вторые столбцы — думать об этом, как о чтении книги.Сначала вы всегда читаете вбок, так же, как вы всегда пишете строки в первую очередь. Чтобы продолжить аналогию, когда вы закончите читать строку в книге, ваши глаза будут двигаться вниз, так же, как столбцы после строк. A ₂₃ указывает сначала номер строки, 2, затем номер столбца 3.
Практика идентификации записей
Практика 1

Шаг 1 Размеры
Размеры матрицы составляют 3 × 3 (3 строки × 3 столбца).
Шаг 2
Укажите запись G ₂₃ в матрице G слева.
запись
G ₂₃ — это запись во втором ряду и третьем столбце: 55.
Шаг 3 Размеры
Размеры 3 × 5 (3 строки × 5 столбцов)
Практика 2

Шаг 1 Ответ
Запись j ₃₄ — запись в третьем ряду и четвертом столбце.
Шаг 2 Ответ
J ₁₂ — это число в первом ряду и во втором столбце: -5
Практика 3

Шаг 1 Ответ
Размеры матрицы 4 × 5 (4 строки × 5 столбцов)
Шаг 2
Что такое матрица решений? Пью, проблема или сетка выбора
Глоссарий по качеству Определение: Матрица решений
Также называется: матрица Пью, решающая решетка, матрица выбора или решетка, матрица проблем, матрица выбора проблем, анализ возможностей, матрица решений, форма рейтинга критериев, матрица на основе критериев
Матрица решений оценивает и определяет приоритетность списка опций и является инструментом принятия решений. Команда сначала устанавливает список взвешенных критериев, а затем оценивает каждый вариант в соответствии с этими критериями.Это вариация L-образной матрицы.
Когда использовать матрицу решений
Когда список вариантов должен быть сужен до одного выбора
Когда решение должно быть принято на основе нескольких критериев
После того, как список опций был сокращен до управляемого числа путем сокращения списка
Типичные ситуации:
Когда одна возможность или проблема улучшения должна быть выбрана для работы на
Когда может быть реализован только один подход или решение проблем
Когда может быть разработан только один новый продукт
Матрица принятия решений Процедура
Мозговой штурм критерии оценки, соответствующие ситуации.Если возможно, привлекайте клиентов к этому процессу.
Обсудите и уточните список критериев. Укажите любые критерии, которые должны быть включены, и те, которые не должны быть включены. Сократите список критериев до тех, которые команда считает наиболее важными. Такие инструменты, как сокращение списка и множественное голосование, могут быть полезны.
Присвойте относительный вес каждому критерию, исходя из того, насколько важен этот критерий для ситуации. Это можно сделать двумя способами:
Распределяя 10 баллов по критериям, основываясь на командной дискуссии и консенсусе.
По каждому члену, присваивающему веса, затем номера для каждого критерия для взвешивания составной команды.
Нарисуйте L-образную матрицу. Запишите критерии и их веса в виде меток вдоль одного края и список параметров вдоль другого края. Как правило, группа с меньшим количеством элементов занимает вертикальный край.
Оцените каждый выбор по критериям. Есть три способа сделать это:
Метод 1: Установите шкалу оценок для каждого критерия.Некоторые варианты:
1, 2, 3 (1 = незначительная степень, 2 = некоторая степень, 3 = большая степень)
1, 2, 3 (1 = низкий, 2 = средний, 3 = высокий)
1, 2, 3, 4, 5 (от 1 до 5 = отлично)
1, 4, 9 (1 = низкий, 4 = средний, 9 = высокий)

Важно, чтобы ваши рейтинговые шкалы соответствовали. Обозначьте свои критерии и установите шкалы так, чтобы верхний предел шкалы (5 или 3) всегда был рейтингом, который поможет вам выбрать этот вариант: наибольшее влияние на клиентов, наибольшую важность, наименьшую сложность, наибольшую вероятность успеха.
Метод 2: Для каждого критерия упорядочьте все параметры в соответствии с тем, насколько хорошо каждый из них соответствует критерию. Пронумеруйте их 1, что является наименее желательным вариантом в соответствии с этим критерием.
Метод 3 (матрица Пью): Установите базовую линию, которая может быть одной из альтернатив или текущего продукта или услуги. Для каждого критерия оцените альтернативы друг друга по сравнению с базовым уровнем, используя оценки хуже (-1), одинаково (0) или лучше (+1). Можно использовать более точные шкалы оценок, такие как 2, 1, 0, -1, -2 для пятибалльной шкалы или 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3 для семибалльной шкалы.Опять же, убедитесь, что положительные числа отражают желаемые оценки.
Умножьте рейтинг каждого варианта на вес. Добавьте очки для каждого варианта. Вариант с наивысшим баллом не обязательно будет тем, который нужно выбрать, но относительные баллы могут привести к содержательному обсуждению и привести команду к консенсусу
Пример матрицы решений
На рисунке 1 показана матрица решений, используемая группой обслуживания клиентов в ресторане Parisian Experience, чтобы решить, какой аспект общей проблемы «долгого времени ожидания» следует решить в первую очередь.Проблемы, которые они выявили, — это клиенты, ожидающие хозяина, официанта, еды и чека.
Критерии, которые они определили: «Боль клиента» (насколько это негативно влияет на клиента?), «Легкость решения», «Влияние на другие системы» и «Скорость решения». Первоначально критерии «Легкость решения» были записаны как «Трудность решения», но эта формулировка перевернула шкалу оценок. В нынешней формулировке высокий рейтинг по каждому критерию определяет состояние, которое будет стимулировать выбор проблемы: высокая боль для клиента, очень простое решение, большое влияние на другие системы и быстрое решение.
Рисунок 1: Пример матрицы решений
«Боль клиента» была оценена в 5 баллов, что показывает, что команда считает его самым важным критерием по сравнению с 1 или 2 баллами для остальных.
Команда выбрала шкалу оценок с высоким = 3, средним = 2 и низким = 1 и использовала ее для решения проблемы. «Клиенты ждут еды». В этом примере, боль клиента средняя (2), потому что атмосфера ресторана хорошая. Эту проблему будет нелегко решить (low easy = 1), поскольку в ней участвуют как официанты, так и обслуживающий персонал.Влияние на другие системы среднее (2), потому что официантам приходится совершать несколько поездок на кухню. Решение проблемы займет некоторое время (низкая скорость = 1), так как кухня тесная и негибкая.
Каждый рейтинг умножается на вес для этого критерия. Например, «Боль клиента» (вес 5) для оценки «Клиенты ждут хоста» высока (3) для 15 баллов. Баллы добавляются по строкам, чтобы получить общее значение для каждой проблемы. «Клиенты ждут хозяина» имеет самый высокий балл — 28.Поскольку следующий наивысший балл — 18, проблема хоста, вероятно, должна быть решена первой.
Матрица решений
Дополнительные соображения
Хотя матрицу решений можно использовать для сравнения мнений, ее лучше использовать для суммирования данных, которые были собраны о различных критериях, когда это возможно.
Подгруппы могут быть сформированы для сбора данных по различным критериям.
Несколько критериев выбора проблемы или возможности улучшения требуют догадок об окончательном решении.Например: оценка необходимых ресурсов, окупаемости, сложности для решения и времени, необходимого для решения. Таким образом, ваш рейтинг вариантов будет таким же хорошим, как и ваши предположения о решениях.
Очень важно, чтобы верхний предел шкалы критериев (5 или 3) всегда был той целью, которую вы бы хотели выбрать. Такие критерии, как стоимость, использование ресурсов и трудности, могут привести к путанице (например, низкая стоимость очень желательна). Избегайте этого, переписав свои критерии: скажите «низкая стоимость» вместо «стоимость»; «легкость» вместо «трудности».«Или в заголовках столбцов матрицы напишите, что создает низкие и высокие оценки. Например:
Важность
Стоимость
Сложность
низкий = 1 высокий = 5
высокий = 1 низкий = 5
высокий = 1 низкий = 5
Если отдельные лица в группе назначают разные оценки одному и тому же критерию, обсуждают, пока команда не придет к консенсусу.Не усредняйте рейтинги и не голосуйте за самый популярный.
В некоторых версиях этого инструмента также рассчитывается сумма невзвешенных баллов, и оба итога изучаются для принятия решения.
Когда этот инструмент используется для выбора плана, решения или нового продукта, результаты могут использоваться для улучшения параметров. Опция, которая имеет высокий общий рейтинг, но имеет низкие оценки по критериям A и B, может быть модифицирована идеями из опций, которые хорошо оцениваются по A и B. Это объединение и улучшение может быть сделано для каждого варианта, а затем матрица решений снова используется для оценки новые опции.
Адаптировано из Quality Toolbox, второе издание, ASQ Quality Press.
,
No related posts.
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Навигация по записям
Предыдущая запись: Амортизатор двухтрубный – Какой амортизатор лучше однотрубный или двухтрубный
Следующая запись: Газ 69 рама – Рама для ГАЗ 69 «Барс»

	A ₁ ₁	A ₁ ₂	A ₁ ₃	A ₁ ₄
	A ₂ ₁	A ₂ ₂	A ₂ ₃	A ₂ ₄

Важность	Стоимость	Сложность
низкий = 1 высокий = 5	высокий = 1 низкий = 5	высокий = 1 низкий = 5

"ДИС-Протект"