Οι συσκευές φόρτισης αποτελούν τη βάση της σύγχρονης τεχνολογίας τηλεόρασης. κύρια χαρακτηριστικά των cd

Οι πωλητές προσφέρουν τώρα μια τεράστια ποικιλία από κάμερες για παρακολούθηση βίντεο. Τα μοντέλα διαφέρουν όχι μόνο σε παραμέτρους κοινές σε όλες τις κάμερες -εστιακή απόσταση, γωνία θέασης, ευαισθησία στο φως κ.λπ.- αλλά και σε διάφορα επώνυμα «τσιπ» με τα οποία κάθε κατασκευαστής επιδιώκει να εξοπλίσει τις συσκευές του.

Ως εκ τούτου, συχνά Σύντομη περιγραφήΤα χαρακτηριστικά μιας κάμερας παρακολούθησης βίντεο είναι μια τρομακτική λίστα σκοτεινών όρων, για παράδειγμα: 1/2,8" 2,4MP CMOS, 25/30fps, Μενού OSD, DWDR, ICR, AWB, AGC, BLC, 3DNR, Smart IR, IP67, 0.05 Luxκαι δεν είναι μόνο αυτό.

Στο προηγούμενο άρθρο, επικεντρωθήκαμε στα πρότυπα βίντεο και στις ταξινομήσεις κάμερας ανάλογα με αυτά. Σήμερα θα αναλύσουμε τα κύρια χαρακτηριστικά των καμερών παρακολούθησης βίντεο και θα αποκρυπτογραφήσουμε τις ονομασίες των ειδικών τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση της ποιότητας του σήματος βίντεο:

1. Εστιακή απόσταση και γωνία θέασης
2. Διάφραγμα (αριθμός F) ή ταχύτητα φακού
3. Ρύθμιση ίριδας (αυτόματη ίριδα)
4. Ηλεκτρονικό κλείστρο (AES, ταχύτητα κλείστρου, ταχύτητα κλείστρου)
5. Ευαισθησία (ευαισθησία στο φως, ελάχιστος φωτισμός)
6. Κατηγορίες προστασίας IK (αντιβανδαλικοί, αντιβανδαλικοί) και IP (από υγρασία και σκόνη)

Τύπος αισθητήρα (CCD CCD, CMOS CMOS)

Υπάρχουν 2 τύποι πίνακες καμερών CCTV: CCD (στα ρωσικά - CCD) και CMOS (στα ρωσικά - CMOS). Διαφέρουν τόσο στη συσκευή όσο και στην αρχή λειτουργίας.

CCD	CMOS
Διαδοχική ανάγνωση από όλα τα κελιά μήτρας	Αυθαίρετη ανάγνωση από τα κελιά της μήτρας, η οποία μειώνει τον κίνδυνο χαμόγελου - η εμφάνιση κάθετης κηλίδωσης σημειακών πηγών φωτός (λάμπες, φανάρια)
Χαμηλό επίπεδο θορύβου	Υψηλό επίπεδο θορύβου λόγω των λεγόμενων θερμικών ρευμάτων
Υψηλή δυναμική ευαισθησία (πιο κατάλληλο για λήψη κινούμενων αντικειμένων)	Η επίδραση του "κυλιόμενου κλείστρου" - κατά τη λήψη γρήγορα κινούμενων αντικειμένων, μπορεί να προκύψουν οριζόντιες ρίγες, παραμορφώσεις εικόνας
Ο κρύσταλλος χρησιμοποιείται μόνο για να φιλοξενήσει φωτοευαίσθητα στοιχεία, τα υπόλοιπα μικροκυκλώματα πρέπει να τοποθετηθούν χωριστά, γεγονός που αυξάνει το μέγεθος και το κόστος της κάμερας.	Όλα τα μικροκυκλώματα μπορούν να τοποθετηθούν σε ένα μόνο τσιπ, γεγονός που καθιστά την παραγωγή καμερών με αισθητήρες CMOS απλή και φθηνή.
Λόγω της χρήσης της περιοχής μήτρας μόνο για φωτοευαίσθητα στοιχεία, η αποτελεσματικότητα της χρήσης της αυξάνεται - πλησιάζει το 100%	Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας (σχεδόν 100 φορές μικρότερη από τα CCD)
Ακριβή και πολύπλοκη παραγωγή	Εκτέλεση

Για πολύ καιρό πίστευαν ότι η μήτρα CCD δίνει πολύ καλύτερη ποιότητα εικόνας από το CMOS. Ωστόσο, οι σύγχρονοι πίνακες CMOS συχνά δεν είναι σχεδόν καθόλου κατώτεροι από τους CCD, ειδικά εάν δεν υπάρχουν πολύ υψηλές απαιτήσεις για το σύστημα παρακολούθησης βίντεο.

Μέγεθος μήτρας

Υποδεικνύει το μέγεθος του πίνακα διαγώνια σε ίντσες και γράφεται ως κλάσμα: 1/3", 1/2", 1/4", κ.λπ.

Γενικά πιστεύεται ότι όσο μεγαλύτερη είναι η μήτρα, τόσο το καλύτερο: λιγότερος θόρυβος, πιο καθαρή εικόνα, μεγαλύτερη γωνία θέασης. Ωστόσο, στην πραγματικότητα, η καλύτερη ποιότητα εικόνας παρέχεται όχι από το μέγεθος της μήτρας, αλλά από το μέγεθος του μεμονωμένου κελιού ή του εικονοστοιχείου της - όσο μεγαλύτερο είναι, τόσο το καλύτερο.Επομένως, όταν επιλέγετε μια κάμερα για παρακολούθηση βίντεο, πρέπει να λάβετε υπόψη το μέγεθος της μήτρας μαζί με τον αριθμό των pixel.

Εάν οι πίνακες με μεγέθη 1/3 "και 1/4" έχουν τον ίδιο αριθμό εικονοστοιχείων, τότε στην περίπτωση αυτή η μήτρα 1/3" θα δώσει φυσικά την καλύτερη εικόνα. Αν όμως υπάρχουν περισσότερα pixel σε αυτήν, τότε πρέπει να σηκώστε μια αριθμομηχανή και υπολογίστε το κατά προσέγγιση μέγεθος ενός pixel.

Για παράδειγμα, από τους υπολογισμούς μεγέθους κελιών μήτρας παρακάτω, μπορείτε να δείτε ότι σε πολλές περιπτώσεις το μέγεθος εικονοστοιχείων σε μια μήτρα 1/4" είναι μεγαλύτερο από ό,τι σε μια μήτρα 1/3", πράγμα που σημαίνει ότι ένα βίντεο 1/4" εικόνα, αν και είναι μικρότερο μέγεθος θα είναι καλύτερο.

Μέγεθος μήτρας	Αριθμός pixel (εκατομμύρια)	Μέγεθος κελιού (μm)
1/6	0.8	2,30
1/3	3,1	2,35
1/3,4	2,2	2,30
1/3,6	2,1	2,40
1/3,4	2,23	2,45
1/4	1,55	2,50
1 / 4,7	1,07	2,50
1/4	1,33	2,70
1/4	1,2	2,80
1/6	0,54	2,84
1 / 3,6	1,33	3,00
1/3,8	1,02	3,30
1/4	0,8	3,50
1/4	0,45	4,60

Εστιακή απόσταση και γωνία θέασης

Αυτές οι παράμετροι έχουν μεγάλη σημασία κατά την επιλογή κάμερας για παρακολούθηση βίντεο και συνδέονται στενά. Στην πραγματικότητα, η εστιακή απόσταση ενός φακού (συχνά αναφέρεται ως f) είναι η απόσταση μεταξύ του φακού και του αισθητήρα.

Στην πράξη, η εστιακή απόσταση καθορίζει τη γωνία και το εύρος της κάμερας:

• Όσο μικρότερη είναι η εστιακή απόσταση, τόσο μεγαλύτερη είναι η γωνία θέασης και τόσο λιγότερη λεπτομέρεια μπορεί να δει κανείς σε αντικείμενα που βρίσκονται μακριά.
• Όσο μεγαλύτερη είναι η εστιακή απόσταση, τόσο στενότερη είναι η γωνία θέασης της βιντεοκάμερας και τόσο πιο λεπτομερής είναι η εικόνα των απομακρυσμένων αντικειμένων.

Εάν χρειάζεστε μια γενική επισκόπηση κάποιας περιοχής και θέλετε να χρησιμοποιήσετε όσο το δυνατόν λιγότερες κάμερες για αυτό, αγοράστε μια κάμερα με μικρή εστιακή απόσταση και, κατά συνέπεια, ευρεία γωνία θέασης.

Αλλά σε εκείνες τις περιοχές όπου απαιτείται λεπτομερής παρατήρηση μιας σχετικά μικρής περιοχής, είναι προτιμότερο να τοποθετήσετε μια κάμερα με αυξημένη εστιακή απόσταση, στρέφοντάς την προς το αντικείμενο παρατήρησης. Αυτό χρησιμοποιείται συχνά στα ταμεία των σούπερ μάρκετ και των τραπεζών, όπου πρέπει να δείτε την ονομαστική αξία των τραπεζογραμματίων και άλλες λεπτομέρειες υπολογισμών, καθώς και στην είσοδο σε χώρους στάθμευσης και σε άλλους χώρους όπου πρέπει να διακρίνετε έναν αριθμό αυτοκινήτου από έναν αριθμό μεγάλη απόσταση.

Η πιο κοινή εστιακή απόσταση είναι 3,6 mm. Αντιστοιχεί κατά προσέγγιση στη γωνία θέασης του ανθρώπινου ματιού. Κάμερες με αυτή την εστιακή απόσταση χρησιμοποιούνται για παρακολούθηση βίντεο σε μικρούς χώρους.

Ο παρακάτω πίνακας περιέχει πληροφορίες και σχέσεις εστιακής απόστασης, γωνίας θέασης, απόστασης αναγνώρισης κ.λπ. για τα πιο συνηθισμένα κόλπα. Τα στοιχεία είναι κατά προσέγγιση, καθώς εξαρτώνται όχι μόνο από την εστιακή απόσταση, αλλά και από άλλες παραμέτρους της οπτικής της κάμερας.

Ανάλογα με το πλάτος της γωνίας θέασης, οι κάμερες για παρακολούθηση βίντεο χωρίζονται συνήθως σε:

• συμβατικό (γωνία θέασης 30°-70°).
• ευρεία γωνία (γωνία θέασης από περίπου 70 °).
• τηλεφακό (γωνία θέασης μικρότερη από 30°).

Το γράμμα F, συνήθως με κεφαλαία, υποδηλώνει επίσης το διάφραγμα του φακού - επομένως, κατά την ανάγνωση των χαρακτηριστικών, δώστε προσοχή στο πλαίσιο στο οποίο χρησιμοποιείται η παράμετρος.

Τύπος φακού

Σταθερός (μονοεστιακός) φακός- το πιο απλό και φθηνό. Η εστιακή απόσταση είναι σταθερή σε αυτό και δεν μπορεί να αλλάξει.

ΣΕ varifocal (varifocal) φακοίμπορείτε να αλλάξετε την εστιακή απόσταση. Η ρύθμισή του γίνεται χειροκίνητα, συνήθως μία φορά όταν η κάμερα είναι εγκατεστημένη στη θέση λήψης και αργότερα - ανάλογα με τις ανάγκες.

Trans factor ή φακοί zoomπαρέχουν επίσης τη δυνατότητα αλλαγής της εστιακής απόστασης, αλλά εξ αποστάσεως, ανά πάσα στιγμή. Η αλλαγή της εστιακής απόστασης γίνεται με χρήση ηλεκτρικής κίνησης, επομένως ονομάζονται επίσης μηχανοκίνητοι φακοί.

"Fish eye" (fisheye, fisheye)ή πανοραμικού φακού σας επιτρέπει να εγκαταστήσετε μόνο μία κάμερα και να επιτύχετε προβολή 360°.

Φυσικά, ως αποτέλεσμα, η προκύπτουσα εικόνα έχει ένα εφέ "φυσαλίδας" - οι ευθείες γραμμές είναι καμπύλες, ωστόσο, στις περισσότερες περιπτώσεις, οι κάμερες με τέτοιους φακούς σάς επιτρέπουν να διαιρέσετε μια γενική πανοραμική εικόνα σε πολλές ξεχωριστές, διορθωμένη για τη γνωστή αντίληψη στο ανθρώπινο μάτι.

Pinhole φακοίσας επιτρέπει να διεξάγετε κρυφή βιντεοπαρακολούθηση, λόγω του μικροσκοπικού μεγέθους του. Στην πραγματικότητα, η κάμερα pinhole δεν έχει φακό, αλλά μόνο μια μικροσκοπική τρύπα. Στην Ουκρανία, η χρήση της κρυφής βιντεοπαρακολούθησης είναι σοβαρά περιορισμένη, όπως και η πώληση συσκευών για αυτήν.

Αυτοί είναι οι πιο συνηθισμένοι τύποι φακών. Αλλά αν προχωρήσετε βαθύτερα, οι φακοί χωρίζονται επίσης σύμφωνα με άλλες παραμέτρους:

Διάφραγμα (αριθμός F) ή ταχύτητα φακού

Καθορίζει την ικανότητα της κάμερας να καταγράφει εικόνες υψηλής ποιότητας σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού. Πως περισσότερος αριθμός F, όσο μικρότερο είναι το διάφραγμα που ανοίγει και τόσο περισσότερο φως χρειάζεται η κάμερα. Όσο μικρότερο είναι το διάφραγμα, τόσο περισσότερο ανοίγει το διάφραγμα και η βιντεοκάμερα μπορεί να παράγει καθαρές εικόνες ακόμα και σε συνθήκες κακού φωτισμού.

Το γράμμα f (συνήθως πεζά) υποδηλώνει επίσης την εστιακή απόσταση, επομένως όταν διαβάζετε τα χαρακτηριστικά, δώστε προσοχή στο πλαίσιο στο οποίο χρησιμοποιείται η παράμετρος. Για παράδειγμα, στην παραπάνω εικόνα, το διάφραγμα υποδεικνύεται με ένα μικρό f.

Βάση φακού

Υπάρχουν 3 τύποι στηριγμάτων για τη σύνδεση φακού σε βιντεοκάμερα: C, CS, M12.

• Το Mount C χρησιμοποιείται πλέον σπάνια. Οι φακοί C μπορούν να προσαρτηθούν σε μια κάμερα με βάση CS χρησιμοποιώντας έναν ειδικό δακτύλιο.
• Η βάση CS είναι ο πιο κοινός τύπος. Οι φακοί CS δεν είναι συμβατοί με κάμερες C.
• Η βάση M12 χρησιμοποιείται για μικρούς φακούς.

Ρύθμιση διαφράγματος (αυτόματη ίριδα), ARD, ARD

Το διάφραγμα είναι υπεύθυνο για τη ροή του φωτός προς τη μήτρα: με αυξημένη ροή φωτός, στενεύει, αποτρέποντας έτσι την έκθεση της εικόνας στο φως, και σε χαμηλό φωτισμό, αντίθετα, ανοίγει έτσι ώστε περισσότερο φως να εισέρχεται στο μήτρα.

Υπάρχουν δύο μεγάλες ομάδες καμερών: σταθερό διάφραγμα(αυτό περιλαμβάνει και κάμερες χωρίς καθόλου) και με ρυθμιζόμενο.

Η ρύθμιση διαφράγματος σε διάφορα μοντέλα καμερών για παρακολούθηση βίντεο μπορεί να πραγματοποιηθεί:

• Χειροκίνητα.
• Αυτομάτωςβιντεοκάμερα με χρήση συνεχές ρεύμα, με βάση την ποσότητα φωτός που χτυπά τον αισθητήρα. Αυτός ο αυτόματος έλεγχος ίριδας (ADC) αναφέρεται ως DD (Direct Drive) ή DD/DC.
• Αυτομάτωςμια ειδική μονάδα ενσωματωμένη στον φακό και παρακολουθεί τη ροή φωτός που διέρχεται από το σχετικό άνοιγμα. Αυτή η μέθοδος ARD στις προδιαγραφές των βιντεοκάμερων αναφέρεται ως VD (Δίσκος βίντεο). Είναι αποτελεσματικό ακόμα και όταν το άμεσο ηλιακό φως εισέρχεται στον φακό, αλλά οι κάμερες παρακολούθησης με αυτόν είναι πιο ακριβές.

Ηλεκτρονικό κλείστρο (AES, ταχύτητα κλείστρου, ταχύτητα κλείστρου, κλείστρο)

Στο διαφορετικών κατασκευαστώναυτή η παράμετρος μπορεί να αναφέρεται ως αυτόματο ηλεκτρονικό κλείστρο, ταχύτητα κλείστρου ή ταχύτητα κλείστρου, αλλά στην ουσία σημαίνει το ίδιο πράγμα - ο χρόνος κατά τον οποίο το φως εκτίθεται στη μήτρα. Συνήθως εκφράζεται ως 1/50-1/100000s.

Η δράση του ηλεκτρονικού κλείστρου είναι κάπως παρόμοια με την αυτόματη ρύθμιση της ίριδας - ρυθμίζει την ευαισθησία στο φως της μήτρας για να τη ρυθμίσει στο επίπεδο φωτισμού του δωματίου. Στο παρακάτω σχήμα, μπορείτε να δείτε την ποιότητα της εικόνας σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού με διαφορετική ταχύτητακλείστρου (στο σχήμα, χειροκίνητη ρύθμιση, ενώ το AES το κάνει αυτόματα).

Σε αντίθεση με το DGS, η προσαρμογή δεν πραγματοποιείται ρυθμίζοντας τη ροή φωτός που πέφτει στη μήτρα, αλλά ρυθμίζοντας την ταχύτητα κλείστρου, τη διάρκεια της συσσώρευσης ηλεκτρικού φορτίου στη μήτρα.

Ωστόσο οι δυνατότητες του ηλεκτρονικού κλείστρου είναι πολύ πιο αδύναμες από την αυτόματη ρύθμιση της ίριδας,Επομένως, σε ανοιχτούς χώρους όπου το επίπεδο φωτός ποικίλλει από το σούρουπο έως το έντονο ηλιακό φως, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε κάμερες με DGS. Οι βιντεοκάμερες με ηλεκτρονικό κλείστρο είναι οι βέλτιστες για δωμάτια όπου το επίπεδο φωτισμού δεν αλλάζει πολύ με την πάροδο του χρόνου.

Τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρονικού κλείστρου δεν διαφέρουν πολύ από διάφορα μοντέλα. Ένα χρήσιμο χαρακτηριστικό είναι η δυνατότητα μη αυτόματης ρύθμισης της ταχύτητας κλείστρου (ταχύτητα κλείστρου), καθώς σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, οι χαμηλές τιμές ρυθμίζονται αυτόματα και αυτό οδηγεί σε θολές εικόνες κινούμενων αντικειμένων.

Sens-UP (ή DSS)

Αυτό είναι συνάρτηση της συσσώρευσης του φορτίου της μήτρας ανάλογα με το επίπεδο φωτισμού, δηλαδή αυξάνοντας την ευαισθησία της εις βάρος της ταχύτητας. Απαραίτητο για τη λήψη εικόνας υψηλής ποιότητας σε συνθήκες κακού φωτισμού, όταν η παρακολούθηση συμβάντων υψηλής ταχύτητας δεν είναι κρίσιμης σημασίας (δεν υπάρχουν γρήγορα κινούμενα αντικείμενα στο αντικείμενο παρατήρησης).

Σχετίζεται στενά με την ταχύτητα κλείστρου (ταχύτητα κλείστρου) που περιγράφηκε παραπάνω. Αλλά εάν η ταχύτητα κλείστρου εκφράζεται σε μονάδες χρόνου, τότε το Sens-UP βρίσκεται στον συντελεστή αύξησης της ταχύτητας κλείστρου (xN): ο χρόνος συσσώρευσης φόρτισης (ταχύτητα κλείστρου) αυξάνεται N φορές.

Αδεια

Το θέμα των αδειών κάμερας CCTV το θίξαμε λίγο στο τελευταίο άρθρο. Η ανάλυση της κάμερας είναι, στην πραγματικότητα, το μέγεθος της εικόνας που προκύπτει. Μετριέται είτε σε TVL (τηλεοπτικές γραμμές) είτε σε pixel. Όσο μεγαλύτερη είναι η ανάλυση, τόσο περισσότερες λεπτομέρειες μπορείτε να δείτε στο βίντεο.

Ανάλυση βιντεοκάμερας σε TVLείναι η ποσότητα κάθετες γραμμές(μεταβάσεις φωτεινότητας) τοποθετημένες οριζόντια στην εικόνα. Θεωρείται πιο ακριβές, καθώς δίνει μια ιδέα για το μέγεθος της εικόνας εξόδου. Ενώ η ανάλυση σε megapixel που υποδεικνύεται στην τεκμηρίωση του κατασκευαστή μπορεί να είναι παραπλανητική για τον αγοραστή - συχνά δεν αναφέρεται στο μέγεθος της τελικής εικόνας, αλλά στον αριθμό των pixel στη μήτρα. Σε αυτήν την περίπτωση, πρέπει να δώσετε προσοχή σε μια παράμετρο όπως "Αποτελεσματικός αριθμός pixel"

Ανάλυση σε pixel- αυτό είναι το μέγεθος της εικόνας οριζόντια και κατακόρυφα (αν έχει καθοριστεί ως 1280 × 960) ή ο συνολικός αριθμός pixel στην εικόνα (αν έχει καθοριστεί ως 1 MP (megapixel), 2 MP, κ.λπ.). Στην πραγματικότητα, η λήψη ανάλυσης σε megapixel είναι πολύ απλή: πρέπει να πολλαπλασιάσετε τον αριθμό των οριζόντιων pixel (1280) με τον αριθμό των κάθετων (960) και να διαιρέσετε με το 1.000.000. Σύνολο 1280 × 960 = 1,23 MP.

Πώς να μετατρέψετε το TVL σε pixel και το αντίστροφο; Δεν υπάρχει ακριβής τύπος μετατροπής. Για να προσδιορίσετε την ανάλυση βίντεο στο TVL, πρέπει να χρησιμοποιήσετε ειδικούς πίνακες δοκιμών για βιντεοκάμερες. Για μια κατά προσέγγιση αναπαράσταση της αναλογίας, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον πίνακα:

Αποτελεσματικά pixel

Όπως είπαμε παραπάνω, συχνά το μέγεθος σε megapixel που υποδεικνύεται στα χαρακτηριστικά των βιντεοκάμερων δεν δίνει μια ακριβή ιδέα για την ανάλυση της εικόνας που προκύπτει. Ο κατασκευαστής υποδεικνύει τον αριθμό των pixel στη μήτρα (αισθητήρα) της κάμερας, αλλά δεν συμμετέχουν όλα στη δημιουργία της εικόνας.

Ως εκ τούτου, εισήχθη η παράμετρος "Αριθμός (αριθμός) ενεργών εικονοστοιχείων", η οποία απλώς δείχνει πόσα εικονοστοιχεία σχηματίζουν την τελική εικόνα. Τις περισσότερες φορές, αντιστοιχεί στην πραγματική ανάλυση της εικόνας που προκύπτει, αν και υπάρχουν εξαιρέσεις.

IR (υπέρυθρος) φωτισμός, IR

Σας επιτρέπει να πυροβολείτε τη νύχτα. Οι δυνατότητες της μήτρας (αισθητήρα) μιας κάμερας παρακολούθησης βίντεο είναι πολύ μεγαλύτερες από αυτές του ανθρώπινου ματιού – για παράδειγμα, η κάμερα μπορεί να «βλέπει» στην υπέρυθρη ακτινοβολία. Αυτή η ιδιοκτησία άρχισε να χρησιμοποιείται για γυρίσματα τη νύχτα και σε αφωτισμένα / χαμηλό φωτισμό δωμάτια. Όταν επιτευχθεί ένας ορισμένος ελάχιστος φωτισμός, η βιντεοκάμερα εισέρχεται σε λειτουργία εγγραφής υπερύθρων και ενεργοποιεί τον φωτισμό IR (IR).

Τα IR LED είναι ενσωματωμένα στην κάμερα με τέτοιο τρόπο ώστε το φως από αυτά να μην πέφτει στον φακό της κάμερας, αλλά να φωτίζει τη γωνία θέασης.

Μια εικόνα που λαμβάνεται σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού με υπέρυθρο φωτισμό είναι πάντα ασπρόμαυρη. Οι έγχρωμες κάμερες που υποστηρίζουν τη νυχτερινή λήψη μεταβαίνουν επίσης σε ασπρόμαυρη λειτουργία.

Οι τιμές IR φωτισμού στις βιντεοκάμερες δίνονται συνήθως σε μέτρα - δηλαδή σε πόσα μέτρα από την κάμερα ο φωτισμός σάς επιτρέπει να έχετε μια καθαρή εικόνα. Ένα φως IR με μεγάλη εμβέλεια ονομάζεται IR illuminator.

Τι είναι το Smart IR, το Smart IR;

Το Smart IR (Smart IR) σας επιτρέπει να αυξήσετε ή να μειώσετε την ισχύ της υπέρυθρης ακτινοβολίας ανάλογα με την απόσταση από το αντικείμενο. Αυτό γίνεται έτσι ώστε τα αντικείμενα που βρίσκονται κοντά στην κάμερα να μην υπερεκτίθενται στο βίντεο.

Φίλτρο υπερύθρων (ICR), λειτουργία ημέρας/νύχτας

Η χρήση υπέρυθρου φωτισμού για κινηματογράφηση τη νύχτα έχει μια ιδιαιτερότητα: η μήτρα τέτοιων καμερών παράγεται με αυξημένη ευαισθησία στην υπέρυθρη εμβέλεια. Αυτό δημιουργεί πρόβλημα για τη λήψη κατά τη διάρκεια της ημέρας, καθώς η μήτρα καταγράφει το φάσμα υπερύθρων κατά τη διάρκεια της ημέρας, το οποίο παραβιάζει το κανονικό χρώμα της εικόνας που προκύπτει.

Επομένως, τέτοιες κάμερες λειτουργούν σε δύο λειτουργίες - ημέρα και νύχτα. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, ο αισθητήρας καλύπτεται από ένα μηχανικό φίλτρο υπερύθρων (ICR), το οποίο διακόπτει την υπέρυθρη ακτινοβολία. Τη νύχτα, το φίλτρο μετατοπίζεται, επιτρέποντας στις ακτίνες του φάσματος IR να χτυπήσουν ελεύθερα τη μήτρα.

Μερικές φορές η εναλλαγή της λειτουργίας ημέρας/νύχτας υλοποιείται σε λογισμικό, αλλά αυτή η λύση παράγει εικόνες χαμηλότερης ποιότητας.

Το φίλτρο ICR μπορεί επίσης να εγκατασταθεί σε κάμερες χωρίς υπέρυθρο φωτισμό - για να κόψει το φάσμα υπερύθρων κατά τη διάρκεια της ημέρας και να βελτιώσει τη χρωματική απόδοση του βίντεο.

Εάν η κάμερα δεν διαθέτει φίλτρο IGR επειδή δεν είχε σχεδιαστεί αρχικά για νυχτερινές λήψεις, δεν μπορείτε να προσθέσετε τη λειτουργία νυχτερινής λήψης απλώς αγοράζοντας μια ξεχωριστή μονάδα υπερύθρων. Σε αυτήν την περίπτωση, το χρώμα του βίντεο κατά τη διάρκεια της ημέρας θα παραμορφωθεί σημαντικά.

Ευαισθησία (ευαισθησία στο φως, ελάχιστος φωτισμός)

Σε αντίθεση με τις κάμερες, όπου η ευαισθησία εκφράζεται σε όρους ISO, η ευαισθησία των καμερών CCTV είναι πιο συχνά εκφράζεται σε lux (Lux)και σημαίνει τον ελάχιστο φωτισμό κάτω από τον οποίο η κάμερα μπορεί να παράγει μια εικόνα βίντεο. καλής ποιότητας- καθαρό και χωρίς θόρυβο. Όσο χαμηλότερη είναι η τιμή αυτής της παραμέτρου, τόσο μεγαλύτερη είναι η ευαισθησία.

Οι κάμερες παρακολούθησης επιλέγονται σύμφωνα με τις συνθήκες υπό τις οποίες σχεδιάζεται να χρησιμοποιηθούν: για παράδειγμα, εάν η ελάχιστη ευαισθησία της κάμερας είναι 1 lux, τότε δεν θα είναι δυνατή η λήψη καθαρής εικόνας τη νύχτα χωρίς πρόσθετο υπέρυθρο φωτισμό.

Συνθήκες	Επίπεδο φωτός
Φυσικός φωτισμός σε εξωτερικούς χώρους μια ηλιόλουστη μέρα χωρίς σύννεφα	πάνω από 100.000 lux
Φυσικός φωτισμός σε εξωτερικούς χώρους μια ηλιόλουστη μέρα με ελαφριά σύννεφα	70.000 lux
Φυσικό φως σε εξωτερικούς χώρους μια συννεφιασμένη μέρα	20.000 lux
Καταστήματα, σούπερ μάρκετ:	750-1500 lux
Γραφείο ή κατάστημα:	50-500 lux
Αίθουσες ξενοδοχείων:	100-200 lux
Χώροι στάθμευσης, αποθήκες	75-30 lux
Λυκόφως	4 σουίτα
Καλά φωτισμένος αυτοκινητόδρομος τη νύχτα	10 lux
Θέσεις για θεατές στο θέατρο:	3-5 lux
Νοσοκομείο τη νύχτα, βαθύ λυκόφως	1 lux
Πανσέληνος	0,1 - 0,3 lux
Φεγγαρόλουστη νύχτα (τέταρτο φεγγάρι)	0,05 lux
καθαρή νύχτα χωρίς φεγγάρι	0,001 lux
Συννεφιασμένη νύχτα χωρίς φεγγάρι	0,0001 lux

Ο λόγος σήματος προς θόρυβο (S/N) καθορίζει την ποιότητα του σήματος βίντεο. Ο θόρυβος στο βίντεο εμφανίζεται ως αποτέλεσμα κακού φωτισμού και μοιάζει με χρωματιστό ή ασπρόμαυρο χιόνι ή κόκκους.

Η παράμετρος μετριέται σε ντεσιμπέλ. Στην παρακάτω εικόνα, φαίνεται ήδη αρκετά καλή ποιότητα εικόνας στα 30 dB, αλλά στις σύγχρονες κάμερες, για να έχετε βίντεο υψηλής ποιότητας, το S / N πρέπει να είναι τουλάχιστον 40 dB.

Μείωση θορύβου DNR (3D-DNR, 2D-DNR)

Όπως ήταν φυσικό, το πρόβλημα της παρουσίας θορύβου στο βίντεο δεν πέρασε απαρατήρητο από τους κατασκευαστές. Επί αυτή τη στιγμήΥπάρχουν δύο τεχνολογίες για τη μείωση του θορύβου στην εικόνα και την αντίστοιχη βελτίωση της εικόνας:

• 2-DNR. Παλαιότερη και λιγότερο προηγμένη τεχνολογία. Βασικά, αφαιρείται μόνο ο θόρυβος κοντά στο έδαφος, επιπλέον, μερικές φορές η εικόνα είναι ελαφρώς θολή λόγω καθαρισμού.
• 3-DNR. τελευταία τεχνολογία, που λειτουργεί σύμφωνα με έναν πολύπλοκο αλγόριθμο και αφαιρεί όχι μόνο τον θόρυβο που βρίσκεται κοντά, αλλά και το χιόνι και τους κόκκους στο μακρινό φόντο.

Ρυθμός καρέ, fps (ρυθμός ροής)

Ο ρυθμός καρέ επηρεάζει την ομαλότητα της εικόνας βίντεο - όσο υψηλότερος είναι, τόσο το καλύτερο. Για να επιτευχθεί ομαλή εικόνα, απαιτείται συχνότητα τουλάχιστον 16-17 καρέ ανά δευτερόλεπτο. Τα πρότυπα PAL και SECAM υποστηρίζουν ρυθμούς καρέ στα 25 fps, ενώ το πρότυπο NTSC υποστηρίζει 30 fps. Για επαγγελματικές φωτογραφικές μηχανές, ο ρυθμός καρέ μπορεί να φτάσει έως και 120 fps και άνω.

Ωστόσο, έχετε υπόψη σας ότι όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός καρέ, τόσο περισσότερος χώρος θα απαιτείται για την αποθήκευση του βίντεο και τόσο περισσότερο θα φορτώνεται το κανάλι μετάδοσης.

Αντιστάθμιση οπίσθιου φωτισμού (HLC, BLC, WDR, DWDR)

Συνήθη προβλήματα βιντεοεπιτήρησης είναι:

• ξεχωριστά φωτεινά αντικείμενα που πέφτουν στο πλαίσιο (προβολείς, λάμπες, φανάρια), τα οποία φωτίζουν μέρος της εικόνας και λόγω των οποίων είναι αδύνατο να δείτε σημαντικές λεπτομέρειες.
• πολύ έντονος φωτισμός στο φόντο (ηλιόλουστος δρόμος έξω από τις πόρτες του δωματίου ή έξω από το παράθυρο, κ.λπ.), έναντι του οποίου τα κοντινά αντικείμενα εμφανίζονται πολύ σκοτεινά.

Για την επίλυσή τους, υπάρχουν διάφορες λειτουργίες (τεχνολογίες) που χρησιμοποιούνται στις κάμερες παρακολούθησης.

HLC - αντιστάθμιση φωτεινού φωτός.Συγκρίνω:

BLC - αντιστάθμιση οπίσθιου φωτισμού.Υλοποιείται αυξάνοντας την έκθεση ολόκληρης της εικόνας, με αποτέλεσμα τα αντικείμενα στο προσκήνιο να γίνονται πιο φωτεινά, αλλά το φόντοαποδεικνύεται πολύ ελαφρύ, είναι αδύνατο να δεις τις λεπτομέρειες σε αυτό.

Το WDR (μερικές φορές ονομάζεται και HDR) είναι ένα ευρύ δυναμικό εύρος.Χρησιμοποιείται επίσης για αντιστάθμιση οπίσθιου φωτισμού, αλλά πιο αποτελεσματικό από το BLC. Όταν χρησιμοποιείτε το WDR, όλα τα αντικείμενα στο βίντεο έχουν περίπου την ίδια φωτεινότητα και ευκρίνεια, γεγονός που σας επιτρέπει να βλέπετε λεπτομερώς όχι μόνο το προσκήνιο, αλλά και το φόντο. Αυτό επιτυγχάνεται λόγω του γεγονότος ότι η κάμερα τραβάει φωτογραφίες με διαφορετικές εκθέσεις και στη συνέχεια τις συνδυάζει για να αποκτήσει ένα πλαίσιο με τη βέλτιστη φωτεινότητα όλων των αντικειμένων.

D-WDR - εφαρμογή λογισμικού μεγάλου δυναμικού εύρους, το οποίο είναι κάπως χειρότερο από ένα πλήρες WDR.

Κατηγορίες προστασίας IK (αντιβανδαλικοί, αντιβανδαλικοί) και IP (από υγρασία και σκόνη)

Αυτή η παράμετρος είναι σημαντική εάν επιλέξετε μια κάμερα για εξωτερική παρακολούθηση βίντεο ή σε δωμάτιο με υψηλή υγρασία, σκόνη κ.λπ.

Τάξεις IP- πρόκειται για προστασία από την είσοδο ξένων αντικειμένων διαφόρων διαμέτρων, συμπεριλαμβανομένων των σωματιδίων σκόνης, καθώς και προστασία από την υγρασία. ΤάξειςΙΚ- πρόκειται για αντιβανδαλιστική προστασία, δηλαδή από μηχανική κρούση.

Οι πιο κοινές κατηγορίες προστασίας μεταξύ των καμερών παρακολούθησης εξωτερικού χώρου είναι IP66, IP67 καιΙΚ10.

• Κατηγορία προστασίας IP66: Η κάμερα είναι πλήρως ανθεκτική στη σκόνη και προστατεύεται από ισχυρούς πίδακες νερού (ή θαλάσσια κύματα). Το νερό μπαίνει μέσα σε μικρές ποσότητες και δεν παρεμποδίζει τη λειτουργία της βιντεοκάμερας.
• Κατηγορία προστασίας IP67: Η κάμερα είναι εντελώς ανθεκτική στη σκόνη και μπορεί να αντέξει τη βραχυπρόθεσμη πλήρη βύθιση κάτω από το νερό ή για μεγάλες περιόδους κάτω από το χιόνι.
• Κατηγορία αντιβανδαλικής προστασίας ΙΚ10: το σώμα της κάμερας θα αντέξει ένα χτύπημα 5 κιλών φορτίου από ύψος 40 cm (ενέργεια κρούσης 20 J).

Κρυφές περιοχές (Μάσκα απορρήτου)

Μερικές φορές καθίσταται απαραίτητο να κρυφτείς από την παρατήρηση και την καταγραφή κάποιων περιοχών που εμπίπτουν στο οπτικό πεδίο της κάμερας. Τις περισσότερες φορές αυτό οφείλεται στην προστασία της ιδιωτικής ζωής. Ορισμένα μοντέλα φωτογραφικών μηχανών σάς επιτρέπουν να προσαρμόσετε τις παραμέτρους πολλών τέτοιων ζωνών, καλύπτοντας ένα συγκεκριμένο τμήμα ή μέρη της εικόνας.

Για παράδειγμα, στο παρακάτω σχήμα, τα παράθυρα του γειτονικού σπιτιού είναι κρυμμένα στην εικόνα της κάμερας.

Άλλες λειτουργίες των καμερών CCTV (DIS, AGC, AWB, κ.λπ.)

Μενού OSD- ευκαιρία χειροκίνητη ρύθμισηπολλές παραμέτρους κάμερας: έκθεση, φωτεινότητα, εστιακή απόσταση (αν υπάρχει τέτοια επιλογή) κ.λπ.

- λήψη σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού χωρίς υπέρυθρο φωτισμό.

DIS- λειτουργία σταθεροποίησης εικόνας από την κάμερα κατά τη λήψη σε συνθήκες δόνησης ή κίνησης

Τεχνολογία EXIRείναι μια τεχνολογία υπέρυθρου φωτισμού που αναπτύχθηκε από την Hikvision. Χάρη σε αυτό, επιτυγχάνεται μεγαλύτερη απόδοση οπίσθιου φωτισμού: μεγαλύτερη εμβέλεια με λιγότερη κατανάλωση ενέργειας, διασπορά κ.λπ.

AWB- αυτόματη ρύθμιση της ισορροπίας λευκού στην εικόνα, έτσι ώστε η αναπαραγωγή χρώματος να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στη φυσική, ορατή στο ανθρώπινο μάτι. Ιδιαίτερα σημαντικό για δωμάτια με τεχνητός φωτισμόςκαι διάφορες πηγές φωτός.

AGC (AGC)- αυτόματος έλεγχος απολαβής. Χρησιμοποιείται για να διασφαλιστεί ότι η ροή βίντεο εξόδου από τις κάμερες είναι πάντα σταθερή, ανεξάρτητα από την ισχύ της ροής βίντεο εισόδου. Τις περισσότερες φορές, απαιτείται ενίσχυση σήματος βίντεο σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού και αντίστροφα, όταν το φως είναι πολύ δυνατό, απαιτείται μείωση του σήματος βίντεο.

ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ- χάρη σε αυτή τη λειτουργία, η κάμερα μπορεί να ενεργοποιηθεί και να καταγράψει μόνο όταν υπάρχει κίνηση στο αντικείμενο παρατήρησης, καθώς και να μεταδώσει ένα σήμα συναγερμού όταν ενεργοποιείται ο ανιχνευτής. Αυτό βοηθά στην εξοικονόμηση χώρου για την αποθήκευση βίντεο στο DVR, τη φόρτωση του καναλιού μετάδοσης ροής βίντεο και την οργάνωση της ειδοποίησης του προσωπικού για παραβίαση.

Είσοδος συναγερμού κάμερας- αυτή είναι η δυνατότητα ενεργοποίησης της κάμερας, έναρξης εγγραφής βίντεο όταν συμβαίνει ένα συμβάν: ενεργοποίηση ενός συνδεδεμένου αισθητήρα κίνησης ή ενός άλλου αισθητήρα που είναι συνδεδεμένος σε αυτόν.

έξοδος συναγερμούσας επιτρέπει να ενεργοποιήσετε μια αντίδραση σε ένα συμβάν συναγερμού που καταγράφηκε από την κάμερα, για παράδειγμα, να ενεργοποιήσετε μια σειρήνα, να στείλετε μια ειδοποίηση μέσω ταχυδρομείου ή SMS κ.λπ.

Δεν βρήκατε τη δυνατότητα που αναζητούσατε;

Προσπαθήσαμε να συγκεντρώσουμε όλα τα χαρακτηριστικά των καμερών που συναντάμε συχνά για παρακολούθηση βίντεο. Εάν δεν βρήκατε εδώ μια εξήγηση κάποιας παραμέτρου που δεν καταλαβαίνετε - γράψτε στα σχόλια, θα προσπαθήσουμε να προσθέσουμε αυτές τις πληροφορίες στο άρθρο.

δικτυακός τόπος

σχετικά με την επιλογή μιας βιντεοκάμερας για μια οικογένεια, γράψαμε για πίνακες. Εκεί θίξαμε εύκολα αυτό το θέμα, αλλά σήμερα θα προσπαθήσουμε να περιγράψουμε και τις δύο τεχνολογίες με περισσότερες λεπτομέρειες.

Τι είναι ένα matrix σε μια βιντεοκάμερα; Αυτό είναι ένα μικροκύκλωμα που μετατρέπει ένα φωτεινό σήμα σε ηλεκτρικό σήμα. Επί του παρόντος, υπάρχουν 2 τεχνολογίες, δηλ. 2 τύποι πινάκων - CCD (CCD) και CMOS (CMOS). Διαφέρουν μεταξύ τους, το καθένα έχει τα θετικά και τα αρνητικά του. Είναι αδύνατο να πούμε με βεβαιότητα ποιο είναι καλύτερο και ποιο χειρότερο. Αναπτύσσονται παράλληλα. Δεν θα μπούμε σε τεχνικές λεπτομέρειες, γιατί. θα είναι εντελώς ακατανόητα, αλλά σε γενικές γραμμές θα ορίσουμε τα κύρια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους.

Τεχνολογία CMOS (CMOS)

Αισθητήρες CMOSΠρώτα απ 'όλα, καυχιούνται για τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, κάτι που είναι ένα συν. Μια βιντεοκάμερα με αυτήν την τεχνολογία θα λειτουργεί λίγο περισσότερο (ανάλογα με τη χωρητικότητα της μπαταρίας). Αλλά αυτά είναι μικροπράγματα.

Η κύρια διαφορά και το πλεονέκτημα είναι η αυθαίρετη ανάγνωση των κυττάρων (στην CCD, η ανάγνωση πραγματοποιείται ταυτόχρονα), η οποία εξαλείφει το κηλίδωση της εικόνας. Έχετε δει ποτέ «κάθετους πυλώνες φωτός» από αντικείμενα με φωτεινά σημεία; Έτσι οι μήτρες CMOS αποκλείουν την πιθανότητα εμφάνισής τους. Και οι κάμερες που βασίζονται σε αυτές είναι φθηνότερες.

Υπάρχουν και μειονεκτήματα. Το πρώτο από αυτά είναι το μικρό μέγεθος του φωτοευαίσθητου στοιχείου (σε σχέση με το μέγεθος των pixel). Εδώ, το μεγαλύτερο μέρος της περιοχής των εικονοστοιχείων καταλαμβάνεται από ηλεκτρονικά, επομένως η περιοχή του φωτοευαίσθητου στοιχείου μειώνεται επίσης. Κατά συνέπεια, η ευαισθησία της μήτρας μειώνεται.

Επειδή ηλεκτρονική επεξεργασίαεκτελείται σε ένα pixel, τότε η ποσότητα του θορύβου στην εικόνα αυξάνεται. Αυτό είναι επίσης ένα μειονέκτημα, όπως και ο χαμηλός χρόνος σάρωσης. Εξαιτίας αυτού, υπάρχει ένα φαινόμενο "κυλιόμενου κλείστρου": όταν ο χειριστής κινείται, το αντικείμενο στο πλαίσιο μπορεί να παραμορφωθεί.

Τεχνολογία CCD (CCD)

Οι βιντεοκάμερες με μήτρες CCD παρέχουν εικόνες υψηλής ποιότητας. Οπτικά, είναι εύκολο να παρατηρήσετε λιγότερο θόρυβο στη λήψη βίντεο με βιντεοκάμερα βασισμένη σε CCD σε σύγκριση με τη λήψη βίντεο με κάμερα CMOS. Αυτό είναι το πρώτο και σημαντικότερο πλεονέκτημα. Και κάτι ακόμα: η απόδοση των πινάκων CCD είναι απλά εκπληκτική: ο συντελεστής πλήρωσης πλησιάζει το 100%, η αναλογία των καταχωρημένων φωτονίων είναι 95%. Πάρτε ένα συνηθισμένο ανθρώπινο μάτι - εδώ η αναλογία είναι περίπου 1%.

Η υψηλή τιμή και η υψηλή κατανάλωση ενέργειας είναι τα μειονεκτήματα αυτών των πινάκων. Γεγονός είναι ότι εδώ η διαδικασία ηχογράφησης είναι απίστευτα δύσκολη. Η σταθεροποίηση εικόνας πραγματοποιείται χάρη σε πολλούς πρόσθετους μηχανισμούς που δεν είναι διαθέσιμοι σε πίνακες CMOS, επομένως η τεχνολογία CCD είναι πολύ πιο ακριβή.

Οι μήτρες CCD χρησιμοποιούνται σε συσκευές που απαιτούν έγχρωμη και υψηλής ποιότητας εικόνα και οι οποίες, ενδεχομένως, θα τραβήξουν δυναμικές σκηνές. Αυτές είναι επαγγελματικές βιντεοκάμερες ως επί το πλείστον, αν και οικιακές. Πρόκειται επίσης για συστήματα παρακολούθησης, ψηφιακές κάμερες κ.λπ.

Οι μήτρες CMOS χρησιμοποιούνται όπου δεν υπάρχουν ιδιαίτερα υψηλές απαιτήσεις για ποιότητα εικόνας: αισθητήρες κίνησης, φθηνά smartphone... Ωστόσο, αυτό ίσχυε πριν. Οι σύγχρονοι πίνακες CMOS έχουν διαφορετικές τροποποιήσεις, γεγονός που τους καθιστά πολύ ποιοτικούς και άξιους σε ό,τι αφορά τον ανταγωνισμό με τους πίνακες CCD.

Τώρα είναι δύσκολο να κρίνουμε ποια τεχνολογία είναι καλύτερη, γιατί και οι δύο δείχνουν εξαιρετικά αποτελέσματα. Επομένως, το να θέσουμε τον τύπο του πίνακα ως το μόνο κριτήριο επιλογής είναι τουλάχιστον ανόητο. Είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη πολλά χαρακτηριστικά.

Αξιολογήστε αυτό το άρθρο:

Για να μετατρέψετε τη ροή φωτός σε ηλεκτρονικό σήμα, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε ψηφιακό κωδικό που καταγράφεται στην κάρτα μνήμης της κάμερας.
Ο πίνακας αποτελείται από εικονοστοιχεία, ο σκοπός του καθενός είναι να εξάγει ένα ηλεκτρονικό σήμα που αντιστοιχεί στην ποσότητα φωτός που πέφτει πάνω του.
Η διαφορά μεταξύ των αισθητήρων CCD και CMOS είναι μέσα μεθοδολογία μετατροπής το σήμα που λαμβάνεται από το pixel. Στην περίπτωση των CCD - σταθερά και με ελάχιστο θόρυβο, στην περίπτωση CMOS - γρήγορα και με λιγότερη κατανάλωση ενέργειας (και χάρη σε πρόσθετα κυκλώματα, η ποσότητα του θορύβου μειώνεται σημαντικά).
Ωστόσο, πρώτα πρώτα…

Διάκριση μεταξύ των πινάκων CCD και CMOS

CCD - μήτρα

Μια συσκευή συζευγμένης φόρτισης (CCD, στα αγγλικά - CCD) ονομάζεται έτσι λόγω του τρόπου με τον οποίο το φορτίο μεταφέρεται μεταξύ φωτοευαίσθητων στοιχείων - pixel σε pixel και εν τέλει αφαιρώντας τη φόρτιση από τον αισθητήρα .

Οι χρεώσεις μετατοπίζονται κατά μήκος της μήτρας σε σειρές από πάνω προς τα κάτω. Έτσι, η χρέωση μετακινείται προς τα κάτω στις σειρές πολλαπλών καταχωρητών (στήλων) ταυτόχρονα.
Πριν φύγετε από τον αισθητήρα CCD, το φορτίο κάθε pixel ενισχύεται και η έξοδος είναι αναλογικό σήμαμε διαφορετική τάση (ανάλογα με την ποσότητα φωτός που χτυπά το pixel). Πριν από την επεξεργασία, αυτό το σήμα αποστέλλεται στο ξεχωριστός (εκτός του τσιπ) μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό και τα ψηφιακά δεδομένα που προκύπτουν μετατρέπονται σε byte που αντιπροσωπεύουν μια γραμμή της εικόνας που λαμβάνεται από τον αισθητήρα.

Αφού το CCD εκπέμπει ηλεκτρικό φορτίο, το οποίο έχει χαμηλή αντίσταση και είναι λιγότερο επιρρεπές σε παρεμβολές από άλλους ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ, το σήμα που προκύπτει συνήθως περιέχει λιγότερη ποικιλία θορύβου σε σύγκριση με το σήμα του αισθητήρα CMOS.

CMOS - μήτρα

ΣΕ Αισθητήρας CMOS (CMOS - συμπληρωματικός ημιαγωγός μετάλλου - οξειδίου, στα αγγλικά - CMOS), η συσκευή επεξεργασίας βρίσκεται δίπλα σε κάθε pixel (μερικές φορές τοποθετείται στην ίδια τη μήτρα), η οποία αυξάνεται εκτέλεση συστήματα. Επίσης, λόγω έλλειψης πρόσθετων συσκευών επεξεργασίας, σημειώνουμε χαμηλή κατανάλωση ενέργειας CMOS - πίνακες.

Κάποια ιδέα για τη διαδικασία ανάγνωσης πληροφοριών από πίνακες μπορεί να ληφθεί από το παρακάτω βίντεο

Οι τεχνολογίες βελτιώνονται συνεχώς και σήμερα η παρουσία μιας μήτρας CMOS σε μια φωτογραφική μηχανή ή μια βιντεοκάμερα υποδεικνύει μια υψηλότερη κατηγορία του μοντέλου. Οι κατασκευαστές συχνά επικεντρώνονται σε μοντέλα με αισθητήρες CMOS.
Πρόσφατα, η ανάπτυξη ενός αισθητήρα CMOS τοποθετημένου στο πίσω μέρος έχει γίνει δημοφιλής, ο οποίος δείχνει καλύτερα αποτελέσματα κατά τη λήψη σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού και έχει επίσης χαμηλότερο επίπεδο θορύβου.

Ένα μεμονωμένο στοιχείο είναι ευαίσθητο σε ολόκληρο το ορατό φασματικό εύρος, επομένως, χρησιμοποιείται ένα φίλτρο φωτός πάνω από τις φωτοδιόδους των έγχρωμων πινάκων CCD, το οποίο μεταδίδει μόνο ένα από τα τρία χρώματα: κόκκινο (κόκκινο), πράσινο (πράσινο), μπλε (μπλε) ή κίτρινο (Κίτρινο), ματζέντα (Ματζέντα), τιρκουάζ (Κυανό). Και με τη σειρά του, δεν υπάρχουν τέτοια φίλτρα σε μια ασπρόμαυρη μήτρα CCD.

ΣΥΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ PIXEL

Το εικονοστοιχείο αποτελείται από ένα υπόστρωμα p επικαλυμμένο με ένα διαφανές διηλεκτρικό, πάνω στο οποίο εναποτίθεται ένα ηλεκτρόδιο μετάδοσης φωτός, το οποίο σχηματίζει ένα φρεάτιο δυναμικού.

Πάνω από το εικονοστοιχείο, μπορεί να υπάρχει ένα φίλτρο φωτός (που χρησιμοποιείται σε έγχρωμες μήτρες) και ένας συγκλίνοντας φακός (χρησιμοποιείται σε πίνακες όπου τα αισθητήρια στοιχεία δεν καταλαμβάνουν πλήρως την επιφάνεια).

Ένα θετικό δυναμικό εφαρμόζεται σε ένα ηλεκτρόδιο μετάδοσης φωτός που βρίσκεται στην επιφάνεια του κρυστάλλου. Το φως που πέφτει σε ένα εικονοστοιχείο διεισδύει βαθιά στη δομή του ημιαγωγού, σχηματίζοντας ένα ζεύγος ηλεκτρονίων-οπών. Το προκύπτον ηλεκτρόνιο και η οπή απομακρύνονται από το ηλεκτρικό πεδίο: το ηλεκτρόνιο μετακινείται στη ζώνη αποθήκευσης φορέα (δυνητικό πηγάδι) και οι οπές ρέουν στο υπόστρωμα.

Ένα pixel έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

• Η χωρητικότητα ενός φρεατίου δυναμικού είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων που μπορεί να χωρέσει ένα πηγάδι δυναμικού.
• Η φασματική ευαισθησία ενός εικονοστοιχείου είναι η εξάρτηση της ευαισθησίας (ο λόγος της τιμής του φωτορεύματος προς την τιμή της φωτεινής ροής) από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας.
• Η κβαντική απόδοση (μετρούμενη ως ποσοστό) είναι μια φυσική ποσότητα ίση με την αναλογία του αριθμού των φωτονίων των οποίων η απορρόφηση προκάλεσε το σχηματισμό οιονεί σωματιδίων προς τον συνολικό αριθμό των φωτονίων που απορροφήθηκαν. Στους σύγχρονους πίνακες CCD, το ποσοστό αυτό φτάνει το 95%. Για σύγκριση, το ανθρώπινο μάτι έχει κβαντική απόδοση περίπου 1%.
• Το δυναμικό εύρος είναι ο λόγος της τάσης ή του ρεύματος κορεσμού προς την τάση RMS ή το ρεύμα του σκοτεινού θορύβου. Μετράται σε dB.

CCD MATRIX ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΦΟΡΤΙΩΝ

Ο πίνακας CCD χωρίζεται σε σειρές και κάθε σειρά χωρίζεται με τη σειρά του σε pixel. Οι σειρές χωρίζονται μεταξύ τους με στρώματα στοπ (p +), τα οποία δεν επιτρέπουν τη ροή φορτίων μεταξύ τους. Για τη μετακίνηση του πακέτου δεδομένων, χρησιμοποιούνται παράλληλοι καταχωρητές μετατόπισης, γνωστός και ως κατακόρυφος (Αγγλικό VCCD) και σειριακός, γνωστός και ως οριζόντιος (Αγγλικό HCCD).

Ο απλούστερος κύκλος λειτουργίας ενός καταχωρητή μετατόπισης τριών φάσεων ξεκινά με το γεγονός ότι εφαρμόζεται ένα θετικό δυναμικό στην πρώτη πύλη, ως αποτέλεσμα του οποίου σχηματίζεται ένα φρεάτιο, γεμάτο με τα παραγόμενα ηλεκτρόνια. Στη συνέχεια εφαρμόζουμε ένα δυναμικό στη δεύτερη πύλη, υψηλότερο από την πρώτη, με αποτέλεσμα να σχηματίζεται ένα βαθύτερο φρεάτιο δυναμικού κάτω από τη δεύτερη πύλη, μέσα στο οποίο θα ρέουν ηλεκτρόνια κάτω από την πρώτη πύλη. Για να συνεχίσετε την κίνηση της φόρτισης, θα πρέπει να μειώσετε τη δυνητική τιμή στη δεύτερη πύλη και να εφαρμόσετε μεγαλύτερο δυναμικό στην τρίτη. Τα ηλεκτρόνια ρέουν κάτω από την τρίτη πύλη. Αυτός ο κύκλοςσυνεχίζει από το σημείο συσσώρευσης στην απευθείας ανάγνωση οριζόντια αντίσταση. Όλα τα ηλεκτρόδια των καταχωρητών οριζόντιας και κατακόρυφης μετατόπισης σχηματίζουν φάσεις (φάση 1, φάση 2 και φάση 3).

Ταξινόμηση πινάκων CCD ανά χρώμα:

• Μαύρο και άσπρο
• έγχρωμος

Ταξινόμηση πινάκων CCD κατά αρχιτεκτονική:

Τα φωτοευαίσθητα κύτταρα σημειώνονται με πράσινο χρώμα, οι αδιαφανείς περιοχές σημειώνονται με γκρι.

Τα ακόλουθα χαρακτηριστικά είναι εγγενή στον πίνακα CCD:

• Η απόδοση μεταφοράς φορτίου είναι ο λόγος του αριθμού των ηλεκτρονίων στο φορτίο στο τέλος της διαδρομής του καταχωρητή μετατόπισης προς τον αριθμό στην αρχή.
• Ο συντελεστής πλήρωσης είναι η αναλογία της περιοχής που γεμίζει με φωτοευαίσθητα στοιχεία προς τη συνολική επιφάνεια της φωτοευαίσθητης επιφάνειας της μήτρας CCD.
• Το σκοτεινό ρεύμα είναι ένα ηλεκτρικό ρεύμα που διαρρέει ένα φωτοευαίσθητο στοιχείο απουσία προσπίπτοντος φωτονίων.
• Ο θόρυβος ανάγνωσης είναι ο θόρυβος που εμφανίζεται στα κυκλώματα μετατροπής και ενίσχυσης του σήματος εξόδου.

Πίνακες με μεταφορά προσωπικού. (Αγγλική μεταφορά καρέ).

Πλεονεκτήματα: Η ικανότητα να καταλαμβάνει το 100% της επιφάνειας με φωτοευαίσθητα στοιχεία. Ο χρόνος ανάγνωσης είναι χαμηλότερος από τον αισθητήρα μεταφοράς πλήρους καρέ. Λιγότερο θάμπωμα από το CCD μεταφοράς πλήρους καρέ. Έχει ένα πλεονέκτημα κύκλου λειτουργίας έναντι της αρχιτεκτονικής πλήρους κάδρου: το CCD μετατόπισης πλαισίου συλλέγει φωτόνια όλη την ώρα. Ελαττώματα: Κατά την ανάγνωση δεδομένων, η πηγή φωτός θα πρέπει να καλύπτεται με κλείστρο για να αποφευχθεί η εμφάνιση κηλίδων. Η διαδρομή κίνησης του φορτίου έχει αυξηθεί, γεγονός που επηρεάζει αρνητικά την απόδοση της μεταφοράς φορτίου. Αυτοί οι αισθητήρες είναι πιο ακριβοί στην κατασκευή και την κατασκευή τους από τις συσκευές μεταφοράς πλήρους πλαισίου.

Πίνακες μεταφοράς μεταξύ γραμμής ή πίνακες με προσωρινή αποθήκευση στηλών (Αγγλικά Interline-transfer).
	Πλεονεκτήματα: Δεν χρειάζεται να τοποθετήσετε κλείστρο. Χωρίς λίπανση. Ελαττώματα: Δυνατότητα πλήρωσης της επιφάνειας με ευαίσθητα στοιχεία όχι περισσότερο από 50%. Η ταχύτητα ανάγνωσης περιορίζεται από την ταχύτητα του καταχωρητή αλλαγής ταχυτήτων. Η ανάλυση είναι χαμηλότερη από αυτή των CCD μεταφοράς πλαισίου και πλήρους καρέ.

Πίνακες με μεταφορά γραμμής-πλαισίου ή πίνακες με προσωρινή αποθήκευση στηλών (Αγγλική ενδιάμεση γραμμή).

Πλεονεκτήματα: Οι διαδικασίες συσσώρευσης και μεταφοράς φορτίου διαχωρίζονται χωρικά. Το φορτίο από τα στοιχεία συσσώρευσης μεταφέρεται στους καταχωρητές μεταφοράς κλειστούς από το φως της μήτρας CCD. Η μεταφορά φόρτισης ολόκληρης της εικόνας πραγματοποιείται σε 1 κύκλο. Χωρίς λίπανση? Το διάστημα μεταξύ των εκθέσεων είναι ελάχιστο και κατάλληλο για εγγραφή βίντεο. Ελαττώματα: Δυνατότητα πλήρωσης της επιφάνειας με ευαίσθητα στοιχεία όχι περισσότερο από 50%. Η ανάλυση είναι χαμηλότερη από τα CCD μεταφοράς πλαισίου και πλήρους καρέ. Η διαδρομή κίνησης του φορτίου έχει αυξηθεί, γεγονός που επηρεάζει αρνητικά την απόδοση της μεταφοράς φορτίου.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ CCD

	ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ για φασματοσκοπία? για μικροσκοπια? για κρυσταλλογραφία? για ακτινοσκόπηση? για τις φυσικές επιστήμες? για τις βιολογικές επιστήμες.
	ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΧΩΡΟΥ σε τηλεσκόπια? σε star trackers? σε δορυφόρους παρακολούθησης? κατά την ανίχνευση πλανητών. εποχούμενο και χειροκίνητο εξοπλισμό του πληρώματος.
	ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ για να ελέγξετε την ποιότητα των συγκολλήσεων. για τον έλεγχο της ομοιομορφίας των βαμμένων επιφανειών. να μελετήσει την αντοχή στη φθορά των μηχανικών προϊόντων. για ανάγνωση barcodes? για τον έλεγχο της ποιότητας της συσκευασίας των προϊόντων.
	ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ σε διαμερίσματα κατοικιών? στα αεροδρόμια? σε εργοτάξια· στον εργασιακό χώρο; σε «έξυπνες» κάμερες που αναγνωρίζουν το πρόσωπο ενός ανθρώπου.
	ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ σε επαγγελματικές κάμερες? σε ερασιτεχνικές κάμερες? στα κινητά τηλέφωνα.
	ΙΑΤΡΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ στην ακτινοσκόπηση? στην καρδιολογία? στη μαστογραφία? στην οδοντιατρική? στη μικροχειρουργική? στην ογκολογία.
	ΕΦΑΡΜΟΓΗ AUTO-ROAD για αυτόματη αναγνώριση πινακίδων κυκλοφορίας? για έλεγχο ταχύτητας? για τη διαχείριση της ροής της κυκλοφορίας· για πάρκινγκ? στα συστήματα αστυνομικής επιτήρησης.

Πώς εμφανίζεται η παραμόρφωση κατά τη λήψη κινούμενων αντικειμένων σε έναν αισθητήρα με ρολό:

ΣΕ τα τελευταία χρόνιαστον τύπο σχεδόν υπολογιστή (και όχι μόνο), υπάρχουν συχνά ενθουσιώδεις κριτικές αφιερωμένες στο επόμενο «τεχνολογικό θαύμα, σχεδιασμένο να φέρει επανάσταση στο μέλλον της ψηφιακής φωτογραφίας» - αυτή είναι μια γενικευμένη εκδοχή της φράσης, με τη μια ή την άλλη μορφή που βρέθηκε σε καθένα από αυτά τα άρθρα. Αυτό όμως που είναι χαρακτηριστικό είναι ότι μετά από μόλις ένα χρόνο, η αρχική δημοσιότητα σταδιακά εξαφανίζεται και οι περισσότεροι κατασκευαστές ψηφιακού φωτογραφικού εξοπλισμού προτιμούν να χρησιμοποιούν δοκιμασμένες λύσεις αντί για «προηγμένη ανάπτυξη».

Θα τολμούσα να προτείνω ότι ο λόγος αυτής της εξέλιξης των γεγονότων είναι αρκετά απλός - αρκεί να προσέξουμε τη «λαμπρή απλότητα» αυτής ή της άλλης απόφασης. Πράγματι, η ανάλυση του πίνακα δεν είναι αρκετή; Και ας τακτοποιήσουμε τα pixel όχι σε στήλες και σειρές, αλλά σε διαγώνιες γραμμές και, στη συνέχεια, να "περιστρέψουμε" την "εικόνα" προγραμματικά κατά 45 μοίρες - εδώ θα διπλασιάσουμε αμέσως την ανάλυση! Δεν έχει σημασία ότι με αυτόν τον τρόπο αυξάνεται η καθαρότητα μόνο αυστηρά κάθετων και οριζόντιων γραμμών, ενώ οι λοξές και οι καμπύλες (από τις οποίες αποτελείται η πραγματική εικόνα) παραμένουν αμετάβλητες. Το κύριο πράγμα είναι ότι το αποτέλεσμα παρατηρείται, πράγμα που σημαίνει ότι μπορείτε να το δηλώσετε δυνατά.

Δυστυχώς ο σύγχρονος χρήστης «χαλάει τα megapixel». Αγνοεί ότι κάθε φορά που αυξάνεται η ανάλυση, οι προγραμματιστές των «κλασικών» πινάκων CCD πρέπει να λύσουν το πιο δύσκολο έργο της διασφάλισης ενός αποδεκτού δυναμικού εύρους και ευαισθησίας αισθητήρα. Αλλά «λύσεις» όπως η εναλλαγή από τα ορθογώνια σε οκταγωνικά pixel φαίνονται αρκετά κατανοητές και δικαιολογημένες σε έναν απλό ερασιτέχνη φωτογράφο - άλλωστε, είναι τόσο ξεκάθαρα γραμμένο σε διαφημιστικά φυλλάδια ...

Ο σκοπός αυτού του άρθρου είναι να προσπαθήσει να απλό επίπεδοεξηγήστε τι καθορίζει την ποιότητα της εικόνας που λαμβάνεται στην έξοδο από το CCD. Ταυτόχρονα, μπορείτε να αγνοήσετε εντελώς την ποιότητα των οπτικών - η εμφάνιση της δεύτερης "DSLR" που κοστίζει λιγότερο από 1000 $ (Nikon D 70) μας επιτρέπει να ελπίζουμε ότι μια περαιτέρω αύξηση της ανάλυσης αισθητήρα για κάμερες είναι αποδεκτή κατηγορία τιμήςδεν θα περιοριστεί σε φακούς «σαπουνιού».

Εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Έτσι, η εικόνα που σχηματίζεται από τον φακό πέφτει στη μήτρα CCD, δηλαδή οι ακτίνες φωτός πέφτουν στη φωτοευαίσθητη επιφάνεια των στοιχείων CCD, το καθήκον της οποίας είναι να μετατρέψει την ενέργεια του φωτονίου σε ηλεκτρικό φορτίο. Συμβαίνει περίπου ως εξής.

Για ένα φωτόνιο που έχει πέσει πάνω σε ένα στοιχείο CCD, υπάρχουν τρία σενάρια για την εξέλιξη των γεγονότων - είτε θα «ρικοχετωθεί» από την επιφάνεια, είτε θα απορροφηθεί στο πάχος του ημιαγωγού (υλικό μήτρας), είτε θα «τρυπήσει» τον «χώρο εργασίας» του. Είναι προφανές ότι οι προγραμματιστές καλούνται να δημιουργήσουν έναν τέτοιο αισθητήρα, στον οποίο θα ελαχιστοποιούνταν οι απώλειες από το «ρικοσέ» και το «shoot through». Τα ίδια φωτόνια που απορροφήθηκαν από τη μήτρα σχηματίζουν ένα ζεύγος ηλεκτρονίου-οπής εάν υπήρχε αλληλεπίδραση με ένα άτομο του κρυσταλλικού πλέγματος ημιαγωγών ή μόνο ένα φωτόνιο (ή οπή) εάν η αλληλεπίδραση ήταν με άτομα ακαθαρσιών δότη ή δέκτη, και λέγονται και τα δύο αυτά φαινόμενα εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Φυσικά, η λειτουργία του αισθητήρα δεν περιορίζεται στο εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο - είναι απαραίτητο να αποθηκεύσετε τους φορείς φόρτισης που "πάρθηκαν" από τον ημιαγωγό σε μια ειδική αποθήκευση και στη συνέχεια να τους διαβάσετε.

Στοιχείο CCD

ΣΕ γενική εικόναΟ σχεδιασμός του στοιχείου CCD μοιάζει με αυτό: ένα υπόστρωμα πυριτίου τύπου p είναι εξοπλισμένο με κανάλια από ημιαγωγό τύπου n. Πάνω από τα κανάλια, τα ηλεκτρόδια είναι κατασκευασμένα από πολυκρυσταλλικό πυρίτιο με μονωτικό στρώμα οξειδίου του πυριτίου. Μετά την εφαρμογή ηλεκτρικού δυναμικού σε ένα τέτοιο ηλεκτρόδιο, στη ζώνη εξάντλησης κάτω από το κανάλι τύπου n, πιθανή τρύπα, σκοπός του οποίου είναι η αποθήκευση ηλεκτρονίων. Ένα φωτόνιο που διεισδύει στο πυρίτιο οδηγεί στη δημιουργία ενός ηλεκτρονίου, το οποίο έλκεται από το πηγάδι δυναμικού και παραμένει σε αυτό. Περισσότερα φωτόνια (έντονο φως) παρέχουν περισσότερο φορτίο στο φρεάτιο. Στη συνέχεια, πρέπει να υπολογίσετε την αξία αυτής της χρέωσης, που ονομάζεται επίσης φωτορεύμα, και να το ενισχύσετε.

Η ανάγνωση των φωτορευμάτων των στοιχείων CCD πραγματοποιείται από τα λεγόμενα καταχωρητές διαδοχικής μετατόπισης, που μετατρέπουν μια σειρά φορτίων στην είσοδο σε μια σειρά παλμών στην έξοδο. Αυτή η σειρά είναι ένα αναλογικό σήμα, το οποίο στη συνέχεια τροφοδοτείται στον ενισχυτή.

Έτσι, χρησιμοποιώντας τον καταχωρητή, είναι δυνατή η μετατροπή των φορτίων μιας σειράς στοιχείων CCD σε αναλογικό σήμα. Πράγματι, σειριακό μητρώοΗ μετατόπιση στα CCD υλοποιείται χρησιμοποιώντας τα ίδια στοιχεία CCD συνδυασμένα σε μια σειρά. Η λειτουργία μιας τέτοιας συσκευής βασίζεται στην ικανότητα συσκευές συζευγμένες με φόρτιση(αυτό σημαίνει η συντομογραφία CCD) να ανταλλάσσουν χρεώσεις των πιθανών πηγαδιών τους. Η ανταλλαγή πραγματοποιείται λόγω της παρουσίας ειδικών ηλεκτρόδια μεταφοράς(πύλη μεταφοράς) που βρίσκεται μεταξύ γειτονικών στοιχείων CCD. Όταν εφαρμόζεται αυξημένο δυναμικό στο πλησιέστερο ηλεκτρόδιο, το φορτίο "ρέει" κάτω από αυτό από το πηγάδι δυναμικού. Μεταξύ των στοιχείων CCD μπορεί να βρίσκεται από δύο έως τέσσερα ηλεκτρόδια μεταφοράς, η "φάση" του καταχωρητή μετατόπισης εξαρτάται από τον αριθμό τους, ο οποίος μπορεί να ονομαστεί διφασικός, τριφασικός ή τετραφασικός.

Η παροχή δυναμικών στα ηλεκτρόδια μεταφοράς συγχρονίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε η κίνηση των φορτίων των πηγαδιών δυναμικού όλων των στοιχείων CCD του καταχωρητή να πραγματοποιείται ταυτόχρονα. Και σε έναν κύκλο μεταφοράς, τα στοιχεία CCD, όπως ήταν, "μεταδίδουν φορτία κατά μήκος της αλυσίδας" από αριστερά προς τα δεξιά (ή από τα δεξιά προς τα αριστερά). Λοιπόν, το στοιχείο CCD που αποδείχθηκε ότι είναι το "ακραίο" δίνει τη φόρτισή του στη συσκευή που βρίσκεται στην έξοδο του μητρώου, δηλαδή στον ενισχυτή.

Γενικά, ένας καταχωρητής σειριακής μετατόπισης είναι μια συσκευή παράλληλης εισόδου, σειριακής εξόδου. Επομένως, αφού διαβάσετε όλες τις χρεώσεις από το μητρώο, είναι δυνατή η εφαρμογή στην εισαγωγή του νέα γραμμή, μετά το επόμενο και έτσι σχηματίζουν ένα συνεχές αναλογικό σήμα που βασίζεται σε μια δισδιάστατη διάταξη φωτορευμάτων. Με τη σειρά του, η παράλληλη ροή εισόδου για τον καταχωρητή σειριακής μετατόπισης (δηλαδή σειρές της δισδιάστατης διάταξης φωτορευμάτων) παρέχεται από ένα σύνολο κατακόρυφα προσανατολισμένων καταχωρητών σειριακής μετατόπισης, το οποίο ονομάζεται παράλληλος καταχωρητής μετατόπισης, και ολόκληρη η δομή στο σύνολό της είναι απλώς μια συσκευή που ονομάζεται μήτρα CCD.

Οι καταχωρητές "κάθετης" σειριακής μετατόπισης που απαρτίζουν τον καταχωρητή παράλληλης μετατόπισης καλούνται Στήλες CCDκαι η δουλειά τους είναι πλήρως συγχρονισμένη. Δισδιάστατος πίνακαςΤα φωτορεύματα της μήτρας CCD μετατοπίζονται ταυτόχρονα προς τα κάτω κατά μία σειρά, και αυτό συμβαίνει μόνο αφού οι φορτίσεις της προηγούμενης σειράς από τον καταχωρητή σειριακής μετατόπισης που βρίσκεται "στο κάτω μέρος" έχουν πάει στον ενισχυτή. Μέχρι να απελευθερωθεί ο σειριακός καταχωρητής, ο παράλληλος καταχωρητής αναγκάζεται να τεθεί σε αδράνεια. Λοιπόν, για κανονική λειτουργία, η ίδια η μήτρα CCD πρέπει να συνδεθεί σε ένα μικροκύκλωμα (ή ένα σετ από αυτά), το οποίο παρέχει δυναμικά στα ηλεκτρόδια τόσο των σειριακών όσο και των παράλληλων καταχωρητών μετατόπισης και επίσης συγχρονίζει τη λειτουργία και των δύο καταχωρητών. Επιπλέον, χρειάζεται μια γεννήτρια ρολογιού.

Αισθητήρας πλήρους καρέ

Αυτός ο τύπος αισθητήρα είναι ο απλούστερος από εποικοδομητική άποψη και ονομάζεται CCD πλήρους καρέ(full-frame CCD - matrix). Εκτός από τα μικροκυκλώματα «δεσίματος», αυτός ο τύπος μήτρας χρειάζεται επίσης ένα μηχανικό κλείστρο που εμποδίζει τη ροή φωτός μετά την ολοκλήρωση της έκθεσης. Πριν κλείσει τελείως το κλείστρο, δεν μπορεί να ξεκινήσει η ανάγνωση των φορτίων - κατά τη διάρκεια του κύκλου εργασίας του καταχωρητή παράλληλης μετατόπισης, θα προστεθούν επιπλέον ηλεκτρόνια στο φωτορεύμα καθενός από τα pixel του, που προκαλούνται από τα φωτόνια που χτυπούν στην ανοιχτή επιφάνεια της μήτρας CCD . Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται «Λίγωμα» της φόρτισης σε μήτρα πλήρους καρέ(full - frame matrix smear).

Ετσι, ρυθμός ανάγνωσης καρέσε ένα τέτοιο σχήμα περιορίζεται από την ταχύτητα τόσο των παράλληλων όσο και των σειριακών καταχωρητών μετατόπισης. Είναι επίσης προφανές ότι είναι απαραίτητο να μπλοκάρουμε το φως που προέρχεται από τον φακό μέχρι να ολοκληρωθεί η διαδικασία ανάγνωσης, άρα διάστημα έκθεσηςεξαρτάται και από την ταχύτητα ανάγνωσης.

Υπάρχει μια βελτιωμένη έκδοση του πίνακα πλήρους καρέ, στον οποίο οι χρεώσεις του παράλληλου καταχωρητή δεν έρχονται γραμμή προς γραμμή στην είσοδο του σειριακού, αλλά «αποθηκεύονται» στον παράλληλο καταχωρητή buffer. Αυτό το μητρώοβρίσκεται κάτω από τον κύριο παράλληλο καταχωρητή μετατόπισης, τα φωτορεύματα μετακινούνται γραμμή προς γραμμή στον καταχωρητή buffer και από αυτόν τροφοδοτούνται στην είσοδο του καταχωρητή σειριακής μετατόπισης. Η επιφάνεια του καταχωρητή buffer καλύπτεται με ένα αδιαφανές (συνήθως μεταλλικό) πλαίσιο και ολόκληρο το σύστημα ονομάζεται πίνακες προσωρινής αποθήκευσης πλαισίου(πλαίσιο - μεταφορά CCD).

Frame Buffered Matrix

Σε αυτό το σχήμα, τα πιθανά φρεάτια της κύριας παράλληλης μετατόπισης "αδειάζουν" αισθητά πιο γρήγορα, καθώς κατά τη μεταφορά γραμμών στην προσωρινή μνήμη, δεν χρειάζεται να περιμένετε για κάθε γραμμή πλήρης κύκλοςσειριακό μητρώο. Επομένως, το διάστημα μεταξύ των εκθέσεων μειώνεται, αν και η ταχύτητα ανάγνωσης πέφτει επίσης - η γραμμή πρέπει να «ταξιδέψει» δύο φορές περισσότερο. Έτσι, το διάστημα μεταξύ των εκθέσεων μειώνεται μόνο για δύο καρέ, αν και το κόστος της συσκευής λόγω του καταχωρητή buffer αυξάνεται σημαντικά. Ωστόσο, το πιο αξιοσημείωτο μειονέκτημα των μητρών με buffering πλαισίου είναι η επιμήκυνση "διαδρομή" των φωτορευμάτων, η οποία επηρεάζει αρνητικά την ασφάλεια των τιμών τους. Και σε κάθε περίπτωση, ένα μηχανικό κλείστρο θα πρέπει να λειτουργεί μεταξύ των καρέ, οπότε δεν χρειάζεται να μιλάμε για συνεχές σήμα βίντεο.

Πίνακες με προσωρινή αποθήκευση στηλών

Ειδικά για τον εξοπλισμό βίντεο, αναπτύχθηκε ένας νέος τύπος matrix, στον οποίο το διάστημα μεταξύ των εκθέσεων ελαχιστοποιήθηκε όχι για μερικά καρέ, αλλά για μια συνεχή ροή. Φυσικά, για να εξασφαλιστεί αυτή η συνέχεια, ήταν απαραίτητο να προβλεφθεί η απόρριψη ενός μηχανικού κλείστρου.

Πράγματι αυτό το καθεστώς, με όνομα πίνακες προσωρινής αποθήκευσης στηλών(interline CCD -matrix), κάπως παρόμοιο με συστήματα με buffering πλαισίου - χρησιμοποιεί επίσης έναν καταχωρητή παράλληλης μετατόπισης buffer, τα στοιχεία CCD του οποίου είναι κρυμμένα κάτω από μια αδιαφανή επίστρωση. Ωστόσο, αυτό το buffer δεν βρίσκεται σε ένα μόνο μπλοκ κάτω από τον κύριο παράλληλο καταχωρητή - οι στήλες του "ανακατεύονται" μεταξύ των στηλών του κύριου καταχωρητή. Ως αποτέλεσμα, δίπλα σε κάθε στήλη του κύριου καταχωρητή υπάρχει μια στήλη προσωρινής αποθήκευσης και αμέσως μετά την έκθεση, τα φωτορεύματα δεν μετακινούνται «από πάνω προς τα κάτω», αλλά «από αριστερά προς τα δεξιά» (ή «από τα δεξιά προς τα αριστερά» ) και σε έναν μόνο κύκλο εργασίας εισαγάγετε τον καταχωρητή buffer, ελευθερώνοντας πλήρως και πλήρως τις πιθανές οπές για την επόμενη έκθεση.

Οι χρεώσεις που έχουν πέσει στον καταχωρητή buffer διαβάζονται με τη συνήθη σειρά μέσω ενός καταχωρητή σειριακής μετατόπισης, δηλαδή «από πάνω προς τα κάτω». Δεδομένου ότι η επαναφορά των φωτορευμάτων στον καταχωρητή προσωρινής αποθήκευσης πραγματοποιείται σε έναν μόνο κύκλο, ακόμη και απουσία μηχανικού κλείστρου, δεν υπάρχει τίποτα παρόμοιο με τη «κηλίδα» φόρτισης σε μια μήτρα πλήρους κάδρου. Αλλά ο χρόνος έκθεσης για κάθε καρέ στις περισσότερες περιπτώσεις αντιστοιχεί σε διάρκεια με το διάστημα που δαπανάται για την πλήρη ανάγνωση του παράλληλου καταχωρητή buffer. Χάρη σε όλα αυτά, καθίσταται δυνατή η δημιουργία ενός σήματος βίντεο με υψηλό ρυθμό καρέ - τουλάχιστον 30 καρέ ανά δευτερόλεπτο.

Πίνακας με προσωρινή αποθήκευση στηλών

Συχνά στην εγχώρια βιβλιογραφία, οι πίνακες με προσωρινή αποθήκευση στηλών ονομάζονται λανθασμένα "πεπλεγμένες". Αυτό οφείλεται πιθανώς στο γεγονός ότι τα αγγλικά ονόματα "interline" (line buffering) και "interlaced" (interlaced scanning) ακούγονται πολύ παρόμοια. Στην πραγματικότητα, όταν διαβάζουμε όλες τις σειρές σε έναν κύκλο, μπορούμε να μιλήσουμε για έναν πίνακα με προοδευτική σάρωση(προοδευτική σάρωση), και όταν διαβάζονται μονές γραμμές για τον πρώτο κύκλο, και ζυγές γραμμές για τον δεύτερο (ή το αντίστροφο), μιλάμε για πλεγμένη μήτρα(διαπλεκόμενη σάρωση).

Αν και τα φωτορεύματα του κύριου καταχωρητή παράλληλης μετατόπισης εμπίπτουν αμέσως στον καταχωρητή προσωρινής αποθήκευσης, ο οποίος δεν υπόκειται σε "βομβαρδισμό με φωτόνια", Επίχρισμα φορτίου σε πίνακες με προσωρινή μνήμη στήλης(κηλίδα) συμβαίνει επίσης. Αυτό προκαλείται από μια μερική ροή ηλεκτρονίων από το φρεάτιο δυναμικού του "φωτοευαίσθητου" στοιχείου CCD στο φρεάτιο δυναμικού του στοιχείου "buffer", ιδιαίτερα συχνά αυτό συμβαίνει σε επίπεδα φορτίου κοντά στο μέγιστο, όταν ο φωτισμός των εικονοστοιχείων είναι πολύ ψηλά. Ως αποτέλεσμα, μια φωτεινή λωρίδα τεντώνεται πάνω-κάτω από αυτό το φωτεινό σημείο της εικόνας, χαλώντας το πλαίσιο. Για την καταπολέμηση αυτού του δυσάρεστου αποτελέσματος, κατά το σχεδιασμό του αισθητήρα, οι στήλες "ευαίσθητες στο φως" και οι στήλες προσωρινής αποθήκευσης βρίσκονται σε μεγαλύτερη απόσταση η μία από την άλλη. Φυσικά, αυτό περιπλέκει την ανταλλαγή φόρτισης και επίσης αυξάνει το χρονικό διάστημα αυτής της λειτουργίας, αλλά η ζημιά που προκαλεί η «λεύκανση» στην εικόνα δεν αφήνει καμία επιλογή για τους προγραμματιστές.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, για την παροχή σήματος βίντεο, είναι απαραίτητο ο αισθητήρας να μην απαιτεί την επικάλυψη της ροής φωτός μεταξύ των εκθέσεων, καθώς το μηχανικό κλείστρο σε τέτοιες συνθήκες λειτουργίας (περίπου 30 λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο) μπορεί γρήγορα να αποτύχει. Ευτυχώς, χάρη στις συμβολοσειρές buffer, είναι δυνατή η υλοποίηση ηλεκτρονικό κλείστρο, το οποίο, πρώτον, σας επιτρέπει να κάνετε χωρίς μηχανικό κλείστρο εάν είναι απαραίτητο και, δεύτερον, παρέχει εξαιρετικά χαμηλές (έως 1/10000 δευτερόλεπτο) ταχύτητες κλείστρου, ιδιαίτερα κρίσιμες για τη λήψη διαδικασιών γρήγορης λήψης (αθλήματα, φύση κ.λπ.) . Ωστόσο, το ηλεκτρονικό κλείστρο απαιτεί επίσης ότι η μήτρα έχει ένα σύστημα για την αφαίρεση της υπερβολικής φόρτισης του δυναμικού φρεατίου, ωστόσο, όλα θα συζητηθούν με τη σειρά.

Πρέπει να πληρώσετε για τα πάντα, καθώς και για τη δυνατότητα σχηματισμού σήματος βίντεο. Οι καταχωρητές μετατόπισης buffer "τρώνε" ένα σημαντικό μέρος της περιοχής μήτρας, ως αποτέλεσμα, κάθε pixel παίρνει μόνο το 30% της φωτοευαίσθητης περιοχής της συνολικής του επιφάνειας, ενώ αυτή η περιοχή είναι 70% για έναν αισθητήρα πλήρους καρέ. εικονοκύτταρο. Αυτός είναι ο λόγος που στις περισσότερες σύγχρονες πίνακες CCD, πάνω από κάθε pixel βρίσκεται μικροφακός. Μια τέτοια απλή οπτική συσκευή καλύπτει το μεγαλύτερο μέρος της περιοχής του στοιχείου CCD και συλλέγει ολόκληρο το κλάσμα των φωτονίων που προσπίπτουν σε αυτό το τμήμα σε μια συγκεντρωμένη ροή φωτός, η οποία, με τη σειρά της, κατευθύνεται σε μια μάλλον συμπαγή φωτοευαίσθητη περιοχή του εικονοκύτταρο.

μικροφακοί

Δεδομένου ότι με τη βοήθεια μικροφακών είναι δυνατή η καταγραφή της ροής φωτός που πέφτει στον αισθητήρα πολύ πιο αποτελεσματικά, με την πάροδο του χρόνου, αυτές οι συσκευές άρχισαν να παρέχουν όχι μόνο συστήματα με buffer στήλης, αλλά και πίνακες πλήρους πλαισίου. Ωστόσο, οι μικροφακοί δεν μπορούν επίσης να ονομαστούν "λύση χωρίς μειονεκτήματα".

Ως οπτική συσκευή, οι μικροφακοί παραμορφώνουν σε κάποιο βαθμό την καταγεγραμμένη εικόνα, τις περισσότερες φορές αυτό εκφράζεται με την απώλεια ευκρίνειας στις μικρότερες λεπτομέρειες του πλαισίου - οι άκρες τους γίνονται ελαφρώς θολές. Από την άλλη πλευρά, μια τέτοια θολή εικόνα δεν είναι σε καμία περίπτωση πάντα ανεπιθύμητη - σε ορισμένες περιπτώσεις, η εικόνα που σχηματίζεται από τον φακό περιέχει γραμμές, το μέγεθος και η συχνότητα των οποίων είναι κοντά στις διαστάσεις του στοιχείου CCD και στην απόσταση μεταξύ των εικονοστοιχείων του φακού. μήτρα. Σε αυτή την περίπτωση, το πλαίσιο παρατηρείται συχνά πατώντας(aliasing) - αντιστοίχιση ενός συγκεκριμένου χρώματος σε ένα pixel, ανεξάρτητα από το αν καλύπτεται πλήρως από μια λεπτομέρεια εικόνας ή μόνο μέρος της. Ως αποτέλεσμα, οι γραμμές του αντικειμένου στην εικόνα είναι σχισμένες, με οδοντωτές άκρες. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, οι κάμερες με αισθητήρες χωρίς μικροφακούς χρησιμοποιούν ένα ακριβό φίλτρο κατά της παραμόρφωσης(φίλτρο κατά της παραμόρφωσης), και ένας αισθητήρας με μικροφακούς δεν χρειάζεται τέτοιο φίλτρο. Ωστόσο, σε κάθε περίπτωση, πρέπει να πληρώσετε για αυτό με κάποια μείωση στην ανάλυση του αισθητήρα.

Εάν το θέμα δεν είναι καλά φωτισμένο, συνιστάται να ανοίξετε το διάφραγμα όσο το δυνατόν ευρύτερα. Ωστόσο, αυτό αυξάνει απότομα το ποσοστό των ακτίνων που προσπίπτουν στην επιφάνεια της μήτρας σε απότομη γωνία. Οι μικροφακοί, από την άλλη πλευρά, κόβουν ένα σημαντικό ποσοστό τέτοιων ακτίνων, επομένως η αποτελεσματικότητα της απορρόφησης φωτός από τη μήτρα (εκείνη για την οποία άνοιξε το διάφραγμα) μειώνεται σημαντικά. Αν και πρέπει να σημειωθεί ότι οι ακτίνες που προσπίπτουν σε απότομη γωνία αποτελούν επίσης πηγή προβλημάτων - εισερχόμενοι στο πυρίτιο ενός εικονοστοιχείου, ένα φωτόνιο με μεγάλο μήκος κύματος, το οποίο έχει υψηλή διεισδυτική ισχύ, μπορεί να απορροφηθεί από το υλικό ενός άλλου στοιχείου μήτρας , το οποίο τελικά θα οδηγήσει σε παραμόρφωση της εικόνας. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, η επιφάνεια της μήτρας καλύπτεται με ένα αδιαφανές (για παράδειγμα, μεταλλικό) "πλέγμα", στις εγκοπές του οποίου παραμένουν μόνο οι φωτοευαίσθητες ζώνες των pixel.

Ιστορικά, οι αισθητήρες πλήρους κάδρου έχουν χρησιμοποιηθεί κυρίως στην τεχνολογία στούντιο και οι αισθητήρες στήλης προσωρινής αποθήκευσης στην ερασιτεχνική τεχνολογία. Και οι δύο τύποι αισθητήρων βρίσκονται σε επαγγελματικές κάμερες.

ΣΕ κλασικό μοτίβοΜε ένα στοιχείο CCD που χρησιμοποιεί ηλεκτρόδια πολυκρυσταλλικού πυριτίου, η ευαισθησία είναι περιορισμένη λόγω της μερικής σκέδασης του φωτός από την επιφάνεια του ηλεκτροδίου. Επομένως, κατά τη λήψη σε ειδικές συνθήκες που απαιτούν αυξημένη ευαισθησία στις μπλε και υπεριώδεις περιοχές του φάσματος, χρησιμοποιούνται μήτρες με οπίσθιο φωτισμό. Σε αισθητήρες αυτού του τύπου, το καταγεγραμμένο φως πέφτει στο υπόστρωμα και για να παρέχεται το απαιτούμενο εσωτερικό φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα, το υπόστρωμα γυαλίστηκε σε πάχος 10–15 μικρομέτρων. Αυτό το στάδιο επεξεργασίας αύξησε σημαντικά το κόστος της μήτρας, επιπλέον, οι συσκευές αποδείχθηκαν πολύ εύθραυστες και απαιτούσαν αυξημένη προσοχή κατά τη συναρμολόγηση και τη λειτουργία.

Πίσω φωτιζόμενη μήτρα

Προφανώς, όταν χρησιμοποιούνται φίλτρα φωτός που εξασθενούν τη ροή φωτός, όλες οι δαπανηρές λειτουργίες για την αύξηση της ευαισθησίας χάνουν το νόημά τους, επομένως οι οπίσθιο φωτισμένοι πίνακες χρησιμοποιούνται κυρίως στην αστρονομική φωτογραφία.

Ευαισθησία

Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά μιας συσκευής εγγραφής, είτε πρόκειται για φωτογραφικό φιλμ είτε για CCD matrix, είναι ευαισθησία- την ικανότητα να ανταποκρίνεται με συγκεκριμένο τρόπο στην οπτική ακτινοβολία. Όσο μεγαλύτερη είναι η ευαισθησία, τόσο λιγότερο φως απαιτείται για την απόκριση της συσκευής εγγραφής. Διάφορες τιμές ​​(DIN, ASA) χρησιμοποιήθηκαν για να υποδείξουν την ευαισθησία, αλλά τελικά η πρακτική ριζώθηκε για να ορίσει αυτή την παράμετρο σε μονάδες ISO (Διεθνής Οργανισμός Προτύπων - Διεθνής Οργανισμός Προτύπων).

Για ένα μεμονωμένο στοιχείο CCD, η απόκριση στο φως θα πρέπει να γίνει κατανοητή ως δημιουργία φορτίου. Προφανώς, η ευαισθησία ενός πίνακα CCD είναι το άθροισμα της ευαισθησίας όλων των pixel του και γενικά εξαρτάται από δύο παραμέτρους.

Η πρώτη παράμετρος είναι ολοκληρωμένη ευαισθησία, που είναι η αναλογία του φωτορεύματος (σε milliamp) προς τη φωτεινή ροή (σε lumens) από μια πηγή ακτινοβολίας, η φασματική σύνθεση της οποίας αντιστοιχεί σε μια λάμπα πυρακτώσεως βολφραμίου. Αυτή η παράμετρος σάς επιτρέπει να αξιολογήσετε την ευαισθησία του αισθητήρα στο σύνολό του.

Η δεύτερη παράμετρος είναι μονοχρωματική ευαισθησία, δηλαδή η αναλογία του μεγέθους του φωτορεύματος (σε χιλιοστά αμπέρ) προς το μέγεθος της φωτεινής ενέργειας της ακτινοβολίας (σε χιλιοστοηλεκτρονβολτ) που αντιστοιχεί σε ορισμένο μήκος κύματος. Το σύνολο όλων των τιμών μονοχρωματικής ευαισθησίας για το τμήμα του φάσματος ενδιαφέροντος είναι φασματική ευαισθησία- εξάρτηση της ευαισθησίας από το μήκος κύματος του φωτός. Έτσι, η φασματική ευαισθησία δείχνει την ικανότητα του αισθητήρα να καταγράφει αποχρώσεις ενός συγκεκριμένου χρώματος.

Είναι σαφές ότι οι μονάδες μέτρησης τόσο για την ενσωματωμένη όσο και για τη μονόχρωμη ευαισθησία διαφέρουν από τις ονομασίες που είναι δημοφιλείς στη φωτογραφική τεχνολογία. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι κατασκευαστές ψηφιακού φωτογραφικού εξοπλισμού αναφέρουν στις προδιαγραφές του προϊόντος ισοδύναμη ευαισθησία CCD σε μονάδες ISO. Και για να προσδιορίσει την ισοδύναμη ευαισθησία, ο κατασκευαστής χρειάζεται μόνο να γνωρίζει τον φωτισμό του θέματος, το διάφραγμα και την ταχύτητα κλείστρου και να χρησιμοποιήσει μερικούς τύπους. Σύμφωνα με την πρώτη, η τιμή έκθεσης υπολογίζεται ως log 2 (L *S /C), όπου L είναι η φωτεινότητα, S είναι η ευαισθησία και C είναι η σταθερά έκθεσης. Ο δεύτερος τύπος ορίζει την τιμή έκθεσης ως 2*log 2 K - log 2 t ., όπου K είναι η τιμή διαφράγματος και t είναι η ταχύτητα κλείστρου. Δεν είναι δύσκολο να εξαχθεί ένας τύπος που επιτρέπει, με τα L, C, K και t, να υπολογίσουμε τι ισούται με το S.

Η ευαισθησία του πίνακα είναι μια αναπόσπαστη τιμή, ανάλογα με την ευαισθησία κάθε στοιχείου CCD. Λοιπόν, η ευαισθησία του pixel της μήτρας εξαρτάται, πρώτον, από τα "φωτόνια που αντικαθιστούν τη βροχή" φωτοευαίσθητη περιοχή(συντελεστής πλήρωσης), και δεύτερον, από κβαντική απόδοση(κβαντική απόδοση), δηλαδή ο λόγος του αριθμού των καταχωρημένων ηλεκτρονίων προς τον αριθμό των φωτονίων που προσπίπτουν στην επιφάνεια του αισθητήρα.

Με τη σειρά του, η κβαντική απόδοση επηρεάζεται από μια σειρά από άλλες παραμέτρους. Πρώτον, αυτό συντελεστής ανάκλασης- τιμή που αντιπροσωπεύει την αναλογία εκείνων των φωτονίων που "εκτοξεύονται" από την επιφάνεια του αισθητήρα. Καθώς ο συντελεστής ανάκλασης αυξάνεται, το κλάσμα των φωτονίων που εμπλέκονται στο εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο μειώνεται.

Τα φωτόνια που δεν αντανακλώνται από την επιφάνεια του αισθητήρα θα απορροφηθούν, σχηματίζοντας φορείς φορτίου, ωστόσο, μερικά από αυτά θα «κολλήσουν» κοντά στην επιφάνεια και μερικά θα διεισδύσουν πολύ βαθιά στο υλικό του στοιχείου CCD. Είναι προφανές ότι και στις δύο περιπτώσεις δεν θα λάβουν κανένα μέρος στη διαμόρφωση του φωτορεύματος. Η «διεισδυτική δύναμη» των φωτονίων σε έναν ημιαγωγό, που ονομάζεται συντελεστής απορροφήσεως, εξαρτάται τόσο από το υλικό του ημιαγωγού όσο και από το μήκος κύματος του προσπίπτοντος φωτός - τα σωματίδια «μεγάλου κύματος» διεισδύουν πολύ βαθύτερα από τα «βραχύ κύμα». Κατά την ανάπτυξη ενός στοιχείου CCD, είναι απαραίτητο τα φωτόνια με μήκος κύματος που αντιστοιχεί στην ορατή ακτινοβολία να επιτύχουν τέτοιο συντελεστή απορρόφησης ώστε το εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο να εμφανίζεται κοντά στο φρεάτιο δυναμικού, αυξάνοντας έτσι την πιθανότητα να πέσει ένα ηλεκτρόνιο σε αυτό.

Συχνά, αντί για κβαντική απόδοση, χρησιμοποιείται ο όρος "κβαντική έξοδος"(κβαντική απόδοση), αλλά στην πραγματικότητα αυτή η παράμετρος εμφανίζει τον αριθμό των φορέων φορτίου που απελευθερώνονται όταν απορροφάται ένα φωτόνιο. Φυσικά, με το εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, ο κύριος όγκος των φορέων φορτίου εξακολουθεί να πέφτει στο πηγάδι δυναμικού του στοιχείου CCD, ωστόσο, ένα ορισμένο μέρος των ηλεκτρονίων (ή οπών) αποφεύγει την «παγίδα». Ο αριθμητής του τύπου που περιγράφει την κβαντική απόδοση είναι ακριβώς ο αριθμός των φορέων φορτίου που έπεσαν στο πηγάδι δυναμικού.

Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό μιας μήτρας CCD είναι κατώφλι ευαισθησίας- παράμετρος της συσκευής καταγραφής φωτός, η οποία χαρακτηρίζει την ελάχιστη τιμή του φωτεινού σήματος που μπορεί να καταχωρηθεί. Όσο μικρότερο είναι αυτό το σήμα, τόσο υψηλότερο είναι το όριο ευαισθησίας. Ο κύριος παράγοντας που περιορίζει το όριο ευαισθησίας είναι σκοτεινό ρεύμα(σκοτεινό ρεύμα). Είναι συνέπεια της θερμιονικής εκπομπής και εμφανίζεται σε ένα στοιχείο CCD όταν εφαρμόζεται ένα δυναμικό στο ηλεκτρόδιο, κάτω από το οποίο σχηματίζεται ένα φρεάτιο δυναμικού. Αυτό το ρεύμα ονομάζεται "σκοτεινό" επειδή αποτελείται από ηλεκτρόνια που έχουν πέσει στο φρεάτιο απουσία φωτεινής ροής. Εάν η φωτεινή ροή είναι ασθενής, τότε η τιμή του φωτορεύματος είναι κοντά, και μερικές φορές ακόμη μικρότερη, από την τιμή του σκοτεινού ρεύματος.

Υπάρχει μια εξάρτηση του σκοτεινού ρεύματος από τη θερμοκρασία του αισθητήρα - όταν η μήτρα θερμαίνεται κατά 9 βαθμούς Κελσίου, το σκοτεινό ρεύμα της διπλασιάζεται. Για να ψύξετε τη μήτρα, διάφορα συστήματα αφαίρεσης θερμότητας (ψύξης).. Σε θαλάμους πεδίου, τα χαρακτηριστικά βάρους και μεγέθους των οποίων περιορίζουν σημαντικά τη χρήση συστημάτων ψύξης, μερικές φορές η μεταλλική θήκη του θαλάμου χρησιμοποιείται ως εναλλάκτης θερμότητας. Στον εξοπλισμό στούντιο, δεν υπάρχουν πρακτικά περιορισμοί στο βάρος και τις διαστάσεις, επιπλέον, επιτρέπεται μια αρκετά υψηλή κατανάλωση ενέργειας του συστήματος ψύξης, τα οποία, με τη σειρά τους, χωρίζονται σε παθητικά και ενεργά.

Συστήματα παθητικής ψύξηςπαρέχουν μόνο "εκκένωση" της περίσσειας θερμότητας της ψυχόμενης συσκευής στην ατμόσφαιρα. Ταυτόχρονα, το σύστημα ψύξης παίζει το ρόλο του μέγιστου αγωγού της θερμότητας, παρέχοντας πιο αποτελεσματική απαγωγή θερμότητας. Προφανώς, η θερμοκρασία της ψυχόμενης συσκευής δεν μπορεί να γίνει χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του αέρα περιβάλλοντος, που είναι το κύριο μειονέκτημα των παθητικών συστημάτων.

Το απλούστερο παράδειγμα ενός συστήματος παθητικής ανταλλαγής θερμότητας είναι σώμα καλοριφέρ(ψύκτρα), κατασκευασμένο από υλικό με καλή θερμική αγωγιμότητα, πιο συχνά από μέταλλο. Η επιφάνεια που έρχεται σε επαφή με την ατμόσφαιρα είναι διαμορφωμένη ώστε να παρέχει όσο το δυνατόν μεγαλύτερη περιοχή διασποράς. Είναι γενικά αποδεκτό ότι η μέγιστη περιοχή διασποράς είναι καλοριφέρ με βελόνα, σε σχήμα «σκαντζόχοιρου», με καρφιά με «βελόνες» που διαχέουν τη θερμότητα. Συχνά, για να εξαναγκαστεί η μεταφορά θερμότητας, η επιφάνεια του καλοριφέρ φουσκώνεται μικροανεμιστήρας -παρόμοιες συσκευές που ονομάζονται ψύκτες(cooler, από τη λέξη cool- to cool), in προσωπικούς υπολογιστέςψύξτε τον επεξεργαστή. Με βάση το γεγονός ότι ο μικροανεμιστήρας καταναλώνει ηλεκτρική ενέργεια, τα συστήματα που τον χρησιμοποιούν ονομάζονται "ενεργά", κάτι που είναι εντελώς λάθος, καθώς τα ψυγεία δεν μπορούν να ψύξουν τη συσκευή σε θερμοκρασία χαμηλότερη από την ατμοσφαιρική. Σε υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος (40 βαθμούς και άνω), η απόδοση των συστημάτων παθητικής ψύξης αρχίζει να μειώνεται.

Ενεργά συστήματα ψύξηςλόγω ηλεκτρικών ή χημικών διεργασιών παρέχουν στη συσκευή θερμοκρασία κάτω από τον αέρα του περιβάλλοντος. Πράγματι, ενεργά συστήματα«παράγουν κρύο», ωστόσο, τόσο η θερμότητα της ψυχόμενης συσκευής όσο και η θερμότητα του συστήματος ψύξης απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα. Ένα κλασικό παράδειγμα ενεργού ψυγείου είναι ένα συμβατικό ψυγείο. Ωστόσο, παρά τη μάλλον υψηλή απόδοση, τα χαρακτηριστικά βάρους και μεγέθους του είναι απαράδεκτα ακόμη και για φωτογραφικό εξοπλισμό στούντιο. Επομένως, αυτή ενεργή ψύξηεξασφαλιστεί Συστήματα Peltier, η λειτουργία του οποίου βασίζεται στη χρήση του ίδιου φαινομένου, όταν, με την παρουσία διαφοράς δυναμικού στα άκρα δύο αγωγών από διαφορετικά υλικά, η θερμική ενέργεια θα απελευθερωθεί ή θα απορροφηθεί στη διασταύρωση αυτών των αγωγών ( ανάλογα με την πολικότητα της τάσης). Ο λόγος για αυτό είναι η επιτάχυνση ή η επιβράδυνση των ηλεκτρονίων λόγω της διαφοράς δυναμικού εσωτερικής επαφής της διασταύρωσης του αγωγού.

Όταν χρησιμοποιείται ένας συνδυασμός ημιαγωγών τύπου n και τύπου p, στους οποίους η απορρόφηση θερμότητας πραγματοποιείται λόγω της αλληλεπίδρασης ηλεκτρονίων και "οπών", εμφανίζεται το μέγιστο φαινόμενο αγωγιμότητας της θερμότητας. Για να το βελτιώσετε, μπορείτε να εφαρμόσετε τον συνδυασμό καταρράκτη των στοιχείων Peltier, και επειδή συμβαίνει τόσο απορρόφηση θερμότητας όσο και απελευθέρωση, τα στοιχεία πρέπει να συνδυαστούν έτσι ώστε η μία πλευρά του ψυγείου να είναι «ζεστή» και η άλλη «κρύα». Ως αποτέλεσμα του συνδυασμού καταρράκτη, η θερμοκρασία της «καυτής» πλευράς του στοιχείου Peltier που βρίσκεται πιο μακριά από τη μήτρα είναι πολύ υψηλότερη από αυτή του περιβάλλοντος αέρα και η θερμότητά του διαχέεται στην ατμόσφαιρα με τη βοήθεια παθητικών συσκευών. , δηλαδή καλοριφέρ και ψύκτες.

Χρησιμοποιώντας το φαινόμενο Peltier, τα ενεργά συστήματα ψύξης μπορούν να μειώσουν τη θερμοκρασία του αισθητήρα σε μηδέν βαθμούς, μειώνοντας δραματικά το επίπεδο του σκοτεινού ρεύματος. Ωστόσο, η υπερβολική ψύξη της συστοιχίας CCD απειλεί να συμπυκνώσει την υγρασία από τον περιβάλλοντα αέρα και να βραχυκυκλώσει τα ηλεκτρονικά. Και σε ορισμένες περιπτώσεις, η περιοριστική διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των ψυχόμενων και φωτοευαίσθητων επιπέδων της μήτρας μπορεί να οδηγήσει σε απαράδεκτη παραμόρφωσή της.

Ωστόσο, ούτε θερμαντικά σώματα, ούτε ψύκτες, ούτε στοιχεία Peltier ισχύουν για κάμερες πεδίου, οι οποίες έχουν περιορισμένο βάρος και διαστάσεις. Αντίθετα, αυτή η τεχνική χρησιμοποιεί μια μέθοδο που βασίζεται στο λεγόμενο μαύρα εικονοστοιχεία(σκοτεινά εικονοστοιχεία αναφοράς) Αυτά τα εικονοστοιχεία είναι στήλες και σειρές που καλύπτονται με αδιαφανές υλικό κατά μήκος των άκρων της μήτρας. Λαμβάνεται υπόψη η μέση τιμή για όλα τα φωτορεύματα μαύρων pixel επίπεδο σκοτεινού ρεύματος. Προφανώς, υπό διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας (θερμοκρασία του περιβάλλοντος και της ίδιας της κάμερας, ρεύμα μπαταρίας κ.λπ.), το επίπεδο του σκοτεινού ρεύματος θα είναι διαφορετικό. Όταν χρησιμοποιείται ως «σημείο αναφοράς» για κάθε pixel, δηλαδή αφαιρώντας την τιμή του από το φωτορεύμα, είναι δυνατό να προσδιοριστεί ακριβώς τι φορτίο δημιουργείται από τα φωτόνια που έπεσαν στο στοιχείο CCD.

Όταν καταστέλλετε το σκοτεινό ρεύμα με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, θα πρέπει να γνωρίζετε έναν άλλο παράγοντα που περιορίζει το όριο ευαισθησίας. είναι θερμικός θόρυβος(θερμικός θόρυβος), που δημιουργείται ακόμη και απουσία δυναμικού στα ηλεκτρόδια, μόνο από τη χαοτική κίνηση των ηλεκτρονίων κατά μήκος του στοιχείου CCD. Οι μεγάλες εκθέσεις οδηγούν σε μια σταδιακή συσσώρευση αδέσποτων ηλεκτρονίων στο πηγάδι δυναμικού, η οποία παραμορφώνει την πραγματική τιμή του φωτορεύματος. Και όσο «μεγαλύτερη» είναι η ταχύτητα κλείστρου, τόσο περισσότερα ηλεκτρόνια «χάνονται» στο φρεάτιο.

Όπως γνωρίζετε, η ευαισθησία στο φως μιας ταινίας μέσα στην ίδια κασέτα παραμένει σταθερή, με άλλα λόγια, δεν μπορεί να αλλάξει από καρέ σε καρέ. Αλλά μια ψηφιακή φωτογραφική μηχανή σάς επιτρέπει να ορίσετε την βέλτιστη τιμή ισοδύναμης ευαισθησίας για κάθε λήψη. Αυτό επιτυγχάνεται με την ενίσχυση του σήματος βίντεο που προέρχεται από τη μήτρα - κατά κάποιο τρόπο, μια τέτοια διαδικασία, που ονομάζεται "αύξηση της ισοδύναμης ευαισθησίας", παρόμοια με την ενεργοποίηση του ελέγχου έντασης σε μια συσκευή αναπαραγωγής μουσικής.

Έτσι, σε χαμηλό φωτισμό, ο χρήστης αντιμετωπίζει ένα δίλημμα - είτε να αυξήσει την αντίστοιχη ευαισθησία, είτε να αυξήσει την ταχύτητα κλείστρου. Ταυτόχρονα, και στις δύο περιπτώσεις, δεν μπορεί κανείς να αποφύγει τη ζημιά στο πλαίσιο από τον θόρυβο μιας σταθερής κατανομής. Είναι αλήθεια ότι η εμπειρία δείχνει ότι με μια "μεγάλη" ταχύτητα κλείστρου, η εικόνα δεν επιδεινώνεται τόσο πολύ όσο όταν ενισχύεται το σήμα μήτρας. Ωστόσο, ο μεγάλος χρόνος έκθεσης απειλεί ένα άλλο πρόβλημα - ο χρήστης μπορεί να «στρίψει» το πλαίσιο. Επομένως, εάν ο χρήστης σκοπεύει να φωτογραφίζει συχνά σε εσωτερικούς χώρους, τότε θα πρέπει να επιλέξει μια κάμερα με υψηλό διάφραγμα φακού, καθώς και ένα ισχυρό και «έξυπνο» φλας.

Δυναμικό εύρος

Η μήτρα απαιτείται για να μπορεί να ανιχνεύει το φως τόσο σε έντονο ηλιακό φως όσο και σε χαμηλό φωτισμό δωματίου. Επομένως, τα φρεάτια δυναμικού της μήτρας πρέπει να είναι πολύ ευρύχωρα και επίσης να μπορούν να συγκρατούν έναν ελάχιστο αριθμό ηλεκτρονίων σε χαμηλό φωτισμό και να περιέχουν ένα μεγάλο φορτίο που προκύπτει όταν μια ισχυρή ροή φωτός χτυπά τον αισθητήρα. Και η εικόνα που σχηματίζεται από τον φακό συχνά αποτελείται τόσο από έντονα φωτισμένες περιοχές όσο και από βαθιές σκιές, και ο αισθητήρας πρέπει να μπορεί να καταγράφει όλες τις αποχρώσεις τους.

Η ικανότητα του αισθητήρα να σχηματίζει καλή εικόνα σε διαφορετικές συνθήκες φωτισμού και υψηλή αντίθεση καθορίζεται από την παράμετρο "δυναμικό εύρος", που χαρακτηρίζει την ικανότητα της μήτρας να διακρίνει στην εικόνα που προβάλλεται στην επιφάνεια εγγραφής της, τους πιο σκούρους τόνους από τους πιο ανοιχτούς. Όταν επεκτείνεται το δυναμικό εύρος, ο αριθμός των αποχρώσεων στην εικόνα θα αυξηθεί και οι μεταβάσεις μεταξύ τους θα αντιστοιχούν όσο το δυνατόν περισσότερο στην εικόνα που σχηματίζει ο φακός.

Επίδραση του δυναμικού εύρους στην ποιότητα του καρέ (Α - ευρύ δυναμικό εύρος, Β - στενό δυναμικό εύρος)

Ένα χαρακτηριστικό που περιγράφει την ικανότητα ενός στοιχείου CCD να συσσωρεύει μια ορισμένη ποσότητα ονομάζεται "βάθος δυναμικού φρέατος"(βάθος πηγαδιού), και το δυναμικό εύρος του πίνακα εξαρτάται από αυτό. Φυσικά, κατά τη λήψη σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, το δυναμικό εύρος επηρεάζεται επίσης από το όριο ευαισθησίας, το οποίο, με τη σειρά του, καθορίζεται από το μέγεθος του σκοτεινού ρεύματος.

Είναι προφανές ότι η απώλεια ηλεκτρονίων που συνθέτουν το φωτορεύμα συμβαίνει όχι μόνο στη διαδικασία συσσώρευσης του φορτίου του πηγαδιού δυναμικού, αλλά και κατά τη μεταφορά του στην έξοδο της μήτρας. Αυτές οι απώλειες προκαλούνται από τη μετατόπιση των ηλεκτρονίων που «σκίζονται» από το κύριο φορτίο όταν αυτό ρέει κάτω από το επόμενο ηλεκτρόδιο μεταφοράς. Όσο μικρότερος είναι ο αριθμός των αποσπασμένων ηλεκτρονίων, τόσο μεγαλύτερος είναι αποτελεσματικότητα μεταφοράς φόρτισης(αποτελεσματικότητα μεταφοράς φόρτισης). Αυτή η παράμετρος μετριέται ως ποσοστό και δείχνει το ποσοστό της φόρτισης που απομένει κατά τη «διασταύρωση» μεταξύ των στοιχείων CCD.

Η επίδραση της αποτελεσματικότητας μεταφοράς μπορεί να αποδειχθεί από το ακόλουθο παράδειγμα. Εάν για έναν πίνακα 1024 X 1024 η τιμή αυτής της παραμέτρου είναι 98%, τότε για να προσδιοριστεί η τιμή του φωτορεύματος του κεντρικού εικονοστοιχείου στην έξοδο του πίνακα, είναι απαραίτητο να αυξηθεί το 0,98 (το ποσό της φόρτισης που μεταφέρεται) στο ισχύς 1024 (ο αριθμός των «διασταυρώσεων» μεταξύ των pixel) και πολλαπλασιάζεται επί 100 (ποσοστό ). Το αποτέλεσμα είναι εντελώς μη ικανοποιητικό - περίπου το 0,0000001% της αρχικής χρέωσης θα παραμείνει. Προφανώς, με την αύξηση της ανάλυσης, οι απαιτήσεις για αποδοτικότητα μεταφοράς γίνονται ακόμη πιο αυστηρές, καθώς αυξάνεται ο αριθμός των «διασταυρώσεων». Επιπλέον, ο ρυθμός ανάγνωσης πλαισίου μειώνεται, επειδή μια αύξηση του ρυθμού μεταφοράς (για να αντισταθμίσει την αυξημένη ανάλυση) οδηγεί σε απαράδεκτη αύξηση του αριθμού των «απομακρυσμένων» ηλεκτρονίων.

Προκειμένου να επιτευχθούν αποδεκτοί ρυθμοί ανάγνωσης πλαισίου με υψηλή απόδοση μεταφοράς φορτίου, κατά το σχεδιασμό μιας συστοιχίας CCD, σχεδιάζεται η τοποθέτηση δυνητικών φρεατίων σε μια «βαθυνόμενη» θέση. Εξαιτίας αυτού, τα ηλεκτρόνια δεν «κολλάνε» στα ηλεκτρόδια μεταφοράς τόσο ενεργά και είναι για τη «βαθιά θέση» του πηγαδιού δυναμικού που εισάγεται ένα n-κανάλι στο σχεδιασμό του στοιχείου CCD.

Επιστρέφοντας στο παραπάνω παράδειγμα: εάν σε μια δεδομένη μήτρα 1024 X 1024 η απόδοση μεταφοράς φορτίου είναι 99,999%, τότε η έξοδος του αισθητήρα από το φωτορεύμα της κεντρικής φόρτισης θα παραμείνει 98,98% της αρχικής του τιμής. Εάν αναπτύσσεται μια μήτρα υψηλότερης ανάλυσης, τότε απαιτείται απόδοση μεταφοράς φόρτισης 99,99999%.

Ανθισμα

Σε εκείνες τις περιπτώσεις όπου το εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο οδηγεί σε υπερβολικό αριθμό ηλεκτρονίων που υπερβαίνει το βάθος του δυναμικού φρεατίου, το φορτίο του στοιχείου CCD αρχίζει να "απλώνεται" σε γειτονικά pixel. Στις φωτογραφίες, το φαινόμενο αυτό αναφέρεται ως άνθισμα(από το αγγλικό blooming - blurring), εμφανίζεται με τη μορφή λευκών κηλίδων και το σωστό σχήμα, και όσο περισσότερα ηλεκτρόνια περισσεύουν, τόσο μεγαλύτερες είναι οι κηλίδες.

Η καταστολή της ανθοφορίας πραγματοποιείται μέσω ενός συστήματος ηλεκτρονική αποστράγγιση(αποχέτευση υπερχείλισης), το κύριο καθήκον του οποίου είναι η αφαίρεση της περίσσειας ηλεκτρονίων από το πηγάδι δυναμικού. Οι πιο διάσημες επιλογές κατακόρυφη αποστράγγιση(Κάθετη αποστράγγιση υπερχείλισης, VOD) και πλευρική αποστράγγιση(Πλάγια υπερχείλιση, VOD).

Σε ένα σύστημα με κατακόρυφη αποστράγγιση, εφαρμόζεται ένα δυναμικό στο υπόστρωμα της μήτρας, η τιμή του οποίου επιλέγεται έτσι ώστε όταν το βάθος του φρεατίου δυναμικού υπερχειλίσει, περίσσεια ηλεκτρονίων ρέουν από αυτό στο υπόστρωμα και διασκορπίζονται εκεί. Το μειονέκτημα αυτής της επιλογής είναι η μείωση του βάθους του πηγαδιού δυναμικού και, κατά συνέπεια, η στένωση του δυναμικού εύρους του στοιχείου CCD. Είναι επίσης προφανές ότι αυτό το σύστημαδεν εφαρμόζεται σε μήτρες με οπίσθιο φωτισμό.

Κάθετη ηλεκτρονική αποχέτευση

Το σύστημα πλευρικής αποστράγγισης χρησιμοποιεί ηλεκτρόδια που εμποδίζουν τα ηλεκτρόνια του δυναμικού φρεατίου να διεισδύσουν στις «αυλακώσεις αποστράγγισης» από τις οποίες διαχέεται το υπερβολικό φορτίο. Το δυναμικό σε αυτά τα ηλεκτρόδια επιλέγεται σύμφωνα με το φράγμα υπερχείλισης του φρέατος δυναμικού, ενώ το βάθος του δεν αλλάζει. Ωστόσο, λόγω των ηλεκτροδίων αποστράγγισης, η φωτοευαίσθητη περιοχή του στοιχείου CCD μειώνεται, επομένως πρέπει να χρησιμοποιηθούν μικροφακοί.

Πλευρική ηλεκτρονική αποστράγγιση

Φυσικά, η ανάγκη προσθήκης συσκευών αποστράγγισης στον αισθητήρα περιπλέκει το σχεδιασμό του, αλλά οι παραμορφώσεις του πλαισίου που εισάγονται από την ανθοφορία δεν μπορούν να αγνοηθούν. Ναι, και ένα ηλεκτρονικό κλείστρο δεν μπορεί να εφαρμοστεί χωρίς αποστράγγιση - παίζει το ρόλο μιας "κουρτίνας" σε εξαιρετικά μικρές ταχύτητες κλείστρου, η διάρκεια της οποίας είναι μικρότερη από το διάστημα που δαπανάται για τη μεταφορά φόρτισης από τον κύριο παράλληλο καταχωρητή μετατόπισης στην προσωρινή μνήμη παράλληλο μητρώο. Το «κλείστρο», δηλαδή η αποστράγγιση, εμποδίζει τη διείσδυση στα φρεάτια των ρυθμιστικών στοιχείων CCD αυτών των ηλεκτρονίων που σχηματίστηκαν στα «φωτοευαίσθητα» pixel μετά την πάροδο του καθορισμένου (και πολύ σύντομου) χρόνου έκθεσης.

"Κολλημένα" pixel

Λόγω τεχνολογικών σφαλμάτων σε ορισμένα στοιχεία CCD, ακόμη και η μικρότερη ταχύτητα κλείστρου οδηγεί σε συσσώρευση ηλεκτρονίων σαν χιονοστιβάδα στο πηγάδι δυναμικού. Στην εικόνα, τέτοια pixel, καλούνται "κολλώδης"(κολλημένα εικονοστοιχεία) διαφέρουν πολύ από τις γύρω κουκκίδες τόσο σε χρώμα όσο και σε φωτεινότητα και, σε αντίθεση με τον θόρυβο μιας σταθερής κατανομής, εμφανίζονται σε οποιαδήποτε ταχύτητα κλείστρου και ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία της μήτρας.

Τα κολλημένα εικονοστοιχεία αφαιρούνται χρησιμοποιώντας το ενσωματωμένο λογισμικόκάμερα, η οποία παρέχει την αναζήτηση ελαττωματικών στοιχείων CCD και την αποθήκευση των «συντεταγμένων» τους σε μη πτητική μνήμη. Κατά τη διαμόρφωση μιας εικόνας, οι τιμές των ελαττωματικών pixel δεν λαμβάνονται υπόψη, αντικαθίστανται από την παρεμβαλλόμενη τιμή των γειτονικών pixel. Για να προσδιοριστεί το ελαττωματικό ενός pixel κατά τη διαδικασία αναζήτησης, η φόρτισή του συγκρίνεται με την τιμή αναφοράς, η οποία επίσης αποθηκεύεται στη μη πτητική μνήμη της κάμερας.

Matrix Διαγώνιο Μέγεθος

Μερικές φορές, μεταξύ άλλων παραμέτρων μιας ψηφιακής κάμερας, υποδεικνύεται διαγώνιο μέγεθος του CCD(συνήθως σε κλάσματα της ίντσας). Πρώτα απ 'όλα, αυτή η τιμή σχετίζεται με τα χαρακτηριστικά του φακού - όσο μεγαλύτερες είναι οι διαστάσεις του αισθητήρα, τόσο μεγαλύτερη θα πρέπει να είναι η εικόνα που σχηματίζεται από τα οπτικά. Προκειμένου αυτή η εικόνα να καλύψει πλήρως την επιφάνεια εγγραφής της μήτρας, πρέπει να αυξηθούν οι διαστάσεις των οπτικών στοιχείων. Εάν αυτό δεν γίνει και η "εικόνα" που δημιουργείται από τον φακό αποδειχθεί μικρότερη από τον αισθητήρα, τότε οι περιφερειακές περιοχές της μήτρας θα είναι αζήτητες. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, οι κατασκευαστές φωτογραφικών μηχανών δεν ανέφεραν ότι στα μοντέλα τους ένα συγκεκριμένο ποσοστό των megapixel αποδείχτηκε «άνεργο».

Αλλά στις ψηφιακές "αντανακλαστικές κάμερες" που δημιουργούνται με βάση την τεχνολογία 35 mm, σχεδόν πάντα συναντάται η αντίθετη κατάσταση - η εικόνα που σχηματίζεται από τον φακό επικαλύπτει την ευαίσθητη στο φως περιοχή της μήτρας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι αισθητήρες με διαστάσεις πλαισίου φιλμ 35 χιλιοστών είναι πολύ ακριβοί και οδηγεί στο γεγονός ότι μέρος της εικόνας που σχηματίζεται από τον φακό βρίσκεται κυριολεκτικά "πίσω από τις σκηνές". Ως αποτέλεσμα, τα χαρακτηριστικά του φακού μετατοπίζονται στην περιοχή «μακράς εστίασης». Επομένως, όταν επιλέγετε εναλλάξιμους φακούς για μια ψηφιακή SLR, θα πρέπει να λάβετε υπόψη αναλογία ζουμ- κατά κανόνα, είναι περίπου 1,5. Για παράδειγμα, εάν εγκαταστήσετε έναν φακό ζουμ 28-70 mm, το εύρος λειτουργίας του θα είναι 42-105 mm.

Αυτή η αναλογία έχει τόσο θετικά όσο και αρνητικά αποτελέσματα. Συγκεκριμένα, η λήψη με ευρεία γωνία κάλυψης, η οποία απαιτεί φακούς μικρής βολής, γίνεται πιο δύσκολη. Τα οπτικά με εστιακή απόσταση 18mm ή λιγότερο είναι πολύ ακριβά και σε μια ψηφιακή "SLR" μετατρέπεται σε τετριμμένο 27mm. Ωστόσο, οι τηλεφακοί είναι επίσης πολύ ακριβοί και με μεγάλη εστιακή απόσταση, κατά κανόνα, μειώνεται το σχετικό διάφραγμα. Αλλά ένας φθηνός φακός 200 mm με συντελεστή 1,5 μετατρέπεται σε φακό 300 mm, ενώ τα «πραγματικά» οπτικά 300 mm έχουν διάφραγμα της τάξης του f / 5,6, το διάφραγμα 200 mm είναι υψηλότερο από το f / 4,5.

Επιπλέον, οποιοσδήποτε φακός χαρακτηρίζεται από εκτροπές όπως η καμπυλότητα και η παραμόρφωση του πεδίου, οι οποίες εκφράζονται σε θόλωση και καμπυλότητα της εικόνας στις ακμές περιοχές του πλαισίου. Εάν οι διαστάσεις της μήτρας είναι μικρότερες από το μέγεθος της εικόνας που σχηματίζει ο φακός, οι "προβληματικές περιοχές" απλά δεν θα καταγραφούν από τον αισθητήρα.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η ευαισθησία της μήτρας σχετίζεται με τις διαστάσεις της περιοχής καταγραφής της. Όσο μεγαλύτερη είναι η φωτοευαίσθητη περιοχή κάθε στοιχείου, τόσο περισσότερο φως πέφτει πάνω του και τόσο πιο συχνά εμφανίζεται το εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, αυξάνοντας έτσι την ευαισθησία ολόκληρου του αισθητήρα. Επιπλέον, ένα μεγάλο pixel σάς επιτρέπει να δημιουργήσετε ένα δυναμικό πηγάδι "αυξημένης χωρητικότητας", το οποίο έχει θετική επίδραση στο πλάτος του δυναμικού εύρους. ενδεικτικό αυτού παράδειγμα - πίνακεςψηφιακές «κάμερες reflex», συγκρίσιμες σε μέγεθος με το πλαίσιο φιλμ 35 mm. Αυτοί οι αισθητήρες παραδοσιακά διαφέρουν ως προς την ευαισθησία της τάξης του ISO 6400 (!), Και η δυναμική περιοχή απαιτεί ένα ADC με βάθος bit 10-12 bit.

Ταυτόχρονα, οι πίνακες ερασιτεχνικών καμερών έχουν δυναμικό εύρος για το οποίο αρκεί ένα ADC 8-10 bit και η ευαισθησία σπάνια υπερβαίνει το ISO 800. Ο λόγος για αυτό είναι τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά αυτής της τεχνικής. Το γεγονός είναι ότι η Sony έχει πολύ λίγους ανταγωνιστές όσον αφορά την παραγωγή αισθητήρων μικρού μεγέθους (1/3, 1/2 και 2/3 ίντσες διαγώνια) για ερασιτεχνική τεχνολογία, και αυτό προκλήθηκε από μια ικανή προσέγγιση στην ανάπτυξη γκάμα μοντέλωνμήτρες. Κατά την ανάπτυξη της επόμενης γενιάς πινάκων με ανάλυση «ανά megapixel περισσότερο», εξασφαλίστηκε σχεδόν πλήρης συμβατότητα με προηγούμενα μοντέλα αισθητήρων, τόσο ως προς τις διαστάσεις όσο και ως προς τη διεπαφή. Αντίστοιχα, οι σχεδιαστές φωτογραφικών μηχανών δεν χρειάστηκε να αναπτύξουν τον φακό και το «ηλεκτρονικό γέμισμα» της κάμερας από την αρχή.

Ωστόσο, καθώς αυξάνεται η ανάλυση, ο καταχωρητής παράλληλης μετατόπισης της προσωρινής μνήμης καταγράφει ένα αυξανόμενο κλάσμα της περιοχής του αισθητήρα, ως αποτέλεσμα, τόσο η ευαίσθητη στο φως περιοχή όσο και η "χωρητικότητα" του φρεατίου δυναμικού μειώνονται.

Μείωση της φωτοευαίσθητης περιοχής του CCD με αυξανόμενη ανάλυση.

Επομένως, πίσω από κάθε "N +1 megapixel" κρύβεται η επίπονη δουλειά των προγραμματιστών, η οποία, δυστυχώς, δεν είναι πάντα επιτυχημένη.

Μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό

Το σήμα βίντεο που έχει περάσει από τον ενισχυτή πρέπει να μετατραπεί σε ψηφιακή μορφή κατανοητή από τον μικροεπεξεργαστή της κάμερας. Για αυτό, χρησιμοποιείται μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό, ADC(μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό, ADC) - μια συσκευή που μετατρέπει ένα αναλογικό σήμα σε μια ακολουθία αριθμών. Το κύριο χαρακτηριστικό του είναι bit βάθος, δηλαδή τον αριθμό των αναγνωρισμένων και κωδικοποιημένων διακριτών επιπέδων σήματος. Για να υπολογίσετε τον αριθμό των επιπέδων, αρκεί να αυξήσετε δύο στην ισχύ του βάθους bit. Για παράδειγμα, "8 bit" σημαίνει ότι ο μετατροπέας μπορεί να προσδιορίσει 2 έως τα όγδοα επίπεδα σήματος και να τα εμφανίσει ως 256 διαφορετικές τιμές.

Με μεγάλη χωρητικότητα ADC, είναι δυνατό (θεωρητικά) να επιτευχθεί μεγαλύτερη βάθος χρώματος(βάθος χρώματος), δηλαδή το βάθος bit της επεξεργασίας χρώματος που περιγράφει μέγιστο ποσόαποχρώσεις που μπορούν να αναπαραχθούν. Το βάθος χρώματος εκφράζεται συνήθως σε bit και ο αριθμός των αποχρώσεων υπολογίζεται με τον ίδιο τρόπο με τον αριθμό των επιπέδων σήματος ADC. Για παράδειγμα, με βάθος χρώματος 24 bit, μπορείτε να λάβετε 16777216 αποχρώσεις χρώματος.

Στην πραγματικότητα, το βάθος χρώματος για τα αρχεία Μορφές JPEGή TIFF, τα οποία χρησιμοποιούνται από έναν υπολογιστή για την επεξεργασία και αποθήκευση εικόνων, περιορίζονται στα 24 bit (8 bit για κάθε κανάλι χρώματος - μπλε, κόκκινο και πράσινο). Επομένως, μερικές φορές χρησιμοποιούμενα ADC με βάθος bit 10, 12 και ακόμη και 16 bit (δηλαδή, βάθος χρώματος 30, 36 και 48 bit) μπορεί να θεωρηθούν λανθασμένα "περιττές". Ωστόσο, το δυναμικό εύρος της μήτρας ορισμένων μοντέλων ψηφιακού φωτογραφικού εξοπλισμού είναι αρκετά ευρύ και εάν η κάμερα είναι εξοπλισμένη με τη λειτουργία αποθήκευσης ενός καρέ σε μη τυπική μορφή (30–48 bit), τότε κατά τη διάρκεια περαιτέρω επεξεργασίας υπολογιστή είναι δυνατή η χρήση "επιπλέον" bits. Όπως γνωρίζετε, τα σφάλματα στον υπολογισμό της έκθεσης με βάση τη συχνότητα εκδήλωσης είναι δεύτερα μετά τις ανακρίβειες στην εστίαση. Και επομένως, η δυνατότητα αντιστάθμισης τέτοιων σφαλμάτων με τη βοήθεια των bits "κάτω" (σε περίπτωση υποέκθεσης) ή "ανώτερης" (σε περίπτωση υπερέκθεσης) αποδεικνύεται πολύ χρήσιμη. Λοιπόν, εάν η έκθεση υπολογίζεται χωρίς σφάλματα, τότε η "συμπίεση" 30-48 bit σε τυπικά 24 bit χωρίς παραμόρφωση δεν είναι μια ιδιαίτερα δύσκολη εργασία.

Προφανώς, το δυναμικό εύρος του CCD θα πρέπει να είναι η βάση για την αύξηση του βάθους bit του ADC, αφού με ένα στενό δυναμικό εύρος του ADC με 10-12 bit ανά κανάλι, απλά δεν θα υπάρχει τίποτα να αναγνωριστεί. Και συχνά δεν μπορεί να ονομαστεί τίποτα άλλο εκτός από διαφημιστικό κόλπο να αναφέρουμε το χρώμα "36-bit" και ακόμη και "48-bit" ενός μέτριου "σαπουνοκουτί" με μήτρα μισής ίντσας διαγώνια, επειδή ακόμη και ένα 30-bit Το χρώμα απαιτεί τουλάχιστον έναν αισθητήρα με διαγώνιο 2 / 3 ίντσες.