Az eladók ma már kamerák hatalmas választékát kínálják videó megfigyeléshez. A modellek nemcsak az összes kameránál közös paraméterekben különböznek egymástól - gyújtótávolság, betekintési szög, fényérzékenység stb. -, hanem különböző márkás "chipekben" is, amelyekkel minden gyártó igyekszik felszerelni készülékeit.
Ezért gyakran Rövid leírás A videó megfigyelő kamera jellemzői a homályos kifejezések ijesztő listája, például: 1/2.8" 2.4MP CMOS, 25/30fps, OSD menü, DWDR, ICR, AWB, AGC, BLC, 3DNR, Smart IR, IP67, 0.05 Luxés ez még nem minden.
Az előző cikkben a videószabványokra és az ezektől függő kamerabesorolásokra koncentráltunk. Ma elemezzük a videó megfigyelő kamerák főbb jellemzőit, és megfejtjük a videojel minőségének javítására használt speciális technológiák jelöléseit:
- Fókusztávolság és látószög
- Rekesznyílás (F-szám) vagy objektívsebesség
- Írisz beállítás (automatikus írisz)
- Elektronikus zár (AES, záridő, záridő)
- Érzékenység (fényérzékenység, minimális megvilágítás)
- IK (vandálbiztos, vandálmentes) és IP (nedvesség és por) védelmi osztály
Érzékelő típusa (CCD CCD, CMOS CMOS)
Kétféle CCTV kameramátrix létezik: CCD (oroszul - CCD) és CMOS (oroszul - CMOS). Mind az eszközben, mind a működési elvben különböznek egymástól.
| CCD | CMOS |
| Szekvenciális leolvasás minden mátrix cellából | Önkényes leolvasás a mátrix cellákból, ami csökkenti a vigyorozás kockázatát - pontszerű fényforrások (lámpák, lámpák) függőleges elkenődésének megjelenése |
| Alacsony zajszint | Magas zajszint az úgynevezett temp áramok miatt |
| Magas dinamikus érzékenység (mozgó tárgyak fényképezésére alkalmasabb) | A "redőny" hatása - gyorsan mozgó tárgyak fényképezésekor vízszintes csíkok, képtorzulások léphetnek fel |
| A kristály csak fényérzékeny elemek elhelyezésére szolgál, a többi mikroáramkört külön kell elhelyezni, ami növeli a kamera méretét és költségét. | Az összes mikroáramkör egyetlen chipre helyezhető, így a CMOS érzékelőkkel ellátott kamerák gyártása egyszerű és olcsó. |
| A mátrix terület csak fényérzékeny elemekre való felhasználása miatt használatának hatékonysága növekszik - megközelíti a 100%-ot | Alacsony energiafogyasztás (majdnem 100-szor kevesebb, mint a CCD-knél) |
| Drága és összetett gyártás | Teljesítmény |
Sokáig azt hitték, hogy a CCD-mátrix sokkal jobb képminőséget ad, mint a CMOS. A modern CMOS-mátrixok azonban gyakran gyakorlatilag semmivel sem rosszabbak a CCD-knél, különösen, ha nincsenek túl magas követelmények a videó megfigyelő rendszerrel szemben.
Mátrix mérete
A mátrix méretét átlósan hüvelykben jelzi, törtként írva: 1/3", 1/2", 1/4" stb.
Általában úgy tartják, hogy minél nagyobb a mátrix, annál jobb: kevesebb zaj, tisztább kép, nagyobb látószög. Valójában azonban a legjobb képminőséget nem a mátrix mérete, hanem az egyes celláinak vagy pixeleinek mérete biztosítja - minél nagyobb, annál jobb. Ezért a videó megfigyeléshez szükséges kamera kiválasztásakor figyelembe kell venni a mátrix méretét és a pixelek számát.
Ha az 1/3 "és 1/4" méretű mátrixok ugyanannyi képpontot tartalmaznak, akkor ebben az esetben természetesen az 1/3" mátrix adja a legjobb képet. De ha több pixel van rajta, akkor vegyen elő egy számológépet, és számítsa ki egy pixel hozzávetőleges méretét.
Például az alábbi mátrix cellaméret számításokból láthatja, hogy sok esetben a pixelméret egy 1/4"-es mátrixon nagyobb, mint egy 1/3"-os mátrixon, ami azt jelenti, hogy egy 1/4"-es videó kép, bár kisebb méret jobb lesz.
| Mátrix mérete | Képpontok száma (millió) | Sejtméret (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 |
Fókusztávolság és látószög
Ezek a paraméterek nagy jelentőséggel bírnak a videó megfigyelő kamera kiválasztásakor, és szorosan összefüggenek. Valójában az objektív gyújtótávolsága (gyakran f-ként is hivatkoznak rá) az objektív és az érzékelő közötti távolság.
A gyakorlatban a fókusztávolság határozza meg a kamera szögét és hatótávolságát:
- minél kisebb a gyújtótávolság, annál szélesebb a látószög, és annál kevesebb részlet látható a távoli tárgyakon;
- minél nagyobb a gyújtótávolság, annál szűkebb a kamera látószöge, és annál részletgazdagabb a távoli tárgyak képe.
Ha valamilyen terület általános áttekintésére van szüksége, és ehhez minél kevesebb kamerát szeretne használni, vegyen egy rövid gyújtótávolságú és ennek megfelelően széles látószögű kamerát.
De azokon a területeken, ahol viszonylag kis terület részletes megfigyelésére van szükség, jobb, ha megnövelt gyújtótávolságú kamerát helyez el, és a megfigyelési tárgyra irányítja. Ezt gyakran használják a szupermarketek és bankok pénztárainál, ahol látnia kell a bankjegyek címletét és a számítások egyéb részleteit, valamint a parkolók bejáratánál és más olyan területeken, ahol meg kell különböztetni az autó számát a távolsági.
A leggyakoribb gyújtótávolság 3,6 mm. Ez nagyjából megfelel az emberi szem látószögének. Az ilyen gyújtótávolságú kamerákat kis helyiségek videó megfigyelésére használják.
Az alábbi táblázat a gyújtótávolság, a látószög, a felismerési távolság stb. adatait és összefüggéseit tartalmazza a leggyakoribb trükkökhöz. Az adatok hozzávetőlegesek, hiszen nem csak a gyújtótávolságtól, hanem a fényképezőgép optikájának egyéb paramétereitől is függenek.
A látószög szélességétől függően a videó megfigyelő kamerákat általában a következőkre osztják:
- hagyományos (30°-70° látószög);
- széles látószög (körülbelül 70 ° -os látószög);
- telefotó (30°-nál kisebb látószög).
A csak általában nagybetűs F betű az objektív rekesznyílását is jelöli – ezért a jellemzők olvasásakor ügyeljünk arra, hogy a paramétert milyen kontextusban használjuk.
Lencse típusa
Fix (monofokális) lencse- a legegyszerűbb és legolcsóbb. A gyújtótávolság rögzített benne, és nem módosítható.
BAN BEN varifokális (varifokális) lencsék módosíthatja a gyújtótávolságot. A beállítás manuálisan történik, általában egyszer, amikor a fényképezőgépet a felvételi helyre telepítik, majd később - szükség szerint.
Transzfaktoros vagy zoom objektívek lehetővé teszik a gyújtótávolság megváltoztatását is, de távolról, bármikor. A gyújtótávolság módosítása elektromos meghajtással történik, ezért motorizált lencséknek is nevezik.
"Halszem" (halszem, halszem) vagy panoráma objektív lehetővé teszi egyetlen kamera felszerelését és 360°-os nézet elérését.
Természetesen ennek eredményeként a kapott kép "buborék" hatású - az egyenes vonalak íveltek, azonban a legtöbb esetben az ilyen objektívekkel rendelkező fényképezőgépek lehetővé teszik, hogy egy általános panorámaképet több különálló képre osszanak fel, javítva az ismerős érzékeléshez. az emberi szem számára.
Pinhole lencsék miniatűr méretének köszönhetően lehetővé teszi rejtett videó megfigyelést. Valójában a tűlyukkamerán nincs objektív, hanem csak egy miniatűr lyuk. Ukrajnában komolyan korlátozzák a titkos videómegfigyelés használatát, csakúgy, mint az ehhez szükséges eszközök értékesítését.
Ezek a leggyakoribb lencsetípusok. De ha mélyebbre megy, a lencsék más paraméterek szerint is fel vannak osztva:
Rekesznyílás (F-szám) vagy objektívsebesség
Meghatározza a fényképezőgép azon képességét, hogy gyenge fényviszonyok mellett is kiváló minőségű képeket készítsen. Hogyan több szám F, minél kisebb a rekesznyílás, és annál több fényre van szüksége a fényképezőgépnek. Minél kisebb a rekesznyílás, annál nagyobb a rekesznyílás, és a kamera még gyenge fényviszonyok között is tiszta képeket tud készíteni.
Az f betű (általában kisbetűvel) a gyújtótávolságot is jelöli, ezért a jellemzők olvasásakor ügyeljünk arra, hogy milyen kontextusban használjuk a paramétert. Például a fenti képen a rekesznyílást egy kis f jelzi.
Lencsetartó
Az objektív videokamerához való rögzítéséhez 3 típusú rögzítő létezik: C, CS, M12.
- A C-hegyet ma már ritkán használják. A C objektívek egy speciális gyűrűvel rögzíthetők a CS-bajonett kamerához.
- A CS-tartó a leggyakoribb típus. A CS objektívek nem kompatibilisek C kamerákkal.
- Az M12-es foglalat kisméretű objektívekhez használható.
Rekeszbeállítás (automatikus írisz), ARD, ARD
Az apertúra felelős a mátrixba jutó fény áramlásáért: megnövekedett fényáram mellett szűkül, így megakadályozza, hogy a kép fény érje, gyenge fénynél pedig éppen ellenkezőleg, kinyílik, így több fény jut a mátrixba. mátrix.
A kameráknak két nagy csoportja van: rögzített membrán(ebbe beletartoznak a nélküle lévő kamerák is) és állítható.
A rekesznyílás beállítása a videó megfigyelő kamerák különféle modelljeiben elvégezhető:
- Manuálisan.
- Automatikusan kamerát használ egyenáram, az érzékelőt érő fény mennyisége alapján. Ezt az automatikus íriszvezérlőt (ADC) nevezik DD (Direct Drive) vagy DD/DC.
- Automatikusan az objektívbe épített speciális modul, amely a relatív rekesznyíláson áthaladó fényáramot követi. Ezt az ARD-módszert a videokamerák specifikációiban ún VD (videomeghajtó). Akkor is hatásos, ha közvetlen napfény éri az objektívet, de a vele felszerelt térfigyelő kamerák drágábbak.
Elektronikus zár (AES, záridő, záridő, záridő)
Nál nél különböző gyártók ezt a paramétert nevezhetjük automatikus elektronikus zárnak, záridőnek vagy záridőnek, de lényegében ugyanazt jelenti - azt az időt, ameddig a fényt a mátrix éri. Általában 1/50-1/100000s-ben fejezik ki.
Az elektronikus redőny működése némileg hasonlít az automatikus íriszbeállításhoz - beállítja a mátrix fényérzékenységét, hogy a szoba megvilágítási szintjéhez igazítsa. Az alábbi ábrán láthatja a képminőséget gyenge fényviszonyok mellett különböző sebességgel redőny (az ábrán kézi beállítás, míg az AES ezt automatikusan megteszi).
A DGS-től eltérően a beállítás nem a mátrixra eső fényáram beállításával történik, hanem a zársebesség, az elektromos töltés mátrixon történő felhalmozódásának időtartamának beállításával.
azonban az elektronikus redőny képességei sokkal gyengébbek, mint az automatikus íriszbeállítás, ezért azokon a nyílt területeken, ahol a fényerő szintje alkonyattól erős napfényig változik, jobb a DGS-sel ellátott kamerák használata. Az elektronikus redőnnyel ellátott videokamerák optimálisak olyan helyiségekben, ahol a megvilágítás szintje nem változik jelentősen az idő múlásával.
Az elektronikus redőny jellemzői nem sokban különböznek a különféle modellek. Hasznos funkció a zársebesség (zársebesség) manuális beállításának lehetősége, mivel gyenge fényviszonyok mellett a rendszer automatikusan beállítja az alacsony értékeket, ami a mozgó objektumok képeinek elmosódását eredményezi.
Sens-UP (vagy DSS)
Ez a mátrix töltésének a megvilágítási szinttől függő felhalmozódásának függvénye, azaz növeli az érzékenységét a sebesség rovására. Szükséges jó minőségű kép készítéséhez rossz fényviszonyok mellett, amikor a nagy sebességű események követése nem kritikus (nincs gyorsan mozgó objektum a megfigyelési tárgyon).
Ez szorosan összefügg a fent leírt záridővel (záridővel). De ha a zársebességet időegységben fejezzük ki, akkor a Sens-UP a zársebesség-növekedési tényezőben (xN) szerepel: a töltés felhalmozódási ideje (zársebesség) N-szeresére nő.
Engedély
A legutóbbi cikkben kicsit érintettük a CCTV kamerák engedélyeinek témáját. A kamera felbontása valójában a kapott kép mérete. Mérése TVL-ben (televíziós vonalak) vagy pixelben történik. Minél nagyobb a felbontás, annál több részletet láthat a videóban.
Videokamera felbontás TVL-ben a mennyiség függőleges vonalak(fényerő-átmenetek) vízszintesen elhelyezve a képen. Pontosabbnak tekinthető, mivel képet ad a kimeneti kép méretéről. Míg a gyártó dokumentációjában feltüntetett, megapixelben megadott felbontás félrevezető lehet a vásárló számára – ez sokszor nem a végleges kép méretére, hanem a mátrixon lévő pixelek számára vonatkozik. Ebben az esetben figyelnie kell egy olyan paraméterre, mint a "Pixelek tényleges száma"
Felbontás pixelben- ez a kép mérete vízszintesen és függőlegesen (ha 1280 × 960-ban van megadva) vagy a kép összes pixelszáma (ha 1 MP (megapixel), 2 MP stb. van megadva). Valójában a megapixelben kifejezett felbontás nagyon egyszerű: meg kell szorozni a vízszintes képpontok számát (1280) a függőlegesek számával (960), és el kell osztani 1 000 000-rel. Összesen 1280 × 960 = 1,23 MP.
Hogyan lehet TVL-t pixelekké alakítani és fordítva? Nincs pontos konverziós képlet. A TVL videó felbontásának meghatározásához speciális teszttáblázatokat kell használni a videokamerákhoz. Az arány hozzávetőleges ábrázolásához használhatja a táblázatot:
Hatékony pixelek
Mint fentebb említettük, a videokamerák jellemzőiben feltüntetett megapixelben megadott méret gyakran nem ad pontos képet a kapott kép felbontásáról. A gyártó feltünteti a pixelek számát a kamera mátrixán (érzékelőjén), de nem mindegyik vesz részt a kép elkészítésében.
Ezért bevezették a "Number (number) of effect pixels" paramétert, amely csak azt mutatja, hogy hány pixel alkotja a végső képet. Leggyakrabban a kapott kép tényleges felbontásának felel meg, bár vannak kivételek.
IR (infravörös) megvilágítás, IR
Lehetővé teszi az éjszakai fényképezést. A videó megfigyelő kamera mátrixának (érzékelőjének) képességei sokkal magasabbak, mint az emberi szemé - például a kamera "lát" infravörös sugárzásban. Ezt az ingatlant éjszakai filmezésre és megvilágítatlan / gyengén megvilágított helyiségekben kezdték használni. Ha elér egy bizonyos minimális megvilágítást, a kamera infravörös felvételi módba lép, és bekapcsolja az IR (IR) megvilágítót.
Az IR LED-ek úgy vannak beépítve a kamerába, hogy a belőlük érkező fény nem a kamera lencséjébe esik, hanem a látószöget világítja meg.
A gyenge fényviszonyok között, infravörös megvilágítással készített kép mindig fekete-fehér. Az éjszakai fényképezést támogató színes kamerák szintén fekete-fehér módba kapcsolnak.
A videokamerák infravörös megvilágítási értékeit általában méterben adják meg - vagyis azt, hogy a kamerától hány méterrel a megvilágítás lehetővé teszi, hogy tiszta képet kapjon. A nagy hatótávolságú infravörös fényt IR megvilágítónak nevezzük.
Mi az a Smart IR, Smart IR?
Az intelligens IR (Smart IR) lehetővé teszi az infravörös sugárzás teljesítményének növelését vagy csökkentését a tárgy távolságától függően. Ez azért történik, hogy a kamera közelében lévő tárgyak ne legyenek túlexponálva a videóban.
IR szűrő (ICR), nappali/éjszakai üzemmód
Az infravörös megvilágítás éjszakai filmezéshez való használatának van egy sajátossága: az ilyen kamerák mátrixát az infravörös tartomány fokozott érzékenységével állítják elő. Ez gondot okoz a nappali fényképezésnél, mivel a mátrix nappal regisztrálja az infravörös spektrumot, ami sérti a kép normál színét.
Ezért az ilyen kamerák két üzemmódban működnek - nappal és éjszaka. Napközben az érzékelőt mechanikus infravörös szűrő (ICR) takarja, amely levágja az infravörös sugárzást. Éjszaka a szűrő eltolódik, így az IR spektrum sugarai szabadon elérhetik a mátrixot.
Néha a nappali/éjszakai mód váltást szoftverben valósítják meg, de ez a megoldás gyengébb minőségű képeket készít.
Az ICR szűrő infravörös megvilágítás nélküli kamerákba is beépíthető – az infravörös spektrum napközbeni levágására és a videó színvisszaadásának javítására.
Ha a fényképezőgép nem rendelkezik IGR szűrővel, mert eredetileg nem éjszakai fényképezésre tervezték, akkor az éjszakai fényképezés funkciót nem lehet hozzá egyszerűen külön IR modul vásárlásával hozzáadni. Ebben az esetben a nappali videó színe jelentősen torz lesz.
Érzékenység (fényérzékenység, minimális megvilágítás)
A kamerákkal ellentétben, ahol az érzékenységet ISO-val fejezzük ki, a CCTV kamerák érzékenysége leggyakrabban luxban kifejezve (lux)és azt a minimális megvilágítást jelenti, amely mellett a kamera képes videokép előállítására. jó minőségű- tiszta és zajmentes. Minél alacsonyabb ez a paraméter, annál nagyobb az érzékenység.
A térfigyelő kamerákat a tervezett felhasználási feltételeknek megfelelően választják ki: például ha a kamera minimális érzékenysége 1 lux, akkor éjszaka nem lehet tiszta képet készíteni további infravörös megvilágítás nélkül.
| Körülmények | Fényszint |
| Természetes világítás a szabadban egy felhőtlen napsütéses napon | több mint 100 000 lux |
| Természetes világítás a szabadban egy napsütéses napon könnyű felhőkkel | 70.000 lux |
| Természetes fény a szabadban egy felhős napon | 20.000 lux |
| Üzletek, szupermarketek: | 750-1500 lux |
| Iroda vagy üzlet: | 50-500 lux |
| Szállodai termek: | 100-200 lux |
| Parkolók, raktárak | 75-30 lux |
| Szürkület | 4 lakosztály |
| Jól megvilágított autópálya éjszaka | 10 lux |
| Helyek a nézők számára a színházban: | 3-5 lux |
| Kórház éjszaka, mély szürkület | 1 lux |
| Telihold | 0,1-0,3 lux |
| Holdfényes éjszaka (negyedhold) | 0,05 lux |
| tiszta holdtalan éjszaka | 0,001 lux |
| Felhős hold nélküli éjszaka | 0,0001 lux |
A jel/zaj arány (S/N) határozza meg a videojel minőségét. A videóban a zaj a rossz megvilágítás eredményeként jelenik meg, és színes vagy fekete-fehér hónak vagy gabonának tűnik.
A paramétert decibelben mérik. Az alábbi képen már 30 dB-en is elég jó képminőség látható, de a modern kamerákban a jó minőségű videó eléréséhez az S/N-nek legalább 40 dB-nek kell lennie.
DNR zajcsökkentés (3D-DNR, 2D-DNR)
Természetesen a gyártók nem hagyták figyelmen kívül a videóban előforduló zaj problémáját. Tovább Ebben a pillanatban Két technológia létezik a kép zajcsökkentésére és a megfelelő képjavításra:
- 2-DNR. Régebbi és kevésbé fejlett technológia. Alapvetően csak a talajközeli zajt távolítják el, ráadásul néha a tisztítás miatt kissé homályos a kép.
- 3-DNR. legújabb technológia, amely egy összetett algoritmus szerint működik, és nem csak a közeli zajt, hanem a távoli háttérben lévő havat és gabonát is eltávolítja.
Képkockasebesség, fps (stream rate)
A képkockasebesség befolyásolja a videokép simaságát – minél magasabb, annál jobb. A sima kép eléréséhez legalább 16-17 képkocka/másodperc frekvencia szükséges. A PAL és SECAM szabványok 25 képkocka/mp-es képsebességet támogatnak, míg az NTSC szabvány 30 fps-t. Professzionális fényképezőgépeknél a képkocka sebesség elérheti akár a 120 képkocka/mp-t vagy még magasabbat is.
Ne feledje azonban, hogy minél nagyobb a képkockasebesség, annál több hely kell a videó tárolásához, és annál jobban lesz terhelve az átviteli csatorna.
Háttérvilágítás kompenzáció (HLC, BLC, WDR, DWDR)
A videó megfigyeléssel kapcsolatos gyakori problémák a következők:
- különítse el a keretbe eső fényes tárgyakat (fényszórók, lámpák, lámpák), amelyek megvilágítják a kép egy részét, és amelyek miatt nem lehet látni a fontos részleteket;
- túl erős világítás a háttérben (napos utca a szoba ajtaján kívül vagy az ablakon kívül stb.), amely ellen a közeli tárgyak túl sötéten jelennek meg.
Ezek megoldására több funkciót (technológiát) alkalmaznak a térfigyelő kamerákban.
HLC - erős fény kompenzáció.Összehasonlítás:
BLC - háttérvilágítás kompenzáció. A teljes kép expozíciójának növelésével valósítják meg, ami az előtérben lévő tárgyak világosabbá válását eredményezi, de a háttér túl világosnak bizonyul, nem lehet látni rajta a részleteket.
A WDR (néha HDR-nek is nevezik) széles dinamikatartomány. Háttérvilágítás kompenzációra is használható, de hatékonyabb, mint a BLC. WDR használatakor a videóban szereplő összes objektum megközelítőleg azonos fényerővel és tisztasággal rendelkezik, ami lehetővé teszi, hogy ne csak az előteret, hanem a hátteret is részletesen láthassa. Ez annak köszönhető, hogy a fényképezőgép különböző expozíciókkal készít képeket, majd ezeket kombinálja, hogy az összes tárgy optimális fényerejű keretet kapjon.
D-WDR - széles dinamikatartományú szoftveres megvalósítás, ami valamivel rosszabb, mint egy teljes értékű WDR.
IK (vandálbiztos, vandálmentes) és IP (nedvesség és por) védelmi osztály
Ez a paraméter fontos, ha kamerát választ kültéri videó megfigyeléshez, vagy olyan helyiségben, ahol magas a páratartalom, por stb.
IP osztályok- ez védelem a különböző átmérőjű idegen tárgyak behatolása ellen, beleértve a porszemcséket, valamint védelem a nedvesség ellen. osztályokIK- ez a vandál elleni védelem, azaz a mechanikai behatások ellen.
A kültéri térfigyelő kamerák között a leggyakoribb védelmi osztályok az IP66, IP67 és IK10.
- Védettség IP66: A fényképezőgép teljesen porálló, és védve van az erős vízsugártól (vagy a tenger hullámaitól). A víz kis mennyiségben kerül a belsejébe, és nem zavarja a kamera működését.
- Védettség IP67: A kamera teljesen porálló, és kibírja a rövid távú víz alá merítést vagy a hosszú ideig tartó hó alatti bemerülést.
- Vandál elleni védelmi osztály IK10: a kamera teste kibírja 5 kg rakomány ütését 40 cm magasságból (ütési energia 20 J).
Rejtett területek (Adatvédelmi maszk)
Néha szükségessé válik, hogy elrejtse a megfigyelés és a felvétel elől néhány olyan területet, amely a kamera látómezejébe esik. Leggyakrabban ez a magánélet védelmének köszönhető. Egyes kameramodellek lehetővé teszik több ilyen zóna paramétereinek beállítását, lefedve a kép egy bizonyos részét vagy részeit.
Például az alábbi ábrán a szomszéd ház ablakai el vannak rejtve a kamera képében.
A CCTV kamerák egyéb funkciói (DIS, AGC, AWB stb.)
OSD menü- lehetőség kézi beállítás sok kameraparaméter: expozíció, fényerő, gyújtótávolság (ha van ilyen opció) stb.
- fényképezés gyenge fényviszonyok között infravörös megvilágítás nélkül.
DIS- képstabilizáló funkció a fényképezőgépről, ha rázkódás vagy mozgás körülményei között fényképez
EXIR technológia a Hikvision által kifejlesztett infravörös megvilágítási technológia. Ennek köszönhetően nagyobb háttérvilágítási hatásfok érhető el: hosszabb hatótáv kisebb energiafogyasztással, szórással stb.
AWB- a képen a fehéregyensúly automatikus beállítása, hogy a színvisszaadás a lehető legközelebb legyen a természeteshez, az emberi szem számára is látható legyen. Különösen fontos azokra a szobákra, amelyek mesterséges világításés különféle fényforrások.
AGC (AGC)- automatikus erősítés szabályozás. Arra szolgál, hogy a kamerák kimeneti videofolyama mindig stabil legyen, függetlenül a bemeneti videofolyam erősségétől. Leggyakrabban gyenge fényviszonyok között van szükség videojel-erősítésre, és fordítva, ha túl erős a fény, akkor a videojel-csökkentésre van szükség.
Mozgásérzékelő- ennek a funkciónak köszönhetően a kamera csak akkor tud bekapcsolni és rögzíteni, ha mozgás van a megfigyelt tárgyon, valamint riasztási jelet küld, ha az érzékelő kiold. Ezzel helyet takaríthat meg a videó DVR-en való tárolására, a video stream átviteli csatorna kiürítésére és a személyzet értesítésének megszervezésére a jogsértésről.
Kamera riasztó bemenet- ez a lehetőség a kamera bekapcsolására, a videó rögzítésének elindítására, ha esemény történik: egy csatlakoztatott mozgásérzékelő vagy egy másik érzékelő aktiválása.
riasztó kimenet lehetővé teszi, hogy reagáljon a kamera által rögzített riasztási eseményre, például bekapcsoljon szirénát, riasztást küldjön e-mailben vagy SMS-ben stb.
Nem találta meg a keresett funkciót?
Megpróbáltuk összegyűjteni a videó megfigyeléshez használt kamerák összes gyakran előforduló jellemzőjét. Ha nem talált itt magyarázatot néhány olyan paraméterre, amelyet nem ért - írja meg a megjegyzésekben, megpróbáljuk hozzáadni ezt az információt a cikkhez.
weboldal
a család videokamera kiválasztásáról a mátrixokról írtunk. Ott könnyen érintettük ezt a kérdést, de ma megpróbáljuk mindkét technológiát részletesebben leírni.
Mi az a mátrix a videokamerában? Ez egy olyan mikroáramkör, amely a fényjelet elektromos jellé alakítja. Jelenleg 2 technológia létezik, pl. 2 típusú mátrix - CCD (CCD) és CMOS (CMOS). Ezek különböznek egymástól, mindegyiknek megvannak az előnyei és hátrányai. Nem lehet biztosan megmondani, melyik a jobb és melyik a rosszabb. Párhuzamosan fejlődnek. Technikai részletekbe nem megyünk bele, mert. szinte érthetetlenek lesznek, de általánosságban meghatározzuk fő előnyeiket és hátrányaikat.
CMOS technológia (CMOS)
CMOS érzékelők Először is alacsony energiafogyasztással kérkednek, ami plusz. Az ezzel a technológiával rendelkező kamera valamivel tovább működik (az akkumulátor kapacitásától függően). De ezek apróságok.
A fő különbség és előny a cellák tetszőleges leolvasása (CCD-ben az olvasás egyszerre történik), ami kiküszöböli a kép elkenődését. Láttál már "függőleges fényoszlopokat" fényes pontú tárgyakról? Tehát a CMOS-mátrixok kizárják megjelenésük lehetőségét. Az ezekre épülő kamerák pedig olcsóbbak.
Vannak hátrányai is. Ezek közül az első a fényérzékeny elem kis mérete (a pixelmérethez viszonyítva). Itt a pixelterület nagy részét elektronika foglalja el, így a fényérzékeny elem területe is csökken. Következésképpen a mátrix érzékenysége csökken.
Mert elektronikus feldolgozás egy pixelen történik, akkor a kép zajszintje megnő. Ez is hátrány, csakúgy, mint az alacsony szkennelési idő. Emiatt van egy „redőny” effektus: amikor a kezelő mozog, a keretben lévő tárgy eltorzulhat.
CCD technológia (CCD)
A CCD-mátrixokkal ellátott videokamerák kiváló minőségű képeket biztosítanak. Vizuálisan könnyű észrevenni, hogy a CCD-alapú videokamerával felvett videónál kevesebb zaj van, mint a CMOS kamerával. Ez az első és legfontosabb előny. És még valami: a CCD-mátrixok hatékonysága egyszerűen elképesztő: a kitöltési tényező megközelíti a 100%-ot, a regisztrált fotonok aránya 95%. Vegyünk egy közönséges emberi szemet - itt az arány körülbelül 1%.
Ezeknek a mátrixoknak a hátránya a magas ár és a nagy energiafogyasztás. Az a tény, hogy itt a felvételi folyamat hihetetlenül nehéz. A képrögzítés számos további mechanizmusnak köszönhető, amelyek nem állnak rendelkezésre a CMOS mátrixokban, így a CCD technológia sokkal drágább.
A CCD-mátrixokat olyan eszközökben használják, amelyek színes és jó minőségű képet igényelnek, és amelyek valószínűleg dinamikus jeleneteket rögzítenek. Ezek többnyire professzionális videokamerák, bár háztartásiak is. Ezek is megfigyelőrendszerek, digitális kamerák stb.
A CMOS mátrixokat ott alkalmazzák, ahol nincsenek különösebben magas követelmények a képminőséggel szemben: mozgásérzékelők, olcsó okostelefonok... Ez azonban korábban is így volt. A modern CMOS mátrixok különböző módosításokkal rendelkeznek, ami nagyon jó minőségűvé és méltóvá teszi őket a CCD mátrixokkal való versengés szempontjából.
Most nehéz megítélni, melyik technológia a jobb, mert mindkettő kiváló eredményeket mutat. Ezért a mátrix típusát egyetlen kiválasztási kritériumként feltüntetni legalábbis hülyeség. Fontos figyelembe venni számos jellemzőt.
Kérjük, értékelje ezt a cikket:
A fényáram elektronikus jellé alakítása, amely azután a fényképezőgép memóriakártyájára rögzített digitális kóddá alakul.
A mátrix pixelekből áll, mindegyik célja a rá eső fény mennyiségének megfelelő elektronikus jel kiadása.
A CCD és a CMOS érzékelők közötti különbség itt van konverziós módszertan
a pixeltől kapott jel. CCD esetén - következetesen és minimális zajjal, CMOS esetén - gyorsan és kisebb fogyasztás mellett (és a kiegészítő áramköröknek köszönhetően jelentősen csökken a zaj mértéke).
Azonban az első dolog az első...
Tegyen különbséget a CCD és a CMOS mátrixok között
 |
CCD - mátrix
A töltéscsatolt eszközt (CCD, angolul CCD) a fényérzékeny elemek közötti töltésátviteli módról nevezték el így. pixelről pixelre és végső soron a töltés eltávolítása az érzékelőről .
A töltések a mátrix mentén sorokban, felülről lefelé tolódnak el. Így a töltés egyszerre több regiszter (oszlop) sorában mozog lefelé.
Mielőtt elhagyná a CCD érzékelőt, minden pixel töltése felerősödik, és a kimenet megtörténik analóg jel eltérő feszültséggel (a pixelt érő fény mennyiségétől függően). A feldolgozás előtt ez a jel elküldésre kerül különálló
(a chipen kívül) analóg-digitális átalakító, és az így kapott digitális adatokat bájtokká alakítják, amelyek az érzékelő által vett kép egy sorát reprezentálják.
Mivel a CCD továbbítja elektromos töltés, amelynek alacsony az ellenállása, és kevésbé érzékeny a többi interferenciára Elektromos alkatrészek, a kapott jel általában tartalmaz kevesebb zajfajta a CMOS érzékelő jeléhez képest.
 |
 |
CMOS - mátrix
BAN BEN CMOS érzékelő (CMOS - komplementer fém - oxid félvezető, angolul - CMOS), a feldolgozó eszköz található minden pixel mellett (néha magára a mátrixra van felszerelve), ami növekszik teljesítmény rendszerek. Ezenkívül a további feldolgozó eszközök hiánya miatt megjegyezzük alacsony energia fogyasztás CMOS - mátrixok.
Néhány ötlet a mátrixokból történő információolvasás folyamatáról a következő videóból nyerhető
A technológiákat folyamatosan fejlesztik, és ma a CMOS-mátrix jelenléte a fényképezőgépben vagy a kamerában a modell magasabb osztályát jelzi. A gyártók gyakran a CMOS-érzékelős modellekre összpontosítanak.
A közelmúltban népszerűvé vált a hátul elhelyezett CMOS szenzor fejlesztése, amely jobb eredményeket mutat gyenge fényviszonyok mellett, és alacsonyabb zajszinttel is rendelkezik.
Egyetlen elem érzékeny a teljes látható spektrális tartományban, ezért a színes CCD mátrixok fotodiódái felett fényszűrőt használnak, amely a három szín közül csak egyet továbbít: piros (piros), zöld (zöld), kék (kék) ill. sárga (sárga), bíbor (bíbor), türkiz (ciánkék). És viszont egy fekete-fehér CCD-mátrixban nincsenek ilyen szűrők.
ESZKÖZ ÉS A PIXEL MŰKÖDÉS ELVE
A pixel egy átlátszó dielektrikummal bevont p-szubsztrátumból áll, amelyre fényáteresztő elektródát raknak le, amely potenciál lyukat képez.
A pixel felett lehet egy fényszűrő (színmátrixokban használatos) és egy konvergáló lencse (olyan mátrixban használják, ahol az érzékelő elemek nem foglalják el teljesen a felületet).
A kristály felületén elhelyezett fényáteresztő elektródára pozitív potenciált alkalmazunk. A pixelre eső fény mélyen behatol a félvezető szerkezetbe, és egy elektron-lyuk párt alkot. A keletkező elektront és a lyukat az elektromos tér széthúzza: az elektron a hordozótároló zónába (potenciálkuba) kerül, a lyukak pedig a szubsztrátumba áramlanak.
Egy pixelnek a következő jellemzői vannak:
- A potenciálkút kapacitása az elektronok száma, amelyet egy potenciálkút el tud tartani.
- Egy pixel spektrális érzékenysége az érzékenység (a fényáram értékének a fényáram értékéhez viszonyított aránya) függése a sugárzás hullámhosszától.
- A kvantumhatékonyság (százalékban mérve) egy fizikai mennyiség, amely megegyezik a kvázirészecskék képződését okozó fotonok számának az elnyelt fotonok teljes számához viszonyított arányával. A modern CCD-mátrixokban ez a szám eléri a 95%-ot. Összehasonlításképpen, az emberi szem kvantumhatékonysága körülbelül 1%.
- A dinamikatartomány a telítési feszültség vagy áram és a sötét zaj RMS feszültségének vagy áramának aránya. dB-ben mérve.
A CCD-mátrix sorokra van osztva, és minden sor pixelekre van osztva. A sorokat stoprétegek (p +) választják el egymástól, amelyek nem teszik lehetővé a töltések áramlását közöttük. Az adatcsomag mozgatásához párhuzamos, alias függőleges (angol VCCD) és soros, más néven vízszintes (angol HCCD) shift regisztereket használnak.
A háromfázisú eltolási regiszter legegyszerűbb működési ciklusa azzal kezdődik, hogy az első kapura pozitív potenciál kerül, aminek eredményeként egy kút keletkezik, amelyet a generált elektronok töltenek meg. Ezután a második kapura egy, az elsőnél nagyobb potenciált alkalmazunk, aminek következtében a második kapu alatt mélyebb potenciálkút alakul ki, amelybe az első kapu alól az elektronok áramlanak majd. A töltés mozgásának folytatásához csökkenteni kell a második kapu potenciálértékét, és nagyobb potenciált kell alkalmazni a harmadik kapun. Az elektronok a harmadik kapu alatt áramlanak. Ezt a ciklust a felhalmozási ponttól a vízszintes ellenállás közvetlenül leolvasóig folytatódik. A vízszintes és függőleges eltolódási regiszterek minden elektródája fázist alkot (1. fázis, 2. fázis és 3. fázis).
A CCD-mátrixok szín szerinti osztályozása:
- Fekete és fehér
- színezett
A CCD-mátrixok architektúra szerinti osztályozása:
A fényérzékeny sejtek zölddel, az átlátszatlan területek szürkével vannak jelölve.
A következő jellemzők rejlenek a CCD-mátrixban:
- A töltésátvitel hatékonysága az eltolási regiszterút végén lévő töltésben lévő elektronok számának aránya az elején lévő számhoz.
- A kitöltési tényező a fényérzékeny elemekkel töltött terület és a CCD mátrix fényérzékeny felületének teljes területének aránya.
- A sötétáram olyan elektromos áram, amely beeső fotonok hiányában átfolyik egy fényérzékeny elemen.
- Az olvasási zaj a kimeneti jel átalakító és erősítő áramkörében fellépő zaj.
|
Mátrixok személyi áthelyezéssel. (angol keretátvitel). |
|
 |
Előnyök:
Hibák:
|
|
Interline-transfer mátrixok vagy mátrixok oszloppuffereléssel (angol Interline-transfer). |
|
 |
Előnyök:
Hibák:
|
|
Mátrixok vonalkeret átvitellel vagy mátrixok oszloppuffereléssel (angol interline). |
|
 |
Előnyök:
Hibák:
|
CCD ALKALMAZÁSOK
 |
TUDOMÁNYOS ALKALMAZÁSOK
|
 |
ŰRALKALMAZÁS
|
 |
IPARI ALKALMAZÁS
|
 |
BIZTONSÁGI ALKALMAZÁSOK
|
 |
ALKALMAZÁS FÉNYKÉPEZÉSBEN
|
 |
ORVOSI ALKALMAZÁS
|
 |
AUTOMATIKUS ÚTI ALKALMAZÁS
|
Hogyan lép fel a torzítás, amikor mozgó tárgyakat fényképez egy redőnnyel rendelkező érzékelőn:
BAN BEN utóbbi évek a számítógéphez közeli (és nem csak) sajtóban gyakran találnak lelkes kritikákat a következő „technológiai csodának, amelyet a digitális fényképezés jövőjének forradalmasítására terveztek” - ez a kifejezés általánosított változata, ilyen vagy olyan formában. mindegyik cikkben. A jellemző azonban az, hogy már egy év elteltével a kezdeti felhajtás fokozatosan elillan, és a digitális fényképészeti berendezések gyártóinak többsége a „haladó fejlesztés” helyett inkább bevált megoldásokat alkalmaz.
Megkockáztatom, hogy az események ilyen alakulásának oka meglehetősen egyszerű - elég, ha odafigyelünk ennek vagy annak a döntésnek a "ragyogó egyszerűségére". Valóban, a mátrix felbontása nem elég? A pixeleket pedig ne oszlopokba és sorokba, hanem átlós vonalakba rendezzük, majd programszerűen „forgatjuk el” a „képet” 45 fokkal – itt azonnal megduplázzuk a felbontást! Nem számít, hogy így csak a szigorúan függőleges és vízszintes vonalak tisztasága nő, míg a ferde és a görbék (amelyekből a valós kép áll) változatlanok maradnak. A lényeg az, hogy a hatást megfigyeljék, ami azt jelenti, hogy hangosan kijelentheti.
Sajnos a modern felhasználót "elrontják a megapixelek". Nem tudja, hogy a felbontás növelésekor a "klasszikus" CCD-mátrixok fejlesztőinek meg kell oldaniuk a legnehezebb feladatot, az elfogadható dinamikatartomány és szenzorérzékenység biztosítását. De az olyan „megoldások”, mint a téglalapról a nyolcszögletű képpontokra váltás, teljesen érthetőnek és indokoltnak tűnnek egy közönséges amatőr fotós számára - elvégre ez olyan egyértelműen meg van írva a reklámfüzetekben ...
Ennek a cikknek az a célja, hogy megpróbálja egyszerű szint magyarázza el, mi határozza meg a CCD kimenetén kapott kép minőségét. Ugyanakkor teljesen figyelmen kívül hagyhatja az optika minőségét - az 1000 dollárnál alacsonyabb költségű második „DSLR” (Nikon D 70) megjelenése lehetővé teszi számunkra, hogy reméljük, hogy a fényképezőgépek szenzorfelbontásának további növelése elfogadható. árkategória nem korlátozódik a "szappanos" lencsékre.
Belső fotoelektromos hatás
Tehát a lencse által alkotott kép a CCD-mátrixra esik, vagyis a fénysugarak a CCD-elemek fényérzékeny felületére esnek, melynek feladata a fotonenergiának elektromos töltetté alakítása. Ez körülbelül a következőképpen történik.
Egy CCD-elemre esett foton esetében három forgatókönyv létezik az események kifejlődésére - vagy „kirázódik” a felszínről, vagy elnyelődik a félvezető (mátrixanyag) vastagságában, vagy „áthatol” „munkaterülete”. Nyilvánvaló, hogy a fejlesztőknek olyan szenzort kell készíteniük, amelyben a „ricochet” és az „átlövésből” származó veszteségek minimálisra csökkenthetők. Ugyanazok a fotonok, amelyeket a mátrix elnyelt, elektron-lyuk párt alkotnak, ha kölcsönhatás lép fel a félvezető kristályrács egy atomjával, vagy csak egy fotont (vagy lyukat), ha a kölcsönhatás donor vagy akceptor szennyeződések atomjaival történt, és mindkét jelenség az úgynevezett belső fotoelektromos hatás. Természetesen az érzékelő működése nem korlátozódik a belső fotoelektromos hatásra - a félvezetőből „elvett” töltéshordozókat egy speciális tárolóban kell tárolni, majd leolvasni.
CCD elem
BAN BEN Általános nézet A CCD elem kialakítása a következőképpen néz ki: egy p-típusú szilícium hordozó n-típusú félvezetőből származó csatornákkal van felszerelve. A csatornák felett az elektródák polikristályos szilíciumból készülnek, szilícium-oxid szigetelő réteggel. Miután elektromos potenciált alkalmaztunk egy ilyen elektródára, az n-típusú csatorna alatti kimerült zónában, potenciális lyuk, melynek célja az elektronok tárolása. A szilíciumba behatoló foton elektron keletkezéséhez vezet, amelyet a potenciálkút vonz és benne marad. Több foton (erős fény) nagyobb töltést biztosít a kútnak. Ezután ki kell számítania ennek a díjnak az értékét, más néven fotoáram, és erősítse fel.
A CCD-elemek fotoáramainak leolvasását az ún szekvenciális eltolási regiszterek, amelyek a bemeneten lévő töltéssorozatot a kimeneten impulzussorozattá alakítják át. Ez a sorozat egy analóg jel, amely az erősítőhöz kerül.
Így a regiszter segítségével egy sor CCD elem töltése analóg jellé alakítható. Tulajdonképpen, soros regiszter A CCD-k eltolása ugyanazon CCD-elemek sorban kombinálva valósul meg. Egy ilyen eszköz működése azon a képességen alapul töltéscsatolt eszközök(ezt jelenti a CCD rövidítés), hogy potenciális kútjaik töltéseit kicseréljék. A csere speciális jelenléte miatt történik transzfer elektródák(átvivő kapu) a szomszédos CCD-elemek között található. Ha megnövelt potenciált alkalmazunk a legközelebbi elektródára, a töltés „áramlik” alatta a potenciálkútból. A CCD-elemek között kettő-négy átviteli elektróda helyezhető el, számuktól függ a váltóregiszter „fázisa”, amelyet nevezhetünk kétfázisúnak, háromfázisúnak vagy négyfázisúnak.
A transzfer elektródák potenciálellátását úgy szinkronizálják, hogy a regiszter összes CCD-elemének potenciálfúróinak töltéseinek mozgása egyidejűleg történjen. És egy átviteli ciklusban a CCD-elemek mintegy „töltéseket továbbítanak a lánc mentén” balról jobbra (vagy jobbról balra). Nos, az „extrémnek” bizonyult CCD elem a regiszter kimenetén található eszköznek, vagyis az erősítőnek adja a töltést.
Általában a soros eltolási regiszter egy párhuzamos bemeneti, soros kimeneti eszköz. Ezért az összes díj beolvasása után a bemenetre lehet alkalmazni új sor, majd a következő, és így folyamatos analóg jelet képeznek egy kétdimenziós fotoáram-tömb alapján. A soros eltolási regiszter (azaz a fotoáramok kétdimenziós tömbjének sorai) bemeneti párhuzamos adatfolyamát viszont egy függőlegesen orientált soros eltolási regiszter halmaza biztosítja, amelyet ún. párhuzamos eltolási regiszter, és az egész szerkezet egésze csak egy CCD-mátrixnak nevezett eszköz.
A párhuzamos eltolási regisztert alkotó "függőleges" soros eltolási regisztereket hívjuk CCD oszlopokés munkájuk teljesen szinkronban van. Kétdimenziós tömb A CCD mátrix fotoáramai egyidejűleg egy sorral lefelé tolódnak el, és ez csak akkor történik meg, ha az előző sor töltései a „legalul” található soros eltolási regiszterből az erősítőbe kerültek. Amíg a soros regiszter fel nem szabadul, a párhuzamos regiszter üresjáratra kényszerül. Nos, a normál működéshez magát a CCD mátrixot kell egy mikroáramkörhöz (vagy ezek készletéhez) csatlakoztatni, amely mind a soros, mind a párhuzamos eltolási regiszterek elektródáit látja el potenciállal, és egyben szinkronizálja mindkét regiszter működését. Ezen kívül egy óragenerátorra van szükség.
Full frame érzékelő
Ez a fajta érzékelő konstruktív szempontból a legegyszerűbb, és ún full frame CCD(full-frame CCD - mátrix). Az ilyen típusú mátrixokhoz a „pántos” mikroáramkörökön kívül szükség van egy mechanikus redőnyre is, amely blokkolja a fényáramot az expozíció befejezése után. A zár teljes bezárása előtt a töltések leolvasása nem indítható el - a párhuzamos eltolási regiszter működési ciklusa során minden egyes pixelének fotoáramába plusz elektronok kerülnek, amelyeket a CCD mátrix nyitott felületét érő fotonok okoznak. . Ezt a jelenséget az ún A töltés "elkenése" teljes keretes mátrixban(full frame mátrix kenet).
És így, képkocka olvasási sebesség egy ilyen sémában mind a párhuzamos, mind a soros eltolási regiszterek sebessége korlátozza. Az is nyilvánvaló, hogy az olvasási folyamat befejezéséig az objektívből érkező fényt blokkolni kell, tehát expozíciós intervallum az olvasási sebességtől is függ.
A teljes keretes mátrixnak van egy továbbfejlesztett változata, amelyben a párhuzamos regiszter töltései nem soronként érkeznek a soros bemenetére, hanem a puffer párhuzamos regiszterben „tárolódnak”. Ez a nyilvántartás A fő párhuzamos eltolási regiszter alatt található, a fotoáramok soronként a pufferregiszterbe kerülnek, és onnan a soros eltolási regiszter bemenetére kerülnek. A pufferregiszter felületét átlátszatlan (általában fém) panel borítja, és az egész rendszer ún. keret pufferelt mátrixok(keret - átviteli CCD).
Frame Buffered Matrix
Ebben a sémában a fő párhuzamos eltolási regiszter potenciálfúrásai észrevehetően gyorsabban „ürülnek ki”, mivel a vonalak pufferbe történő átvitelekor nem kell minden sorra várni. teljes ciklus soros regiszter. Ezért az expozíciók közötti intervallum csökken, bár az olvasási sebesség is csökken - a vonalnak kétszer olyan messzire kell „mennie”. Így az expozíciók közötti intervallum mindössze két képkockára csökken, bár a pufferregiszter miatti eszköz költsége jelentősen megnő. A keretpufferrel rendelkező mátrixok legszembetűnőbb hátránya azonban a fotoáramok meghosszabbodott "útvonala", ami negatívan befolyásolja értékük biztonságát. A képkockák között pedig mindenképpen mechanikus redőnynek kell működnie, így nem kell folyamatos videojelről beszélni.
Mátrixok oszloppuffereléssel
Kifejezetten a videoberendezések számára fejlesztettek ki egy új típusú mátrixot, amelyben az expozíciók közötti intervallumot nem pár képkockára, hanem folyamatos adatfolyamra minimalizálták. Természetesen ennek a folytonosságnak a biztosításához rendelkezni kellett a mechanikus redőny elutasításáról.
Tulajdonképpen ezt a sémát, nevezett oszloppufferes mátrixok(interline CCD -mátrix), némileg hasonló a keretpufferelésű rendszerekhez - szintén puffer párhuzamos eltolási regisztert használ, melynek CCD elemei átlátszatlan bevonat alatt vannak elrejtve. Ez a puffer azonban nem egyetlen blokkban található a fő párhuzamos regiszter alatt – oszlopai a főregiszter oszlopai között „keverednek”. Ennek eredményeként a főregiszter minden oszlopa mellett található egy pufferoszlop, és közvetlenül az expozíció után a fotoáramok nem „felülről lefelé”, hanem „balról jobbra” (vagy „jobbról balra”) mozognak. ) és egyetlen munkaciklus alatt lépjen be a pufferregiszterbe, teljesen és teljesen felszabadítva a lehetséges lyukakat a következő expozícióhoz.
A pufferregiszterbe esett töltéseket a szokásos sorrendben soros eltolási regiszteren keresztül, azaz „fentről lefelé” olvassák be. Mivel a fotoáramok visszaállítása a pufferregiszterbe mechanikus redőny hiányában is csak egy ciklus alatt megy végbe, semmi sem hasonlít a full-frame mátrix töltés „elkenődéséhez”. De az egyes képkockák expozíciós ideje a legtöbb esetben időtartamát tekintve megfelel a puffer párhuzamos regiszter teljes kiolvasására fordított időköznek. Mindezeknek köszönhetően lehetővé válik egy nagy képkockasebességű videójel létrehozása - legalább 30 képkocka másodpercenként.
Mátrix oszloppuffereléssel
A hazai szakirodalomban gyakran az oszloppufferrel rendelkező mátrixokat tévesen "átlapoltnak" nevezik. Ez valószínűleg annak tudható be, hogy az "interline" (vonalpufferelés) és az "interlaced" (interlaced scanning) angol elnevezések nagyon hasonlóan hangzanak. Valójában az összes sort egy ciklusban olvasva beszélhetünk mátrixról progresszív szkennelés(progresszív pásztázás), és amikor az első ciklushoz páratlan sorokat, a másodikhoz páros sorokat olvasunk (vagy fordítva), akkor arról beszélünk, váltott soros mátrix(váltott soros pásztázás).
Bár a fő párhuzamos eltolási regiszter fotoáramai azonnal beleesnek a pufferregiszterbe, amely nincs kitéve "fotonbombázásnak", Töltet kenés oszloppufferes mátrixokban(kenet) is előfordul. Ezt a "fényérzékeny" CCD elem potenciálüregéből a "puffer" elem potenciálüregébe áramló elektronok részleges áramlása okozza, különösen gyakran a maximumhoz közeli töltési szinteknél, amikor a pixel megvilágítás nagyon magas. Ennek eredményeként a kép e világos pontjáról egy világos csík húzódik fel és le, és elrontja a keretet. Ennek a kellemetlen hatásnak a leküzdésére az érzékelő tervezésekor a „fényérzékeny” és a pufferoszlop nagyobb távolságra van egymástól. Ez persze bonyolítja a töltéscserét, és megnöveli ennek a műveletnek az időintervallumát is, de az a kár, amit a „maszatolás” okoz a képen, nem hagy választási lehetőséget a fejlesztőknek.
Amint korábban említettük, a videojel biztosításához szükséges, hogy az érzékelő ne igényelje a fényáram átfedését az expozíciók között, mivel a mechanikus redőny ilyen működési körülmények között (körülbelül 30 művelet másodpercenként) gyorsan meghibásodhat. Szerencsére a puffer karakterláncoknak köszönhetően megvalósítható elektronikus redőny, amely egyrészt lehetővé teszi, hogy szükség esetén mechanikus redőny nélkül is működjön, másrészt rendkívül alacsony (akár 1/10000 másodperces) záridőt biztosít, ami különösen kritikus a gyorsan mozgó folyamatok (sport, természet stb.) fényképezésekor. . Az elektronikus redőnyhöz azonban az is szükséges, hogy a mátrixban legyen a potenciálkút többlettöltését eltávolító rendszer, azonban minden rendben lesz megbeszélve.
Mindenért fizetni kell, és a videojel kialakításának lehetőségéért is. A puffereltolási regiszterek a mátrix területének jelentős részét „eszik fel”, ennek eredményeként minden pixel a teljes felülete fényérzékeny területének csak 30%-át kapja meg, míg ez a terület 70%-a teljes képerejű szenzornál. pixel. Ezért van az, hogy a legtöbb modern CCD-mátrixban minden pixel tetején van mikrolencsék. Egy ilyen egyszerű optikai eszköz lefedi a CCD elem területének nagy részét, és összegyűjti az erre a részre beeső fotonok teljes hányadát egy koncentrált fényáramba, amely viszont egy meglehetősen kompakt fényérzékeny területre irányul. pixel.
mikrolencsék
Mivel a mikrolencsék segítségével sokkal hatékonyabban lehet regisztrálni az érzékelőre eső fényáramot, idővel ezek az eszközök nem csak oszloppufferes rendszereket kezdtek ellátni, hanem full-frame mátrixokat is. A mikrolencséket azonban nem lehet „hátrány nélküli megoldásnak” nevezni.
Optikai eszközről lévén szó, a mikrolencsék bizonyos mértékig torzítják a rögzített képet, ez leggyakrabban a keret legapróbb részleteiben a tisztaság elvesztésében fejeződik ki - széleik enyhén elmosódnak. Másrészt az ilyen elmosódott kép egyáltalán nem mindig nem kívánatos - bizonyos esetekben az objektív által alkotott kép olyan vonalakat tartalmaz, amelyek mérete és gyakorisága közel áll a CCD elem méreteihez és a képpontok közötti távolsághoz. mátrix. Ebben az esetben a keret gyakran megfigyelhető lépegetni(aliasing) - egy képponthoz egy bizonyos szín hozzárendelése, függetlenül attól, hogy egy képrészlet teljesen vagy csak egy része fedi le. Emiatt a képen látható tárgy vonalai megszakadtak, szaggatott élekkel. Ennek a problémának a megoldására a mikrolencsék nélküli érzékelőkkel rendelkező kamerák drága eszközt használnak élsimító szűrő(anti-aliasing szűrő), és egy mikrolencsés szenzornak nincs szüksége ilyen szűrőre. Ezt azonban mindenesetre az érzékelő felbontásának némi csökkenésével kell fizetni.
Ha a téma nincs jól megvilágítva, ajánlatos a rekesznyílást a lehető legszélesebbre nyitni. Ez azonban meredeken megnöveli a mátrix felületére meredek szögben beeső sugarak százalékos arányát. A mikrolencsék ezzel szemben az ilyen sugarak jelentős hányadát levágják, így a mátrix fényelnyelésének hatékonysága (amihez a membránt kinyitották) nagymértékben csökken. Bár meg kell jegyezni, hogy a meredek szögben beeső sugarak is gondot okoznak - egy pixel szilíciumába belépve egy nagy hullámhosszú, nagy áthatolóképességű fotont egy másik mátrixelem anyaga elnyelhet. , ami végül a kép torzulásához vezet. A probléma megoldása érdekében a mátrix felületét egy átlátszatlan (például fém) "rács" borítja, amelynek kivágásaiban csak a pixelek fényérzékeny zónái maradnak meg.
A történelem során a full-frame szenzorokat elsősorban a stúdiótechnikában, az oszloppufferes érzékelőket pedig az amatőr technikában használták. Mindkét típusú érzékelő megtalálható a professzionális kamerákban.
BAN BEN klasszikus minta A polikristályos szilícium elektródákat használó CCD elemnél az érzékenység korlátozott, mivel az elektróda felülete részlegesen szórja a fényt. Ezért, ha olyan speciális körülmények között fényképez, amelyek fokozott érzékenységet igényelnek a spektrum kék és ultraibolya tartományában, hátulról megvilágított mátrixokat használnak. Az ilyen típusú szenzoroknál a felvett fény a hordozóra esik, és a szükséges belső fotoelektromos hatás elérése érdekében a hordozót 10-15 mikrométer vastagságra polírozták. A feldolgozás ezen szakasza nagymértékben megnövelte a mátrix költségét, ráadásul az eszközök nagyon törékenynek bizonyultak, és fokozott odafigyelést igényeltek az összeszerelés és a működés során.
Hátulról megvilágított mátrix
Nyilvánvalóan a fényáramot csillapító fényszűrők használatakor minden költséges, érzékenységet növelő művelet értelmét veszti, ezért a háttérvilágítású mátrixokat leginkább a csillagászati fotózásban használják.
Érzékenység
A rögzítőberendezések egyik legfontosabb jellemzője, legyen az fotófilm vagy CCD mátrix érzékenység- az optikai sugárzásra adott módon reagáló képesség. Minél nagyobb az érzékenység, annál kevesebb fényre van szükség a felvevőkészülék reakciójához. Különféle értékeket (DIN, ASA) használtak az érzékenység jelzésére, de végül meghonosodott az a gyakorlat, hogy ezt a paramétert ISO-egységekben jelölték meg (Nemzetközi Szabványügyi Szervezet – Nemzetközi Szabványügyi Szervezet).
Egyetlen CCD-elem esetén a fényre adott választ töltésképződésként kell érteni. Nyilvánvaló, hogy a CCD-mátrix érzékenysége az összes pixel érzékenységének összege, és általában két paramétertől függ.
Az első paraméter az integrált érzékenység, amely a fényáram (milliamperben) és a fényáram (lumenben) aránya egy olyan sugárforrásból, amelynek spektrális összetétele egy wolfram izzólámpának felel meg. Ez a paraméter lehetővé teszi az érzékelő egészének érzékenységének értékelését.
A második paraméter az monokromatikus érzékenység, vagyis a fotoáram nagyságának (milliamperben) és a sugárzás egy bizonyos hullámhossznak megfelelő fényenergiájának nagyságához (millielektronvoltban) viszonyított aránya. Az összes monokromatikus érzékenységi érték halmaza a kívánt spektrum részére spektrális érzékenység- az érzékenység függése a fény hullámhosszától. Így a spektrális érzékenység azt mutatja, hogy az érzékelő képes-e egy bizonyos szín árnyalatait regisztrálni.
Nyilvánvaló, hogy mind az integrál, mind a monokróm érzékenység mértékegységei eltérnek a fotótechnikában népszerű elnevezésektől. Ezért a digitális fényképészeti berendezések gyártói a termékleírásokban jelzik egyenértékű érzékenység CCD-k ISO egységekben. Az ekvivalens érzékenység meghatározásához pedig a gyártónak csak a téma megvilágítását, a rekesznyílást és a zársebességet kell ismernie, és egy-két képletet kell használnia. Az első szerint az expozíciós értéket log 2-ként (L *S /C) számítjuk, ahol L a megvilágítás, S az érzékenység, C pedig az expozíciós állandó. A második képlet az expozíciós értéket 2*log 2 K - log 2 t .-ként határozza meg, ahol K a rekeszérték, t pedig a zársebesség. Nem nehéz olyan képletet levezetni, amely L, C, K és t mellett lehetővé teszi annak kiszámítását, hogy S mi egyenlő.
A mátrix érzékenysége egy integrált érték, amely az egyes CCD-elemek érzékenységétől függ. Nos, a mátrix pixel érzékenysége elsősorban az „esőt helyettesítő fotonoktól” függ. fényérzékeny terület(kitöltési tényező), másodszor pedig innen kvantumhatékonyság(kvantumhatékonyság), vagyis a regisztrált elektronok számának és az érzékelő felületére beeső fotonok számának aránya.
A kvantumhatékonyságot viszont számos más paraméter is befolyásolja. Először is ezt reflexiós együttható- az érzékelő felületéről "kiszálló" fotonok arányát jelző érték. A visszaverődési együttható növekedésével a belső fotoelektromos hatásban részt vevő fotonok aránya csökken.
Az érzékelő felületéről vissza nem verődő fotonok elnyelődnek, töltéshordozókat képezve, azonban ezek egy része a felület közelében „megakad”, van, amelyik túl mélyen behatol a CCD elem anyagába. Nyilvánvaló, hogy egyik esetben sem vesznek részt a fotoáram kialakításában. A fotonok „áthatoló ereje” a félvezetőben, az ún abszorpciós együttható, mind a félvezető anyagától, mind a beeső fény hullámhosszától függ - a "hosszúhullámú" részecskék sokkal mélyebbre hatolnak, mint a "rövidhullámúak". A CCD elem kifejlesztése során szükséges, hogy a látható sugárzásnak megfelelő hullámhosszú fotonok olyan abszorpciós együtthatót érjenek el, hogy a belső fotoelektromos hatás a potenciálkút közelében jelentkezzen, ezáltal növelve az elektron beleesésének esélyét.
Gyakran a kvantumhatékonyság helyett ezt a kifejezést használják "kvantum kimenet"(kvantumhozam), de valójában ez a paraméter egy foton elnyelésekor felszabaduló töltéshordozók számát mutatja. Természetesen a belső fotoelektromos hatás mellett a töltéshordozók nagy része továbbra is a CCD elem potenciálüregébe esik, azonban az elektronok (vagy lyukak) egy része elkerüli a „csapdát”. A kvantumhatékonyságot leíró képlet számlálója pontosan a potenciálkútba esett töltéshordozók száma.
A CCD-mátrix egyik fontos jellemzője érzékenységi küszöb- a fényrögzítő készülék paramétere, amely a regisztrálható fényjel minimális értékét jellemzi. Minél kisebb ez a jel, annál magasabb az érzékenységi küszöb. Az érzékenységi küszöböt korlátozó fő tényező az sötét áramlat(sötét áram). Ez a termikus emisszió következménye, és egy CCD-elemben fordul elő, amikor az elektródára potenciált helyeznek, amely alatt potenciálüreg keletkezik. Ezt az áramot „sötétnek” nevezik, mert olyan elektronokból áll, amelyek fényáram hiányában a kútba estek. Ha a fényáram gyenge, akkor a fényáram értéke közel van, sőt néha még kisebb is, mint a sötétáram értéke.
A sötétáram függ az érzékelő hőmérsékletétől - ha a mátrixot 9 Celsius-fokkal melegítjük, a sötétáram megduplázódik. A mátrix hűtésére különféle hőelvezető (hűtő) rendszerek. A terepi kamrákban, amelyek tömeg- és méretjellemzői nagymértékben korlátozzák a hűtőrendszerek használatát, esetenként a kamra fémházát használják hőcserélőként. A stúdióberendezésekben gyakorlatilag nincsenek korlátozások a súlyra és a méretekre vonatkozóan, ráadásul megengedett a hűtőrendszer kellően magas energiafogyasztása, amely viszont passzív és aktív részekre oszlik.
Passzív hűtőrendszerek csak a lehűtött készülék felesleges hőjének "kibocsátását" biztosítsa a légkörbe. Ugyanakkor a hűtőrendszer a maximális hővezető szerepét tölti be, hatékonyabb hőelvezetést biztosítva. Nyilvánvaló, hogy a hűtött készülék hőmérséklete nem lehet alacsonyabb a környezeti levegő hőmérsékleténél, ami a passzív rendszerek fő hátránya.
A passzív hőcserélő rendszer legegyszerűbb példája az radiátor(hűtőborda), jó hővezető képességű anyagból, leggyakrabban fémből készül. A légkörrel érintkező felület úgy van kialakítva, hogy a lehető legnagyobb szórási területet biztosítsa. Általánosan elfogadott, hogy a maximális szórási terület tűradiátorok, "sündisznó" formájú, hőleadó "tűkkel" tűzdelve. Gyakran a hőátadás kikényszerítése érdekében a radiátor felületét fújják mikroventilátor - nevezett hasonló eszközök hűtők(hűvösebb, a hűvös- hűvös szóból), in személyi számítógépek hűtse le a processzort. Abból a tényből kiindulva, hogy a mikroventilátor áramot fogyaszt, az azt használó rendszereket "aktívnak" nevezik, ami teljesen hibás, mivel a hűtők nem tudják a készüléket atmoszférikusnál alacsonyabb hőmérsékletre hűteni. Magas környezeti hőmérsékleten (40 fok felett) a passzív hűtőrendszerek hatékonysága csökkenni kezd.
Aktív hűtőrendszerek elektromos vagy kémiai folyamatok miatt a környezeti levegőnél alacsonyabb hőmérsékletet biztosítson a készüléknek. Tulajdonképpen, aktív rendszerek„hideget termelnek”, ugyanakkor a hűtött készülék hője és a hűtőrendszer hője is a légkörbe kerül. Az aktív hűtő klasszikus példája a hagyományos hűtőszekrény. A meglehetősen magas hatásfok ellenére azonban súly- és méretjellemzői még a stúdió fényképészeti berendezések számára is elfogadhatatlanok. Ezért őt aktív hűtés biztosított Peltier rendszerek, amelynek működése az azonos nevű effektus használatán alapul, amikor két különböző anyagból készült vezető végén potenciálkülönbség esetén ezeknek a vezetékeknek a találkozásánál hőenergia szabadul fel vagy nyel el ( a feszültség polaritásától függően). Ennek oka az elektronok gyorsulása vagy lassulása a vezető átmenet belső érintkezési potenciálkülönbsége miatt.
Az n-típusú és p-típusú félvezetők kombinációjának alkalmazásakor, amelyben az elektronok és a "lyukak" kölcsönhatása miatt hőelnyelés történik, a maximális hővezető hatás jelentkezik. Ennek fokozására alkalmazhatjuk a Peltier elemek kaszkádkombinációját, és mivel mind a hőelnyelés, mind a felszabadulás történik, az elemeket úgy kell kombinálni, hogy a hűtő egyik oldala „meleg”, a másik „hideg” legyen. A kaszkádkombináció eredményeként a Peltier-elem mátrixtól legtávolabbi „forró” oldalának hőmérséklete jóval magasabb, mint a környező levegőé, és hője passzív eszközök segítségével disszipálódik a légkörben. , vagyis radiátorok és hűtők.
A Peltier-effektus segítségével az aktív hűtőrendszerek nulla fokra csökkenthetik az érzékelő hőmérsékletét, drámaian csökkentve a sötétáram szintjét. A CCD-tömb túlzott hűtése azonban azzal fenyeget, hogy a környező levegőből pára csapódik le, és rövidre zárja az elektronikát. És bizonyos esetekben a mátrix hűtött és fényérzékeny síkjai közötti korlátozó hőmérséklet-különbség a mátrix elfogadhatatlan deformációjához vezethet.
Azonban sem a radiátorok, sem a hűtők, sem a Peltier elemek nem alkalmazhatók a terepi kamerákra, amelyek súlya és méretei korlátozottak. Ehelyett ez a technika egy olyan módszert alkalmaz, amely az ún fekete pixelek(sötét referenciapixelek) Ezek a pixelek a mátrix szélei mentén átlátszatlan anyaggal borított oszlopok és sorok. A fekete pixelek összes fényáramának átlagos értékét veszik figyelembe sötét áramszint. Nyilvánvaló, hogy eltérő működési körülmények között (a környezet és maga a kamera hőmérséklete, akkumulátoráram stb.) a sötétáram szintje eltérő lesz. Az egyes pixeleknél „referenciapontként” használva, vagyis a fotoáramból kivonva annak értékét, pontosan meghatározható, hogy a CCD elemre esett fotonok milyen töltést hoznak létre.
A sötétáram ilyen vagy olyan módon történő elnyomásakor tudatában kell lennie egy másik tényezőnek, amely korlátozza az érzékenységi küszöböt. Ez termikus zaj(termikus zaj), akkor is, ha az elektródákon nincs potenciál, csak az elektronok kaotikus mozgása a CCD elem mentén. A hosszú expozíció a kóbor elektronok fokozatos felhalmozódásához vezet a potenciálkútban, ami torzítja a fotoáram valódi értékét. És minél „hosszabb” a záridő, annál több elektron „veszt el” a kútban.
Tudniillik egyazon kazettán belüli filmek fényérzékenysége állandó marad, vagyis nem változhat képkockáról kockára. A digitális fényképezőgép azonban lehetővé teszi az egyenértékű érzékenység legoptimálisabb értékének beállítását minden egyes felvételhez. Ezt a mátrixból érkező videojel felerősítésével érik el - bizonyos szempontból egy ilyen eljárás, ún "az egyenértékű érzékenység növelése", hasonlóan a zenelejátszó hangerőszabályzójának elforgatásához.
Így gyenge fényviszonyok mellett a felhasználó dilemmával szembesül – vagy növelje az egyenértékű érzékenységet, vagy növelje a zársebességet. Ugyanakkor mindkét esetben nem lehet elkerülni a keret károsodását a rögzített eloszlás zaja miatt. Igaz, a tapasztalatok azt mutatják, hogy „hosszú” záridővel nem romlik annyira a kép, mint a mátrixjel felerősítésekor. A hosszú expozíciós idő azonban egy másik problémával is fenyeget – a felhasználó „elcsavarhatja” a keretet. Ezért, ha a felhasználó gyakran beltérben szeretne fényképezni, akkor nagy rekesznyílású fényképezőgépet kell választania, valamint erős és „intelligens” vakut.
Dinamikus hatókör
A mátrixnak erős napfényben és gyenge szobavilágításban is képes fényt érzékelni. Ezért a mátrix potenciálfuratainak nagyon nagy kapacitásúaknak kell lenniük, és képeseknek kell lenniük arra, hogy minimális számú elektront megtartsanak gyenge fényviszonyok között, és nagy töltést is tartalmazhassanak, amely akkor keletkezik, amikor erős fényáram éri az érzékelőt. Az objektív által alkotott kép pedig sokszor erősen megvilágított területekből és mély árnyékokból is áll, és ezek összes árnyalatát regisztrálnia kell a szenzornak.
A paraméter határozza meg, hogy az érzékelő mennyire képes jó képet alkotni különböző fényviszonyok mellett és nagy kontraszt mellett "dinamikus hatókör", amely a mátrix azon képességét jellemzi, hogy a felvételi felületére vetített képen megkülönbözteti a legsötétebb tónusokat a legvilágosabbaktól. A dinamikatartomány bővítésekor a képen lévő árnyalatok száma megnő, és a köztük lévő átmenetek a lehető legjobban megfelelnek az objektív által alkotott képnek.
A dinamikatartomány hatása a keret minőségére (A - széles dinamikatartomány, B - szűk dinamikatartomány)
Egy olyan karakterisztikát, amely leírja a CCD elem képességét egy bizonyos mennyiség felhalmozására, nevezzük "potenciál mélysége"(kútmélység), és ettől függ a mátrix dinamikatartománya. Természetesen gyenge fényviszonyok mellett történő fényképezéskor a dinamikatartományt az érzékenységi küszöb is befolyásolja, amit viszont a sötétáram nagysága határoz meg.
Nyilvánvaló, hogy a fotoáramot alkotó elektronok elvesztése nemcsak a potenciálkút töltésének felhalmozódása során következik be, hanem a mátrix kimenetére való szállítása során is. Ezeket a veszteségeket az elektronok sodródása okozza, amelyek „leszakadnak” a fő töltésről, amikor az a következő transzferelektróda alá áramlik. Minél kisebb a leszakadt elektronok száma, annál nagyobb töltésátvitel hatékonysága(töltésátviteli hatékonyság). Ezt a paramétert százalékban mérjük, és a CCD-elemek közötti „keresztezés” során fennmaradó töltés százalékos arányát mutatja.
Az átviteli hatékonyság hatását a következő példával szemléltethetjük. Ha egy 1024 X 1024-es mátrixnál ennek a paraméternek az értéke 98%, akkor a mátrix kimenetén lévő központi pixel fotoáramának meghatározásához 0,98-at (az átvitt töltés mennyiségét) kell emelni a mátrix kimenetén. 1024 hatvány (a pixelek közötti „keresztezések” száma), és szorozzuk meg 100-zal (százalék). Az eredmény teljesen nem kielégítő – a kezdeti töltés körülbelül 0,0000001%-a marad. Nyilvánvaló, hogy a felbontás növekedésével az átviteli hatékonysággal szemben támasztott követelmények még szigorúbbá válnak, ahogy az „átlépések” száma nő. Ezenkívül a képkocka kiolvasási sebessége csökken, mivel az átviteli sebesség növekedése (a megnövekedett felbontás kompenzálására) a „lehúzott” elektronok számának elfogadhatatlan növekedéséhez vezet.
A nagy töltésátviteli hatékonyság mellett elfogadható képkiolvasási sebességek elérése érdekében a CCD-tömb tervezésekor a potenciális kutak „mélyített” pozícióba helyezését tervezzük. Emiatt az elektronok nem „tapadnak” olyan aktívan a transzfer elektródákhoz, és éppen a potenciálkút „mély helyére” kerül egy n-csatorna a CCD elem kialakításába.
Visszatérve a fenti példához: ha egy adott 1024 X 1024 mátrixban a töltésátvitel hatékonysága 99,999%, akkor a szenzor kimenete a központi töltés fotoáramából az eredeti érték 98,98%-a marad. Ha nagyobb felbontású mátrixot fejlesztenek ki, akkor 99,99999%-os töltésátviteli hatékonyság szükséges.
Virágzó
Azokban az esetekben, amikor a belső fotoelektromos hatás több elektronhoz vezet, amely meghaladja a potenciál mélységét, a CCD elem töltése elkezd "terjedni" a szomszédos pixeleken. A fényképeken ez a jelenség, ún virágzó(az angol blooming - blurring szóból), fehér foltok és megfelelő alak formájában jelenik meg, és minél több a felesleges elektron, annál nagyobbak a foltok.
A virágzás visszaszorítása rendszer segítségével történik elektronikus vízelvezetés(overflow drain), melynek fő feladata a felesleges elektronok eltávolítása a potenciálkútból. A leghíresebb lehetőségek függőleges vízelvezetés(Vertical Overflow Drain, VOD) és oldalirányú vízelvezetés(Lateral Overflow Drain, VOD).
A vertikális vízelvezetésű rendszerben a mátrix szubsztrátumra potenciált visznek fel, melynek értékét úgy választjuk meg, hogy a potenciálkút mélységének túlcsordulásakor a felesleges elektronok a hordozóra áramlanak és ott szétszóródnak. Ennek az opciónak a hátránya a potenciálkút mélységének csökkenése, és ennek megfelelően a CCD elem dinamikus tartományának szűkítése. Az is nyilvánvaló, hogy ezt a rendszert nem alkalmazható háttérvilágítású mátrixokban.
Függőleges elektronikus vízelvezetés
Az oldalsó leeresztő rendszer elektródákat használ, amelyek megakadályozzák, hogy a potenciálkút elektronjai behatoljanak a "vízelvezető barázdákba", amelyekből a felesleges töltés eloszlik. Ezeken az elektródákon a potenciált a potenciálkút túlfolyó gátjának megfelelően választják ki, miközben a mélysége nem változik. A vízelvezető elektródák miatt azonban a CCD elem fényérzékeny területe csökken, ezért mikrolencséket kell használni.
Oldalsó elektronikus lefolyó
Természetesen bonyolítja a kialakítását, hogy az érzékelőt vízelvezető eszközökkel kell kiegészíteni, de a virágzás okozta kerettorzulásokat nem lehet figyelmen kívül hagyni. Igen, és az elektronikus redőny nem valósítható meg vízelvezetés nélkül - „függöny” szerepét tölti be ultrarövid záridő mellett, amelynek időtartama rövidebb, mint a fő párhuzamos eltolási regiszterből a pufferbe történő töltés átvitelére fordított idő. párhuzamos regiszter. A „retesz”, azaz a vízelvezetés megakadályozza azon elektronok behatolását a puffer CCD elemeinek üregeibe, amelyek a „fényérzékeny” pixelekben a meghatározott (és nagyon rövid) expozíciós idő letelte után keletkeztek.
"Beragadt" pixelek
A CCD egyes elemeinek technológiai hibái miatt már a legrövidebb záridő is lavinaszerű elektronfelhalmozódáshoz vezet a potenciálkútban. A képen az ilyen pixeleket, ún "ragadós"(elakadt pixelek) mind színükben, mind fényességükben nagyon eltérnek a környező pontoktól, és a rögzített eloszlás zajától eltérően bármilyen zársebesség mellett és a mátrix hőmérsékletétől függetlenül megjelennek.
A beragadt pixeleket a beépített funkció segítségével távolítja el szoftver kamera, amely a hibás CCD-elemek felkutatását és azok "koordinátáinak" nem felejtő memóriában való tárolását biztosítja. A kép létrehozásakor a hibás pixelek értékeit nem veszik figyelembe, azokat a szomszédos pixelek interpolált értékével helyettesítik. A keresési folyamat során egy pixel hibásságának megállapításához a töltést összehasonlítjuk a referenciaértékkel, amelyet szintén a kamera nem felejtő memóriájában tárolunk.
Mátrix átlós mérete
Néha a digitális fényképezőgép egyéb paraméterei mellett fel van tüntetve a CCD átlós mérete(általában a hüvelyk töredékeiben). Először is, ez az érték az objektív jellemzőivel függ össze - minél nagyobbak az érzékelő méretei, annál nagyobbnak kell lennie az optika által alkotott képnek. Ahhoz, hogy ez a kép teljesen lefedje a mátrix rögzítési felületét, növelni kell az optikai elemek méreteit. Ha ez nem történik meg, és az objektív által létrehozott „kép” kisebbnek bizonyul, mint az érzékelő, akkor a mátrix perifériás területei nem igényelhetők. A fényképezőgépgyártók azonban számos esetben nem jelezték, hogy modelljeikben a megapixelek bizonyos hányada „kiesett”.
De a 35 mm-es technológia alapján létrehozott digitális "reflexkamerákban" szinte mindig az ellenkező helyzet fordul elő - az objektív által alkotott kép átfedi a mátrix fényérzékeny területét. Ennek oka az a tény, hogy a 35 milliméteres film keretméreteivel rendelkező érzékelők túl drágák, és ahhoz vezet, hogy az objektív által alkotott kép egy része szó szerint „a színfalak mögött van”. Ennek eredményeként az objektív jellemzői a "hosszú fókusz" tartományba tolódnak el. Ezért, amikor cserélhető objektíveket választ egy digitális tükörreflexes fényképezőgéphez, fontolja meg zoom arány- általában körülbelül 1,5. Például, ha 28-70 mm-es zoomobjektívet szerel fel, annak működési tartománya 42-105 mm lesz.
Ennek az aránynak vannak pozitív és negatív hatásai is. Különösen a széles lefedettségi szöggel való fényképezés válik nehezebbé, amelyhez rövid hatótávolságú objektívek szükségesek. A 18 mm-es vagy annál kisebb gyújtótávolságú optikák nagyon drágák, és egy digitális tükörreflexes fényképezőgépben triviális 27 mm-essé válik. Ugyanakkor a teleobjektívek is nagyon drágák, és nagy gyújtótávolság esetén a relatív rekesz általában csökken. De egy olcsó 200 mm-es objektív 1,5-ös tényezőjével 300 mm-es objektívvé válik, míg az „igazi” 300 mm-es optikának f / 5,6 nagyságrendű a rekeszértéke, a 200 mm-es pedig nagyobb, mint f / 4,5.
Ezen túlmenően minden objektívre jellemzőek az olyan aberrációk, mint a mezőgörbület és a torzítás, amelyek a kép elmosódásában és görbületében fejeződnek ki a keret szélein. Ha a mátrix méretei kisebbek, mint az objektív által alkotott kép mérete, a „problémás területeket” egyszerűen nem regisztrálja az érzékelő.
Meg kell jegyezni, hogy a mátrix érzékenysége a rögzítési terület méretéhez kapcsolódik. Minél nagyobb az egyes elemek fényérzékeny területe, annál több fény esik rá, és annál gyakrabban lép fel a belső fotoelektromos hatás, ami növeli a teljes érzékelő érzékenységét. Ezenkívül a nagy pixel lehetővé teszi egy „megnövelt kapacitású” potenciális kút létrehozását, amely pozitív hatással van a dinamikatartomány szélességére. illusztrálja azt példa - mátrixok digitális tükörreflexes kamerák, méretükben a 35 mm-es film képkockájához hasonlítható. Ezek az érzékelők hagyományosan ISO 6400 (!) nagyságrendű érzékenységben különböznek egymástól, a dinamikatartományhoz pedig 10-12 bites bitmélységű ADC kell.
Ugyanakkor az amatőr kamerák mátrixai olyan dinamikatartománnyal rendelkeznek, amelyhez elegendő egy 8-10 bites ADC, és az érzékenység ritkán haladja meg az ISO 800-at. Ennek oka a technika tervezési jellemzői. A helyzet az, hogy a Sonynak nagyon kevés versenytársa van a kisméretű (1/3, 1/2 és 2/3 hüvelykes átlós) érzékelők amatőr technológiához való gyártásában, és ezt a fejlesztés hozzáértő megközelítése okozta. modellválaszték mátrixok. A „megapixelenként több” felbontású mátrixok következő generációjának fejlesztése során a korábbi szenzormodellekkel való szinte teljes kompatibilitás biztosított volt, mind méretek, mind interfész tekintetében. Ennek megfelelően a kameratervezőknek nem kellett a nulláról fejleszteniük az objektívet és a fényképezőgép "elektronikus töltetét".
A felbontás növekedésével azonban a puffer párhuzamos eltolási regiszter az érzékelő területének egyre nagyobb hányadát rögzíti, ennek eredményeként mind a fényérzékeny terület, mind a potenciálkút "kapacitása" csökken.
A CCD fényérzékeny területének csökkentése növekvő felbontással.
Ezért minden „N +1 megapixel” mögött a fejlesztők fáradságos munkája rejlik, amely sajnos nem mindig sikerül.
Analóg-digitális átalakító
Az erősítőn áthaladó videojelet a fényképezőgép mikroprocesszora számára érthető digitális formátumba kell alakítani. Erre használják analóg-digitális átalakító, ADC(analóg-digitális konverter, ADC) - olyan eszköz, amely az analóg jelet számsorozattá alakítja. Fő jellemzője az bit mélység, azaz a felismert és kódolt diszkrét jelszintek száma. A szintek számának kiszámításához elegendő kettőt emelni a bitmélység hatványára. Például a "8 bit" azt jelenti, hogy a konverter képes meghatározni 2-től a nyolcadik jelszintig, és 256 különböző értékként megjeleníteni.
Nagy ADC-kapacitás mellett (elméletileg) nagyobb is elérhető színmélység(színmélység), vagyis a színfeldolgozás bitmélysége, amely leírja maximális összeget reprodukálható színárnyalatok. A színmélységet általában bitekben fejezik ki, és az árnyalatok számát ugyanúgy számítják ki, mint az ADC jelszintek számát. Például 24 bites színmélységgel 16777216 színárnyalat érhető el.
A valóságban a fájlok színmélysége JPEG formátumok vagy TIFF, amelyet a számítógép a képek feldolgozására és tárolására használ, 24 bitre korlátozódik (8 bit minden színcsatornához – kék, piros és zöld). Ezért az esetenként 10, 12, sőt 16 bites bitmélységgel (vagyis 30, 36 és 48 bites színmélységgel) használt ADC-k tévesen "redundánsnak" tekinthetők. A digitális fényképészeti berendezések egyes modelljeinek mátrixának dinamikus tartománya azonban meglehetősen széles, és ha a fényképezőgép fel van szerelve egy képkocka nem szabványos formátumban (30–48 bites) mentésének funkciójával, akkor a további számítógépes feldolgozás során lehetőség van „extra” bitek használatára. Mint tudják, az expozíció megnyilvánulási gyakorisága alapján történő kiszámításában a hibák a második helyen állnak a fókuszálás pontatlansága után. Ezért az ilyen hibák „alsó” (alulexponálás esetén) vagy „felső” (túlexponálás esetén) bitek segítségével történő kompenzálása nagyon hasznosnak bizonyul. Nos, ha az expozíciót hiba nélkül számítják ki, akkor 30-48 bitet szabványos 24 bitre torzítás nélkül "tömöríteni" nem különösebben nehéz feladat.
Nyilvánvalóan a CCD dinamikatartománya kell, hogy legyen az ADC bitmélységének növelésének alapja, mivel az ADC szűk dinamikatartományával, csatornánként 10-12 bittel egyszerűen nem lesz mit felismerni. És sokszor nem nevezhető másnak, mint reklámfogásnak egy szerény, fél hüvelykes átlós mátrixú „szappandoboz” „36 bites”, sőt „48 bites” színét emlegetni, mert még egy 30 bites is. színhez legalább 2/3 hüvelykes átlójú érzékelő szükséges.
Betöltés...