Furnizorii oferă acum o gamă largă de camere pentru supraveghere video. Modelele diferă nu numai prin parametri comuni tuturor camerelor - distanță focală, unghi de vizualizare, sensibilitate la lumină etc. - ci și prin diverse „cipuri” de marcă cu care fiecare producător încearcă să-și echipeze dispozitivele.
Prin urmare, adesea scurta descriere Caracteristicile unei camere de supraveghere video sunt o listă înfricoșătoare de termeni obscuri, de exemplu: 1/2.8" 2.4MP CMOS, 25/30fps, Meniu OSD, DWDR, ICR, AWB, AGC, BLC, 3DNR, Smart IR, IP67, 0,05 Lux si asta nu e tot.
În articolul precedent, ne-am concentrat pe standardele video și clasificările camerelor în funcție de acestea. Astăzi vom analiza principalele caracteristici ale camerelor de supraveghere video și vom descifra denumirile tehnologiilor speciale utilizate pentru a îmbunătăți calitatea semnalului video:
- Distanța focală și unghiul de vizualizare
- Diafragma (număr F) sau viteza obiectivului
- Ajustarea irisului (iris automat)
- Obturator electronic (AES, viteza obturatorului, viteza obturatorului)
- Sensibilitate (sensibilitate la lumină, iluminare minimă)
- Clase de protecție IK (antivandal, anti-vandal) și IP (față de umiditate și praf)
Tip senzor (CCD CCD, CMOS CMOS)
Există 2 tipuri de matrice de camere CCTV: CCD (în rusă - CCD) și CMOS (în rusă - CMOS). Ele diferă atât în ceea ce privește dispozitivul, cât și principiul de funcționare.
| CCD | CMOS |
| Citire secvențială din toate celulele matricei | Citirea arbitrară din celulele matricei, ceea ce reduce riscul de a zâmbi - apariția murdării verticale a surselor de lumină punctiforme (lămpi, felinare) |
| Nivel scăzut de zgomot | Nivel ridicat de zgomot datorită așa-numiților curenți de temperatură |
| Sensibilitate dinamică ridicată (mai potrivită pentru fotografierea obiectelor în mișcare) | Efectul „obturatorului rulant” - atunci când fotografiați obiecte în mișcare rapidă, pot apărea dungi orizontale, distorsiuni ale imaginii |
| Cristalul este folosit doar pentru a găzdui elemente fotosensibile, restul microcircuitelor trebuie așezate separat, ceea ce crește dimensiunea și costul camerei. | Toate microcircuitele pot fi plasate pe un singur cip, ceea ce face ca producția de camere cu senzori CMOS să fie simplă și ieftină. |
| Datorită utilizării zonei matricei numai pentru elemente fotosensibile, eficiența utilizării acesteia crește - se apropie de 100% | Consum redus de energie (de aproape 100 de ori mai puțin decât CCD-urile) |
| Producție costisitoare și complexă | Performanţă |
Multă vreme s-a crezut că matricea CCD oferă o calitate mult mai bună a imaginii decât CMOS. Cu toate acestea, matricele CMOS moderne sunt adesea practic în niciun fel inferioare CCD-urilor, mai ales dacă nu există cerințe prea mari pentru sistemul de supraveghere video.
Dimensiunea matricei
Indică dimensiunea matricei în diagonală în inci și este scrisă ca o fracție: 1/3", 1/2", 1/4", etc.
În general, se crede că cu cât matricea este mai mare, cu atât mai bine: mai puțin zgomot, o imagine mai clară, un unghi de vizualizare mai mare. Cu toate acestea, de fapt, cea mai bună calitate a imaginii este oferită nu de dimensiunea matricei, ci de dimensiunea celulei sau a pixelului său individual - cu cât este mai mare, cu atât mai bine. Prin urmare, atunci când alegeți o cameră pentru supraveghere video, trebuie să luați în considerare dimensiunea matricei împreună cu numărul de pixeli.
Dacă matricele cu dimensiunile 1/3 "și 1/4" au același număr de pixeli, atunci în acest caz matricea de 1/3" va oferi în mod natural cea mai bună imagine. Dar dacă există mai mulți pixeli pe ea, atunci trebuie să luați un calculator și calculați dimensiunea aproximativă a unui pixel.
De exemplu, din calculele de mai jos pentru dimensiunea celulei matricei, puteți vedea că în multe cazuri dimensiunea pixelilor pe o matrice de 1/4" este mai mare decât pe o matrice de 1/3", ceea ce înseamnă că un videoclip de 1/4" imaginea, deși este mai mică, va fi mai bună.
| Dimensiunea matricei | Număr de pixeli (milioane) | Dimensiunea celulei (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 |
Distanța focală și unghiul de vizualizare
Acești parametri sunt de mare importanță atunci când alegeți o cameră pentru supraveghere video și sunt strâns legați. De fapt, distanța focală a unui obiectiv (denumită adesea f) este distanța dintre obiectiv și senzor.
În practică, distanța focală determină unghiul și raza de acțiune a camerei:
- cu cât distanța focală este mai mică, cu atât unghiul de vizualizare este mai larg și cu atât se pot vedea mai puține detalii pe obiectele aflate la distanță;
- cu cât distanța focală este mai mare, cu atât unghiul de vedere al camerei video este mai îngust și imaginea obiectelor îndepărtate este mai detaliată.
Dacă aveți nevoie de o privire de ansamblu asupra unei anumite zone și doriți să utilizați cât mai puține camere pentru aceasta, cumpărați o cameră cu o distanță focală mică și, în consecință, un unghi larg de vizualizare.
Dar în acele zone în care este necesară observarea detaliată a unei zone relativ mici, este mai bine să plasați o cameră cu o distanță focală crescută, îndreptând-o către obiectul de observație. Acesta este adesea folosit la casele de marcat ale supermarketurilor și băncilor, unde trebuie să vedeți denumirea bancnotelor și alte detalii ale calculelor, precum și la intrarea în parcări și în alte zone în care trebuie să distingeți un număr de mașină de un distanta lunga.
Cea mai comună distanță focală este de 3,6 mm. Corespunde aproximativ cu unghiul de vizualizare al ochiului uman. Camerele cu această distanță focală sunt folosite pentru supravegherea video în încăperi mici.
Tabelul de mai jos conține informații și relații între distanța focală, unghiul de vizualizare, distanța de recunoaștere etc. pentru cele mai comune trucuri. Cifrele sunt aproximative, deoarece depind nu numai de distanța focală, ci și de alți parametri ai opticii camerei.
În funcție de lățimea unghiului de vizualizare, camerele de supraveghere video sunt de obicei împărțite în:
- convențional (unghi de vizualizare 30°-70°);
- unghi larg (unghi de vizualizare de la aproximativ 70 °);
- teleobiectiv (unghi de vizualizare mai mic de 30°).
Litera F, de obicei scrisă cu majuscule, indică și deschiderea obiectivului - prin urmare, atunci când citiți caracteristicile, acordați atenție contextului în care este utilizat parametrul.
Tipul de lentile
Lentila fixa (monofocala).- cel mai simplu și mai ieftin. Distanța focală este fixată în ea și nu poate fi schimbată.
LA lentile varifocale (varifocale). puteți modifica distanța focală. Reglarea sa se face manual, de obicei o singură dată când camera este instalată pe locul de fotografiere și mai târziu - după cum este necesar.
Lentile cu factor trans sau zoom oferă, de asemenea, posibilitatea de a schimba distanța focală, dar de la distanță, în orice moment. Modificarea distanței focale se face cu ajutorul unui antrenament electric, așa că se mai numesc și lentile motorizate.
„Ochi de pește” (ochi de pește, ochi de pește) sau obiectiv panoramic vă permite să instalați o singură cameră și să obțineți o vedere de 360°.
Desigur, ca rezultat, imaginea rezultată are un efect de „bule” - liniile drepte sunt curbate, cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, camerele cu astfel de lentile vă permit să împărțiți o imagine panoramică generală în mai multe separate, corectate pentru percepția familiară. la ochiul uman.
Lentile pinhole vă permit să efectuați supraveghere video ascunsă, datorită dimensiunii sale în miniatură. De fapt, camera pinhole nu are un obiectiv, ci doar o gaură în miniatură. În Ucraina, utilizarea supravegherii video ascunse este foarte limitată, la fel ca și vânzarea de dispozitive pentru aceasta.
Acestea sunt cele mai comune tipuri de lentile. Dar dacă mergi mai adânc, lentilele sunt împărțite și în funcție de alți parametri:
Diafragma (număr F) sau viteza obiectivului
Determină capacitatea camerei de a capta imagini de înaltă calitate în condiții de lumină scăzută. Cum mai mult număr F, cu cât diafragma este mai mică și cu atât camera are nevoie de mai multă lumină. Cu cât diafragma este mai mică, cu atât diafragma este mai deschisă, iar camera video poate produce imagini clare chiar și în condiții de iluminare slabă.
Litera f (de obicei minuscule) desemnează și distanța focală, așa că atunci când citiți caracteristicile, acordați atenție contextului în care este utilizat parametrul. De exemplu, în imaginea de mai sus, diafragma este indicată de un f mic.
Montura pentru obiectiv
Există 3 tipuri de monturi pentru atașarea unui obiectiv la o cameră video: C, CS, M12.
- Muntele C este acum rar folosit. Obiectivele C pot fi atașate la o cameră cu montură CS folosind un inel special.
- Suportul CS este cel mai comun tip. Obiectivele CS nu sunt compatibile cu camerele C.
- Montura M12 este folosită pentru obiective mici.
Ajustarea diafragmei (iris automat), ARD, ARD
Diafragma este responsabilă pentru fluxul de lumină către matrice: cu un flux de lumină crescut, se îngustează, împiedicând astfel imaginea să fie expusă la lumină, iar la lumină slabă, dimpotrivă, se deschide astfel încât să pătrundă mai multă lumină în interior. matrice.
Există două grupuri mari de camere: deschidere fixă(acest lucru include și camere fără el) și cu reglabil.
Ajustarea diafragmei în diferite modele de camere pentru supraveghere video poate fi efectuată:
- Manual.
- Automat camera video care folosește curent continuu, în funcție de cantitatea de lumină care lovește senzorul. Acest control automat al irisului (ADC) este denumit DD (Direct Drive) sau DD/DC.
- Automat un modul special încorporat în obiectiv și care urmărește fluxul de lumină care trece prin deschiderea relativă. Această metodă de ARD în specificațiile camerelor video este denumită VD (unitate video). Este eficient chiar și atunci când lumina directă a soarelui intră în obiectiv, dar camerele de supraveghere cu acesta sunt mai scumpe.
Obturator electronic (AES, viteza obturatorului, viteza obturatorului, obturator)
La diferiți producători acest parametru poate fi denumit obturator electronic automat, viteza obturatorului sau viteza obturatorului, dar în esență înseamnă același lucru - timpul în care lumina este expusă matricei. Este de obicei exprimat ca 1/50-1/100000s.
Acțiunea obturatorului electronic este oarecum similară cu reglarea automată a irisului - reglează sensibilitatea la lumină a matricei pentru a o ajusta la nivelul de iluminare al încăperii. În figura de mai jos, puteți vedea calitatea imaginii în condiții de lumină scăzută cu viteză diferită obturator (în figură, reglare manuală, în timp ce AES face acest lucru automat).
Spre deosebire de DGS, reglarea are loc nu prin reglarea fluxului luminos care cade pe matrice, ci prin reglarea vitezei obturatorului, a duratei de acumulare a sarcinii electrice pe matrice.
in orice caz capacitățile obturatorului electronic sunt mult mai slabe decât reglarea automată a irisului, prin urmare, în spațiile deschise unde nivelul de lumină variază de la amurg la lumina puternică a soarelui, este mai bine să folosiți camere cu DGS. Camerele video cu obturator electronic sunt optime pentru incaperile in care nivelul de iluminare nu se schimba foarte mult in timp.
Caracteristicile obturatorului electronic nu sunt foarte diferite între diferitele modele. O caracteristică utilă este capacitatea de a regla manual viteza obturatorului (viteza obturatorului), deoarece în condiții de lumină scăzută, valorile scăzute sunt setate automat, iar acest lucru duce la imagini neclare ale obiectelor în mișcare.
Sens-UP (sau DSS)
Aceasta este o funcție a acumulării sarcinii matricei în funcție de nivelul de iluminare, adică creșterea sensibilității acesteia în detrimentul vitezei. Necesar pentru captarea unei imagini de înaltă calitate în condiții de iluminare slabă, atunci când urmărirea evenimentelor de mare viteză nu este critică (nu există obiecte care se mișcă rapid pe obiectul de observație).
Este strâns legată de viteza obturatorului (viteza obturatorului) descrisă mai sus. Dar dacă viteza obturatorului este exprimată în unități de timp, atunci Sens-UP se află în factorul de creștere a vitezei de expunere (xN): timpul de acumulare a încărcăturii (viteza obturatorului) crește de N ori.
Permisiune
Am atins puțin subiectul permisiunilor camerelor CCTV în ultimul articol. Rezoluția camerei este, de fapt, dimensiunea imaginii rezultate. Se măsoară fie în TVL (linii de televiziune), fie în pixeli. Cu cât rezoluția este mai mare, cu atât mai multe detalii puteți vedea în videoclip.
Rezoluția camerei video în TVL este cantitatea linii verticale(tranziții de luminozitate) plasate orizontal în imagine. Este considerat mai precis, deoarece oferă o idee despre dimensiunea imaginii de ieșire. În timp ce rezoluția în megapixeli indicată în documentația producătorului poate induce în eroare pentru cumpărător - adesea se referă nu la dimensiunea imaginii finale, ci la numărul de pixeli de pe matrice. În acest caz, trebuie să acordați atenție unui astfel de parametru precum „Numărul efectiv de pixeli”
Rezoluție în pixeli- aceasta este dimensiunea imaginii pe orizontală și pe verticală (dacă este specificată ca 1280 × 960) sau numărul total de pixeli din imagine (dacă este specificat ca 1 MP (megapixel), 2 MP etc.). De fapt, obținerea unei rezoluții în megapixeli este foarte simplă: trebuie să înmulțiți numărul de pixeli orizontali (1280) cu numărul celor verticali (960) și să împărțiți la 1.000.000. Total 1280 × 960 = 1,23 MP.
Cum se convertesc TVL în pixeli și invers? Nu există o formulă exactă de conversie. Pentru a determina rezoluția video în TVL, trebuie să utilizați tabele de testare speciale pentru camerele video. Pentru o reprezentare aproximativă a raportului, puteți utiliza tabelul:
Pixeli efectivi
După cum am spus mai sus, adesea dimensiunea în megapixeli indicată în caracteristicile camerelor video nu oferă o idee exactă a rezoluției imaginii rezultate. Producătorul indică numărul de pixeli de pe matricea (senzorul) camerei, dar nu toți sunt implicați în crearea imaginii.
Prin urmare, a fost introdus parametrul „Număr (număr) de pixeli efectivi”, care arată doar câți pixeli formează imaginea finală. Cel mai adesea, corespunde rezoluției reale a imaginii rezultate, deși există și excepții.
Iluminare IR (infraroșu), IR
Vă permite să fotografiați noaptea. Capacitățile matricei (senzorului) unei camere de supraveghere video sunt mult mai mari decât cele ale ochiului uman - de exemplu, camera poate „vedea” în radiații infraroșii. Această proprietate a început să fie folosită pentru filmări pe timp de noapte și în încăperi neluminate / slab luminate. Când se atinge o anumită iluminare minimă, camera video intră în modul de înregistrare în infraroșu și pornește iluminatorul IR (IR).
LED-urile IR sunt încorporate în cameră astfel încât lumina de la acestea să nu cadă în obiectivul camerei, ci să lumineze unghiul de vizualizare.
O imagine surprinsă în condiții de lumină scăzută folosind iluminare în infraroșu este întotdeauna alb-negru. Camerele foto color care acceptă fotografierea pe timp de noapte trec, de asemenea, la modul alb-negru.
Valorile de iluminare IR în camerele video sunt de obicei date în metri - adică câți metri de la cameră iluminarea vă permite să obțineți o imagine clară. O lumină IR cu o rază lungă de acțiune se numește iluminator IR.
Ce este Smart IR, Smart IR?
Smart IR (Smart IR) vă permite să creșteți sau să micșorați puterea radiației infraroșii în funcție de distanța până la obiect. Acest lucru se face astfel încât obiectele care sunt aproape de cameră să nu fie supraexpuse în videoclip.
Filtru IR (ICR), mod zi/noapte
Utilizarea iluminării în infraroșu pentru filmarea pe timp de noapte are o particularitate: matricea unor astfel de camere este produsă cu o sensibilitate crescută la domeniul infraroșu. Acest lucru creează o problemă pentru fotografierea în timpul zilei, deoarece matricea înregistrează spectrul infraroșu în timpul zilei, ceea ce încalcă culoarea normală a imaginii rezultate.
Prin urmare, astfel de camere funcționează în două moduri - zi și noapte. În timpul zilei, senzorul este acoperit de un filtru mecanic infraroșu (ICR), care oprește radiația infraroșu. Noaptea, filtrul este deplasat, permițând razelor spectrului IR să lovească liber matricea.
Uneori, comutarea modului zi/noapte este implementată în software, dar această soluție produce imagini de calitate inferioară.
Filtrul ICR poate fi instalat și în camerele fără iluminare în infraroșu - pentru a tăia spectrul infraroșu în timpul zilei și pentru a îmbunătăți redarea culorii videoclipului.
Dacă camera nu are un filtru IGR, deoarece nu a fost proiectată inițial pentru fotografierea pe timp de noapte, nu puteți adăuga funcția de fotografiere pe timp de noapte pur și simplu achiziționând un modul IR separat. În acest caz, culoarea videoclipului în timpul zilei va fi semnificativ distorsionată.
Sensibilitate (sensibilitate la lumină, iluminare minimă)
Spre deosebire de camere, unde sensibilitatea este exprimată în termeni de ISO, sensibilitatea camerelor CCTV este cel mai adesea exprimat în lux (Lux)și înseamnă iluminarea minimă sub care camera este capabilă să producă o imagine video. calitate bună- clar și fără zgomot. Cu cât valoarea acestui parametru este mai mică, cu atât sensibilitatea este mai mare.
Camerele de supraveghere sunt selectate în conformitate cu condițiile în care sunt planificate să fie utilizate: de exemplu, dacă sensibilitatea minimă a camerei este de 1 lux, atunci nu va fi posibilă obținerea unei imagini clare pe timp de noapte fără iluminare suplimentară în infraroșu.
| Termeni | Nivel de lumină |
| Iluminare naturală în aer liber într-o zi însorită fără nori | peste 100.000 de lux |
| Iluminat natural în aer liber într-o zi însorită cu nori ușori | 70.000 de lux |
| Lumină naturală în aer liber într-o zi înnorată | 20.000 de lux |
| Magazine, supermarketuri: | 750-1500 lux |
| Birou sau magazin: | 50-500 lux |
| Săli de hotel: | 100-200 lux |
| Locuri de parcare, depozite | 75-30 lux |
| Amurg | 4 apartamente |
| Autostradă bine luminată noaptea | 10 lux |
| Locuri pentru spectatori în teatru: | 3-5 lux |
| Noaptea spital, amurg adânc | 1 lux |
| Lună plină | 0,1 - 0,3 lux |
| Noapte cu lună (sfert de lună) | 0,05 lux |
| noapte senină fără lună | 0,001 lux |
| Noapte înnorată fără lună | 0,0001 lux |
Raportul semnal/zgomot (S/N) determină calitatea semnalului video. Zgomotul din videoclip apare ca urmare a luminii slabe și arată ca zăpadă sau cereale colorate sau alb-negru.
Parametrul este măsurat în decibeli. În imaginea de mai jos, o calitate destul de bună a imaginii este deja afișată la 30 dB, dar în camerele moderne, pentru a obține un videoclip de înaltă calitate, S/N trebuie să fie de cel puțin 40 dB.
Reducerea zgomotului DNR (3D-DNR, 2D-DNR)
Desigur, problema prezenței zgomotului în videoclip nu a trecut neobservată de producători. Pe acest moment Există două tehnologii pentru reducerea zgomotului în imagine și îmbunătățirea corespunzătoare a imaginii:
- 2-DNR. Tehnologie mai veche și mai puțin avansată. Practic, doar zgomotul din apropierea solului este eliminat, în plus, uneori imaginea este ușor neclară din cauza curățării.
- 3-DNR. cea mai recentă tehnologie, care funcționează conform unui algoritm complex și elimină nu numai zgomotul din apropiere, ci și zăpada și cerealele din fundal îndepărtat.
Rata de cadre, fps (rata de flux)
Frecvența cadrelor afectează netezimea imaginii video - cu cât este mai mare, cu atât mai bine. Pentru a obține o imagine netedă, este necesară o frecvență de cel puțin 16-17 cadre pe secundă. Standardele PAL și SECAM acceptă rate de cadre la 25 fps, în timp ce standardul NTSC acceptă 30 fps. Pentru camerele profesionale, frame rate poate ajunge până la 120 fps și mai mult.
Cu toate acestea, rețineți că cu cât este mai mare rata de cadre, cu atât va fi necesar mai mult spațiu pentru stocarea videoclipului și cu atât canalul de transmisie va fi încărcat mai mult.
Compensarea luminii de fundal (HLC, BLC, WDR, DWDR)
Problemele comune de supraveghere video sunt:
- obiecte luminoase separate care cad în cadru (faruri, lămpi, felinare), care luminează o parte a imaginii și din cauza cărora este imposibil să se vadă detalii importante;
- iluminare prea puternică în fundal (stradă însorită în afara ușilor camerei sau în afara ferestrei etc.), față de care obiectele din apropiere sunt afișate prea întunecate.
Pentru a le rezolva, există mai multe funcții (tehnologii) folosite în camerele de supraveghere.
HLC - compensarea luminii strălucitoare. Comparaţie:
BLC - compensarea luminii de fundal. Este implementat prin creșterea expunerii întregii imagini, în urma căreia obiectele din prim plan devin mai ușoare, dar fundalul este prea deschis pentru a fi imposibil de văzut detaliile.
WDR (uneori numit și HDR) este o gamă dinamică largă. Folosit și pentru compensarea luminii de fundal, dar mai eficient decât BLC. Când utilizați WDR, toate obiectele din videoclip au aproximativ aceeași luminozitate și claritate, ceea ce vă permite să vedeți în detaliu nu numai primul plan, ci și fundalul. Acest lucru se realizează datorită faptului că camera face fotografii cu expuneri diferite, iar apoi le combină pentru a obține un cadru cu luminozitatea optimă a tuturor obiectelor.
D-WDR - implementare software cu o gamă dinamică largă, care este oarecum mai rău decât un WDR cu drepturi depline.
Clase de protecție IK (antivandal, anti-vandal) și IP (față de umiditate și praf)
Acest parametru este important dacă alegeți o cameră pentru supraveghere video în aer liber sau într-o cameră cu umiditate ridicată, praf etc.
Clasele IP- aceasta este protecție împotriva pătrunderii obiectelor străine de diferite diametre, inclusiv particule de praf, precum și protecție împotriva umidității. ClaseIK- aceasta este protecție anti-vandal, adică împotriva impactului mecanic.
Cele mai comune clase de protecție printre camerele de supraveghere exterioare sunt IP66, IP67 și IK10.
- Clasa de protectie IP66: Camera este complet rezistentă la praf și protejată de jeturile puternice de apă (sau valurile mării). Apa pătrunde în cantități mici și nu interferează cu funcționarea camerei video.
- Clasa de protectie IP67: Camera este complet rezistentă la praf și poate rezista la scufundarea completă pe termen scurt sub apă sau perioade lungi de zăpadă.
- Clasa de protectie antivandal IK10: corpul camerei va rezista la o lovire de 5 kg de marfa de la o inaltime de 40 cm (energie de impact 20 J).
Zone ascunse (Mască de confidențialitate)
Uneori devine necesar să vă ascundeți de observare și înregistrare a unor zone care intră în câmpul vizual al camerei. Cel mai adesea acest lucru se datorează protecției vieții private. Unele modele de camere vă permit să ajustați parametrii mai multor astfel de zone, acoperind o anumită parte sau părți ale imaginii.
De exemplu, în figura de mai jos, ferestrele casei vecine sunt ascunse în imaginea camerei.
Alte funcții ale camerelor CCTV (DIS, AGC, AWB etc.)
meniul OSD- posibilitate setare manuală mulți parametri ai camerei: expunere, luminozitate, distanță focală (dacă există o astfel de opțiune), etc.
- fotografiere în condiții de lumină scăzută fără iluminare în infraroșu.
DIS- functie de stabilizare a imaginii de la camera la fotografiere in conditii de vibratie sau miscare
Tehnologia EXIR este o tehnologie de iluminare în infraroșu dezvoltată de Hikvision. Datorită acesteia, se obține o eficiență mai mare a luminii de fundal: o rază de acțiune mai lungă cu un consum mai mic de energie, dispersie etc.
AWB- reglarea automata a balansului de alb in imagine, astfel incat reproducerea culorii sa fie cat mai apropiata de natural, vizibila ochiului uman. Deosebit de relevant pentru camerele cu iluminat artificialși diverse surse de lumină.
AGC (AGC)- Control automat al câștigului. Este folosit pentru a se asigura că fluxul video de ieșire de la camere este întotdeauna stabil, indiferent de puterea fluxului video de intrare. Cel mai adesea, amplificarea semnalului video este necesară în condiții de lumină scăzută și invers, când lumina este prea puternică, este necesară reducerea semnalului video.
Detector de mișcare- datorita acestei functii, camera se poate porni si inregistra doar atunci cand exista miscare pe obiectul de observatie, precum si transmite un semnal de alarma la declansarea detectorului. Acest lucru ajută la economisirea spațiului pentru stocarea video pe DVR, la descărcarea canalului de transmisie a fluxului video și la organizarea notificării personalului despre o încălcare.
Intrare alarmă pentru cameră- aceasta este capacitatea de a porni camera, de a începe înregistrarea video atunci când are loc un eveniment: declanșarea unui senzor de mișcare conectat sau a altui senzor conectat la acesta.
ieșire de alarmă vă permite să declanșați o reacție la un eveniment de alarmă înregistrat de cameră, de exemplu, pornirea unei sirene, trimiterea unei alerte prin e-mail sau SMS etc.
Nu ați găsit funcția pe care o căutați?
Am încercat să colectăm toate caracteristicile întâlnite frecvent ale camerelor de supraveghere video. Dacă nu ați găsit aici o explicație a unui parametru pe care nu îl înțelegeți - scrieți în comentarii, vom încerca să adăugăm aceste informații la articol.
site-ul web
despre alegerea unei camere video pentru o familie, am scris despre matrice. Acolo am atins cu ușurință această problemă, dar astăzi vom încerca să descriem ambele tehnologii mai detaliat.
Ce este o matrice într-o cameră video? Acesta este un microcircuit care transformă un semnal luminos în unul electric. În prezent, există 2 tehnologii, adică 2 tipuri de matrice - CCD (CCD) și CMOS (CMOS). Sunt diferiți unul de celălalt, fiecare are avantajele și dezavantajele lui. Este imposibil de spus cu siguranță care dintre ele este mai bună și care este mai proastă. Se dezvoltă în paralel. Nu vom intra în detalii tehnice, pentru că. ele vor fi banal de neînțeles, dar în termeni generali le vom defini principalele argumente pro și contra.
Tehnologia CMOS (CMOS)
Senzori CMOSÎn primul rând, se laudă cu un consum redus de energie, ceea ce este un plus. O cameră video cu această tehnologie va funcționa puțin mai mult (în funcție de capacitatea bateriei). Dar acestea sunt fleacuri.
Principala diferență și avantaj este citirea arbitrară a celulelor (în CCD, citirea se efectuează simultan), ceea ce elimină murdăria imaginii. Ați văzut vreodată „stâlpi verticali de lumină” de la obiecte punctiforme luminoase? Deci, matricele CMOS exclud posibilitatea apariției lor. Iar camerele bazate pe ele sunt mai ieftine.
Există și dezavantaje. Prima dintre acestea este dimensiunea mică a elementului fotosensibil (în raport cu dimensiunea pixelilor). Aici, cea mai mare parte a zonei pixelilor este ocupată de electronice, astfel încât aria elementului fotosensibil este, de asemenea, redusă. În consecință, sensibilitatea matricei este redusă.
pentru că prelucrare electronică este efectuat pe un pixel, apoi cantitatea de zgomot din imagine crește. Acesta este, de asemenea, un dezavantaj, la fel ca și timpul redus de scanare. Din acest motiv, există un efect de „oblon rulant”: atunci când operatorul se mișcă, obiectul din cadru poate fi distorsionat.
Tehnologia CCD (CCD)
Camerele video cu matrice CCD oferă imagini de înaltă calitate. Din punct de vedere vizual, este ușor să observați mai puțin zgomot în filmările video cu o cameră video bazată pe CCD, comparativ cu filmările video cu o cameră CMOS. Acesta este primul și cel mai important avantaj. Și încă ceva: eficiența matricelor CCD este pur și simplu uimitoare: factorul de umplere se apropie de 100%, raportul fotonilor înregistrați este de 95%. Luați un ochi uman obișnuit - aici raportul este de aproximativ 1%.
Prețul ridicat și consumul mare de energie sunt dezavantajele acestor matrici. Cert este că aici procesul de înregistrare este incredibil de dificil. Fixarea imaginii se realizează datorită multor mecanisme suplimentare care nu sunt disponibile în matricele CMOS, astfel încât tehnologia CCD este mult mai costisitoare.
Matricele CCD sunt folosite în dispozitive care necesită o imagine color și de înaltă calitate și care, eventual, vor filma scene dinamice. Acestea sunt camere video profesionale în cea mai mare parte, deși sunt și de uz casnic. Acestea sunt și sisteme de supraveghere, camere digitale etc.
Matricele CMOS sunt folosite acolo unde nu există cerințe deosebit de ridicate pentru calitatea imaginii: senzori de mișcare, smartphone-uri ieftine... Cu toate acestea, acesta a fost cazul înainte. Matricele CMOS moderne au diferite modificări, ceea ce le face de foarte înaltă calitate și demne în ceea ce privește concurența cu matricele CCD.
Acum este dificil să judeci care tehnologie este mai bună, deoarece ambele arată rezultate excelente. Prin urmare, a pune tipul de matrice ca singur criteriu de selecție este cel puțin stupid. Este important să ținem cont de multe caracteristici.
Vă rugăm să evaluați acest articol:
Pentru a converti fluxul de lumină într-un semnal electronic, care este apoi convertit într-un cod digital care este înregistrat pe cardul de memorie al camerei.
Matricea este formată din pixeli, scopul fiecăruia fiind de a scoate un semnal electronic corespunzător cantității de lumină care cade pe ea.
Diferența dintre senzorii CCD și CMOS este în tehnica de conversie
semnalul primit de la pixel. În cazul CCD-urilor - în mod constant și cu un minim de zgomot, în cazul CMOS - rapid și cu un consum mai mic de energie (și datorită circuitelor suplimentare, cantitatea de zgomot este redusă semnificativ).
Cu toate acestea, primul lucru mai întâi...
Distingeți între matrice CCD și CMOS
 |
CCD - matrice
Un dispozitiv cuplat la încărcare (CCD, în engleză - CCD) este numit astfel datorită modului în care încărcarea este transferată între elementele sensibile la lumină - pixel la pixel și în cele din urmă îndepărtarea încărcării de la senzor .
Sarcinile sunt deplasate de-a lungul matricei în rânduri de sus în jos. Astfel, taxa se deplasează în jos pe rândurile mai multor registre (coloane) simultan.
Înainte de a părăsi senzorul CCD, încărcarea fiecărui pixel este amplificată, iar ieșirea este semnal analog cu tensiune diferită (în funcție de cantitatea de lumină care lovește pixelul). Înainte de procesare, acest semnal este trimis către separa
(în afara cipului) convertor analog-digital, iar datele digitale rezultate sunt convertite în octeți reprezentând o linie a imaginii primite de senzor.
Din moment ce CCD-ul transmite incarcare electrica, care are rezistență scăzută și este mai puțin susceptibilă la interferențe din partea altora componente electronice, semnalul rezultat conține de obicei mai puțină varietate de zgomot comparativ cu semnalul senzorului CMOS.
 |
 |
CMOS - matrice
LA Senzor CMOS (CMOS - metal complementar - semiconductor oxid, în engleză - CMOS), se află dispozitivul de procesare lângă fiecare pixel (uneori montat pe matricea însăși), care crește performanţă sisteme. De asemenea, din cauza lipsei dispozitivelor suplimentare de procesare, remarcăm consum redus de putere CMOS - matrice.
O idee despre procesul de citire a informațiilor din matrice poate fi obținută din următorul videoclip
Tehnologiile sunt în mod constant îmbunătățite, iar astăzi prezența unei matrice CMOS într-o cameră sau cameră video indică o clasă superioară a modelului. Producătorii se concentrează adesea pe modele cu senzori CMOS.
Recent, dezvoltarea unui senzor CMOS montat în spate a devenit populară, arătând rezultate mai bune la fotografierea în condiții de lumină scăzută și având, de asemenea, un nivel de zgomot mai scăzut.
Un singur element este sensibil în întregul interval spectral vizibil, prin urmare, se folosește un filtru de lumină peste fotodiodele matricelor CCD color, care transmite doar una dintre cele trei culori: roșu (roșu), verde (verde), albastru (albastru) sau galben (galben), magenta (magenta), turcoaz (cyan). Și, la rândul său, nu există astfel de filtre într-o matrice CCD alb-negru.
DISPOZITIV ȘI PRINCIPIUL OPERĂRII PIXEL
Pixelul este format dintr-un p-substrat acoperit cu un dielectric transparent, pe care este depus un electrod de transmisie a luminii, care formează un puț de potențial.
Deasupra pixelului, poate exista un filtru de lumină (utilizat în matrice de culoare) și o lentilă convergentă (folosită în matrice în care elementele de detectare nu ocupă complet suprafața).
Un potențial pozitiv este aplicat unui electrod de transmitere a luminii situat pe suprafața cristalului. Lumina care cade pe un pixel pătrunde adânc în structura semiconductoare, formând o pereche electron-gaură. Electronul rezultat și gaura sunt despărțite de câmpul electric: electronul se deplasează în zona de stocare a purtătorului (puțul potențial), iar găurile curg în substrat.
Un pixel are următoarele caracteristici:
- Capacitatea unui puț de potențial este numărul de electroni pe care îi poate ține un puț de potențial.
- Sensibilitatea spectrală a unui pixel este dependența sensibilității (raportul dintre valoarea fotocurentului și valoarea fluxului luminos) de lungimea de undă a radiației.
- Eficiența cuantică (măsurată ca procent) este o mărime fizică egală cu raportul dintre numărul de fotoni a căror absorbție a determinat formarea de cvasiparticule și numărul total de fotoni absorbiți. Pentru matricele moderne CCD, această cifră ajunge la 95%. Pentru comparație, ochiul uman are o eficiență cuantică de aproximativ 1%.
- Intervalul dinamic este raportul dintre tensiunea sau curentul de saturație și tensiunea RMS sau curentul zgomotului întunecat. Măsurat în dB.
Matricea CCD este împărțită în rânduri, iar fiecare rând este la rândul său împărțit în pixeli. Rândurile sunt separate unele de altele prin straturi de oprire (p +), care nu permit fluxul de sarcini între ele. Pentru a muta pachetul de date, se folosesc registre de deplasare paralele, numite verticale (VCCD în engleză) și seriale, alias orizontale (HCCD în engleză).
Cel mai simplu ciclu de funcționare al unui registru cu deplasare trifazată începe cu faptul că la prima poartă este aplicat un potențial pozitiv, în urma căruia se formează un puț, umplut cu electronii generați. Apoi aplicăm un potențial la a doua poartă, mai mare decât pe prima, în urma căruia se formează un put de potențial mai adânc sub cea de-a doua poartă, în care vor curge electronii de sub prima poartă. Pentru a continua mișcarea încărcăturii, ar trebui să reduceți valoarea potențialului pe a doua poartă și să aplicați un potențial mai mare celei de-a treia. Electronii curg sub a treia poartă. Acest ciclu continuă de la punctul de acumulare până la rezistorul orizontal de citire directă. Toți electrozii registrelor de deplasare orizontală și verticală formează faze (faza 1, faza 2 și faza 3).
Clasificarea matricelor CCD după culoare:
- alb-negru
- colorat
Clasificarea matricelor CCD după arhitectură:
Celulele fotosensibile sunt marcate cu verde, zonele opace sunt marcate cu gri.
Următoarele caracteristici sunt inerente matricei CCD:
- Eficiența transferului de sarcină este raportul dintre numărul de electroni din sarcină la sfârșitul căii registrului de deplasare și numărul de la început.
- Factorul de umplere este raportul dintre suprafața umplută cu elemente fotosensibile și suprafața totală a suprafeței fotosensibile a matricei CCD.
- Curentul întunecat este un curent electric care circulă printr-un element fotosensibil în absența fotonilor incidenti.
- Zgomotul citit este zgomotul care apare în circuitele de conversie și amplificare ale semnalului de ieșire.
|
Matrice cu transfer de personal. (Transfer de cadru în engleză). |
|
 |
Avantaje:
Defecte:
|
|
Matrice interline-transfer sau matrice cu coloană tampon (în engleză Interline-transfer). |
|
 |
Avantaje:
Defecte:
|
|
Matrice cu transfer linie-cadru sau matrice cu tamponare coloane (interline în engleză). |
|
 |
Avantaje:
Defecte:
|
APLICAȚII CCD
 |
APLICAȚII ȘTIINȚIFICE
|
 |
APLICAȚIE SPAȚIALĂ
|
 |
APLICAȚIE INDUSTRIALĂ
|
 |
APLICAȚII DE SECURITATE
|
 |
APLICAȚIE ÎN FOTOGRAFIE
|
 |
APLICAȚIE MEDICALĂ
|
 |
APLICAȚIE AUTO-ROAD
|
Cum apare distorsiunea atunci când fotografiați obiecte în mișcare pe un senzor cu un obturator rulant:
LA anul trecutîn presa aproape de computer (și nu numai), recenziile entuziaste sunt adesea găsite dedicate următorului „miracol tehnologic, conceput pentru a revoluționa viitorul fotografiei digitale” - aceasta este o versiune generalizată a expresiei, într-o formă sau alta găsită în fiecare dintre aceste articole. Dar ceea ce este caracteristic este că, după doar un an, hype-ul inițial se estompează treptat, iar majoritatea producătorilor de echipamente fotografice digitale preferă să folosească soluții dovedite în loc de „dezvoltare avansată”.
M-aș îndrăzni să sugerez că motivul acestei dezvoltări a evenimentelor este destul de simplu - este suficient să acordăm atenție „simplităţii strălucitoare” a acestei sau acelea decizii. Într-adevăr, rezoluția matricei nu este suficientă? Și haideți să aranjam pixelii nu în coloane și rânduri, ci în linii diagonale, apoi „rotim” „imaginea” programatic cu 45 de grade - aici vom dubla imediat rezoluția! Nu contează că în acest fel crește claritatea doar liniilor strict verticale și orizontale, în timp ce oblicul și curbele (din care constă imaginea reală) rămân neschimbate. Principalul lucru este că efectul este observat, ceea ce înseamnă că îl puteți declara cu voce tare.
Din păcate, utilizatorul modern este „răsfățat de megapixeli”. El nu știe că de fiecare dată când rezoluția este crescută, dezvoltatorii de matrici CCD „clasice” trebuie să rezolve cea mai dificilă sarcină de a asigura un interval dinamic acceptabil și o sensibilitate a senzorului. Dar „soluții” precum trecerea de la pixeli dreptunghiulari la pixeli octogonali par destul de înțelese și justificate pentru un fotograf amator obișnuit - la urma urmei, este atât de clar scris în broșurile de publicitate ...
Scopul acestui articol este de a încerca să explic la cel mai simplu nivel ce determină calitatea imaginii obținute la ieșirea de la CCD. În același timp, puteți ignora complet calitatea opticii - apariția celui de-al doilea „DSLR” care costă mai puțin de 1000 USD (Nikon D 70) ne permite să sperăm că o creștere suplimentară a rezoluției senzorului pentru camere este acceptabilă. categorie de pret nu se va limita la lentilele „cu săpun”.
Efect fotoelectric intern
Deci, imaginea formată de lentilă cade pe matricea CCD, adică razele de lumină cad pe suprafața sensibilă la lumină a elementelor CCD, a cărei sarcină este să transforme energia fotonului într-o sarcină electrică. Se întâmplă aproximativ după cum urmează.
Pentru un foton care a căzut pe un element CCD, există trei scenarii pentru desfășurarea evenimentelor - fie va „ricoșeta” de la suprafață, fie va fi absorbit în grosimea semiconductorului (materialul matricei), fie „perforează” „zona sa de lucru”. Este evident că dezvoltatorii sunt obligați să creeze un astfel de senzor, în care pierderile de la „ricoșet” și „trage prin” ar fi minimizate. Aceiași fotoni care au fost absorbiți de matrice formează o pereche electron-gaură dacă a existat o interacțiune cu un atom al rețelei cristaline semiconductoare sau doar un foton (sau gaură) dacă interacțiunea a fost cu atomi de impurități donor sau acceptor și ambele fenomene sunt numite efect fotoelectric intern. Desigur, funcționarea senzorului nu se limitează la efectul fotoelectric intern - este necesar să stocați purtătorii de sarcină „luați” din semiconductor într-un depozit special și apoi să le citiți.
element CCD
LA vedere generala Designul elementului CCD arată astfel: un substrat de siliciu de tip p este echipat cu canale dintr-un semiconductor de tip n. Deasupra canalelor, electrozii sunt fabricați din siliciu policristalin cu un strat izolator de oxid de siliciu. După aplicarea unui potențial electric unui astfel de electrod, în zona epuizată sub canalul de tip n, gaura potentiala, al cărui scop este stocarea electronilor. Un foton care pătrunde în siliciu duce la generarea unui electron, care este atras de puțul de potențial și rămâne în el. Mai mulți fotoni (lumină strălucitoare) asigură mai multă încărcare puțului. Apoi trebuie să calculați valoarea acestei taxe, numită și fotocurent, și amplifică-l.
Citirea fotocurenților elementelor CCD este efectuată de așa-numitele registre cu deplasare secvențială, care convertesc un șir de sarcini la intrare într-un tren de impulsuri la ieșire. Această serie este un semnal analogic, care este apoi alimentat la amplificator.
Astfel, folosind registrul, este posibilă convertirea sarcinilor unui rând de elemente CCD într-un semnal analogic. De fapt, un registru de deplasare serial într-o matrice CCD este implementat folosind aceleași elemente CCD combinate într-un rând. Funcționarea unui astfel de dispozitiv se bazează pe capacitatea dispozitive cuplate la încărcare(asta este ceea ce înseamnă abrevierea CCD) pentru a schimba încărcături ale puțurilor lor potențiale. Schimbul se realizează datorită prezenței speciale electrozi de transfer(poarta de transfer) situată între elementele CCD adiacente. Când un potențial crescut este aplicat celui mai apropiat electrod, sarcina „curge” sub acesta din puțul de potențial. Între elementele CCD pot fi amplasate de la doi până la patru electrozi de transfer, „fază” registrului de deplasare depinde de numărul acestora, care poate fi numit bifazat, trifazat sau cu patru faze.
Alimentarea cu potențiale la electrozii de transfer este sincronizată în așa fel încât mișcarea sarcinilor puțurilor de potențial ale tuturor elementelor CCD ale registrului să aibă loc simultan. Și într-un ciclu de transfer, elementele CCD, așa cum ar fi, „transmit sarcini de-a lungul lanțului” de la stânga la dreapta (sau de la dreapta la stânga). Ei bine, elementul CCD care s-a dovedit a fi „extremul” își dă încărcarea dispozitivului situat la ieșirea registrului, adică amplificatorul.
În general, un registru cu deplasare în serie este un dispozitiv de intrare paralelă, de ieșire în serie. Prin urmare, după citirea tuturor taxelor din registru, este posibil să se aplice la intrarea acestuia linie nouă, apoi următorul și astfel formează un semnal analogic continuu bazat pe o matrice bidimensională de fotocurenți. La rândul său, fluxul paralel de intrare pentru registrul de deplasare în serie (adică rânduri ale matricei bidimensionale de fotocurenți) este furnizat de un set de registre de deplasare în serie orientate vertical, care se numește registru cu deplasare paralelă, iar întreaga structură în ansamblu este doar un dispozitiv numit matrice CCD.
Sunt numite registrele de deplasare seriale „verticale” care alcătuiesc registrul de deplasare paralelă coloane CCD iar munca lor este complet sincronizată. Matrice bidimensională Fotocurenții matricei CCD sunt deplasați simultan cu un rând în jos, iar acest lucru se întâmplă numai după ce încărcările rândului anterior din registrul de deplasare în serie situat „în partea de jos” au ajuns la amplificator. Până când registrul serial este eliberat, registrul paralel este forțat să rămână inactiv. Ei bine, pentru funcționarea normală, matricea CCD în sine trebuie să fie conectată la un microcircuit (sau la un set al acestora), care furnizează potențiale electrozilor ambelor registre de deplasare seriale și paralele și, de asemenea, sincronizează funcționarea ambelor registre. În plus, este nevoie de un generator de ceas.
Senzor cadru complet
Acest tip de senzor este cel mai simplu din punct de vedere constructiv și se numește CCD cadru complet(CCD full-frame - matrice). Pe lângă microcircuitele de „legare”, acest tip de matrice are nevoie și de un obturator mecanic care blochează fluxul de lumină după terminarea expunerii. Înainte ca obturatorul să fie complet închis, citirea sarcinilor nu poate fi începută - în timpul ciclului de lucru al registrului de deplasare paralelă, electroni suplimentari vor fi adăugați la fotocurent al fiecăruia dintre pixelii săi, cauzat de fotonii care lovesc suprafața deschisă a matricei CCD. . Acest fenomen se numește „Mătuirea” încărcăturii într-o matrice full-frame( frotiu matriceal cu cadru complet).
În acest fel, rata de citire a cadrelorîntr-o astfel de schemă este limitată de viteza atât a registrelor de deplasare paralele cât și seriale. De asemenea, este evident că este necesar să blocați lumina care vine de la lentilă până la finalizarea procesului de citire, deci intervalul de expunere depinde si de viteza de citire.
Există o versiune îmbunătățită a matricei full-frame, în care sarcinile registrului paralel nu vin linie cu linie la intrarea celui serial, ci sunt „stocate” în registrul paralel buffer. Acest registru este situat sub registrul principal de deplasare paralelă, fotocurenții sunt mutați linie cu linie către registrul tampon și din acesta sunt alimentați la intrarea registrului de deplasare în serie. Suprafața registrului tampon este acoperită cu un panou opac (de obicei metalic) și se numește întregul sistem matrice cu cadru tampon(cadru - transfer CCD).
Frame Buffered Matrix
În această schemă, puțurile potențiale ale registrului de deplasare paralelă principal „se golesc” considerabil mai repede, deoarece la transferul liniilor în tampon, nu este nevoie să așteptați fiecare linie. ciclu complet registru de serie. Prin urmare, intervalul dintre expuneri este redus, deși viteza de citire scade și ea - linia trebuie să „călătorească” de două ori mai departe. Astfel, intervalul dintre expuneri este redus pentru doar două cadre, deși costul dispozitivului datorită registrului tampon crește semnificativ. Cu toate acestea, cel mai vizibil dezavantaj al matricelor cu cadru tampon este „traseul” prelungit al fotocurenților, care afectează negativ siguranța valorilor acestora. Și în orice caz, un obturator mecanic ar trebui să funcționeze între cadre, deci nu este nevoie să vorbim despre un semnal video continuu.
Matrici cu tamponare pe coloană
În special pentru echipamentele video, a fost dezvoltat un nou tip de matrice, în care intervalul dintre expuneri a fost minimizat nu pentru câteva cadre, ci pentru un flux continuu. Desigur, pentru a asigura această continuitate a fost necesar să se prevadă respingerea unui obturator mecanic.
De fapt această schemă, numit matrici cu tampon de coloană(interline CCD -matrix), oarecum asemănător cu sistemele cu frame buffering - folosește și un registru tampon de deplasare paralelă, ale cărui elemente CCD sunt ascunse sub un strat opac. Cu toate acestea, acest buffer nu este situat într-un singur bloc sub registrul paralel principal - coloanele sale sunt „amestecate” între coloanele registrului principal. Drept urmare, lângă fiecare coloană a registrului principal există o coloană tampon, iar imediat după expunere, fotocurenții nu se mișcă „de sus în jos”, ci „de la stânga la dreapta” (sau „de la dreapta la stânga” ) și într-un singur ciclu de lucru intră în registrul tampon, eliberând în întregime și complet găurile potențiale pentru următoarea expunere.
Taxele care au căzut în registrul tampon sunt citite în ordinea obișnuită printr-un registru de deplasare serial, adică „de sus în jos”. Întrucât resetarea fotocurenților în registrul tampon are loc într-un singur ciclu, chiar și în absența unui obturator mecanic, nu există nimic asemănător cu „pătarea” sarcinii într-o matrice full-frame. Dar timpul de expunere pentru fiecare cadru în cele mai multe cazuri corespunde ca durată cu intervalul petrecut pentru citirea completă a registrului paralel tampon. Datorită tuturor acestora, devine posibil să se creeze un semnal video cu o rată de cadre ridicată - cel puțin 30 de cadre pe secundă.
Matrice cu coloană tampon
Adesea, în literatura de specialitate, matricele cu tamponarea coloanelor sunt numite în mod eronat „interlaced”. Acest lucru se datorează probabil faptului că denumirile englezești „interline” (line buffering) și „interlaced” (interlaced scanning) sună foarte asemănător. De fapt, când citim toate rândurile într-un singur ciclu, putem vorbi despre o matrice cu scanare progresivă(scanare progresivă), iar când sunt citite linii impare pentru primul ciclu și linii pare pentru al doilea (sau invers), vorbim despre matrice intercalată(scanare intercalată).
Deși fotocurenții registrului principal de deplasare paralelă cad imediat în registrul tampon, care nu este supus „bombardamentului fotonic”, Încărcarea în matrice tamponată cu coloană se întâmplă și (frătire). Acest lucru este cauzat de un flux parțial de electroni de la puțul de potențial al elementului CCD "sensibil la lumină" la puțul de potențial al elementului "tampon", mai ales adesea acest lucru se întâmplă la niveluri de încărcare apropiate de maxim, când iluminarea pixelului este foarte inalt. Drept urmare, o bandă luminoasă se întinde în sus și în jos din acest punct luminos al imaginii, stricând cadrul. Pentru a combate acest efect neplăcut, la proiectarea senzorului, coloanele „sensibile la lumină” și tampon sunt situate la o distanță mai mare unele de altele. Desigur, acest lucru complică schimbul de taxe și, de asemenea, mărește intervalul de timp al acestei operațiuni, dar daunele pe care „smularea” le provoacă imaginii nu lasă de ales dezvoltatorilor.
După cum am menționat mai devreme, pentru a furniza un semnal video, este necesar ca senzorul să nu necesite suprapunerea fluxului de lumină între expuneri, deoarece obturatorul mecanic în astfel de condiții de funcționare (aproximativ 30 de operații pe secundă) poate eșua rapid. Din fericire, datorită șirurilor de buffer, este posibil să se implementeze obturator electronic, care, în primul rând, vă permite să faceți fără un obturator mecanic dacă este necesar și, în al doilea rând, oferă viteze de declanșare ultra-scăzute (până la 1/10000 de secundă), deosebit de critice pentru fotografierea proceselor cu mișcare rapidă (sport, natură etc.) . Totuși, obturatorul electronic necesită și ca matricea să aibă un sistem de înlăturare a încărcăturii în exces a putului potențial, totuși, totul va fi discutat în ordine.
Trebuie să plătiți pentru tot și pentru capacitatea de a forma un semnal video, de asemenea. Registrele de deplasare a tamponului „manca” o parte semnificativă a zonei matricei, ca urmare, fiecare pixel primește doar 30% din zona sensibilă la lumină a suprafeței totale, în timp ce această zonă este de 70% pentru un senzor full-frame. pixel. De aceea, în majoritatea matricelor CCD moderne, deasupra fiecărui pixel se află microlentila. Un astfel de dispozitiv optic simplu acoperă cea mai mare parte a zonei elementului CCD și colectează întreaga fracțiune de fotoni incidenti pe această parte într-un flux de lumină concentrat, care, la rândul său, este direcționat către o zonă fotosensibilă destul de compactă a pixel.
microlentile
Deoarece cu ajutorul microlentilelor este posibil să se înregistreze mult mai eficient fluxul de lumină care cade pe senzor, de-a lungul timpului, aceste dispozitive au început să furnizeze nu numai sisteme cu tamponare pe coloană, ci și matrice full-frame. Cu toate acestea, microlentilele nu pot fi numite o „soluție fără dezavantaje”.
Fiind un dispozitiv optic, microlentilele distorsionează într-o oarecare măsură imaginea înregistrată, cel mai adesea acest lucru se exprimă prin pierderea clarității în cele mai mici detalii ale cadrului - marginile lor devin ușor neclare. Pe de altă parte, o astfel de imagine încețoșată nu este deloc întotdeauna nedorită - în unele cazuri, imaginea formată de lentilă conține linii, a căror dimensiune și frecvență sunt apropiate de dimensiunile elementului CCD și de distanța interpixel a lentilei. matrice. În acest caz, cadrul este adesea observat pășind(aliasing) - atribuirea unei anumite culori unui pixel, indiferent dacă acesta este acoperit complet de un detaliu al imaginii sau doar o parte a acestuia. Drept urmare, liniile obiectului din imagine sunt rupte, cu margini zimțate. Pentru a rezolva această problemă, camerele cu senzori fără microlentile folosesc un costisitor filtru anti-aliasing(filtru anti-aliasing), iar un senzor cu microlentile nu are nevoie de un astfel de filtru. Cu toate acestea, în orice caz, trebuie să plătiți pentru asta cu o oarecare scădere a rezoluției senzorului.
Dacă subiectul nu este bine luminat, este recomandat să deschideți diafragma cât mai larg posibil. Cu toate acestea, acest lucru crește brusc procentul de raze incidente pe suprafața matricei la un unghi abrupt. Microlentile, pe de altă parte, taie o proporție semnificativă din astfel de raze, astfel încât eficiența absorbției luminii de către matrice (cea pentru care a fost deschisă diafragma) este mult redusă. Deși trebuie menționat că razele incidente la un unghi abrupt sunt și ele o sursă de probleme - pătrunderea în siliciul unui pixel, un foton cu lungime de undă mare, care are o putere de penetrare mare, poate fi absorbit de materialul altui element de matrice. , ceea ce va duce în cele din urmă la distorsiunea imaginii. Pentru a rezolva această problemă, suprafața matricei este acoperită cu o „grilă” opac (de exemplu, metal), în ale cărei decupaje rămân doar zonele sensibile la lumină ale pixelilor.
Din punct de vedere istoric, senzorii full-frame au fost utilizați în principal în tehnologia studiourilor, iar senzorii cu tampon de coloană în tehnologia amatorilor. Ambele tipuri de senzori se găsesc în camerele profesionale.
LA schema clasica Cu un element CCD care utilizează electrozi de siliciu policristalin, sensibilitatea este limitată din cauza împrăștierii parțiale a luminii de către suprafața electrodului. Prin urmare, atunci când filmați în condiții speciale care necesită o sensibilitate crescută în regiunile albastre și ultraviolete ale spectrului, se folosesc matrici retroiluminate. La senzorii de acest tip, lumina înregistrată cade pe substrat și, pentru a asigura efectul fotoelectric intern necesar, substratul a fost lustruit la o grosime de 10-15 micrometri. Această etapă de procesare a crescut foarte mult costul matricei, în plus, dispozitivele s-au dovedit a fi foarte fragile și au necesitat îngrijire sporită în timpul asamblarii și funcționării.
Matrice retroiluminată
Evident, atunci când se folosesc filtre de lumină care atenuează fluxul de lumină, toate operațiunile costisitoare de creștere a sensibilității își pierd sensul, așa că matricele retroiluminate sunt folosite mai ales în fotografia astronomică.
Sensibilitate
Una dintre cele mai importante caracteristici ale unui dispozitiv de înregistrare, fie că este film fotografic sau o matrice CCD, este sensibilitate- capacitatea de a răspunde într-un anumit mod la radiațiile optice. Cu cât sensibilitatea este mai mare, cu atât este necesară mai puțină lumină pentru răspunsul dispozitivului de înregistrare. Pentru a indica sensibilitatea s-au folosit diverse valori (DIN, ASA), dar până la urmă s-a înrădăcinat practica de a desemna acest parametru în unități ISO (International Standards Organization - International Standards Organization).
Pentru un singur element CCD, răspunsul la lumină ar trebui să fie înțeles ca generare de sarcină. Evident, sensibilitatea unei matrice CCD este suma sensibilității tuturor pixelilor săi și depinde în general de doi parametri.
Primul parametru este sensibilitate integrată, care este raportul dintre fotocurent (în miliamperi) și fluxul luminos (în lumeni) de la o sursă de radiație, a cărei compoziție spectrală corespunde unei lămpi cu incandescență de tungsten. Acest parametru vă permite să evaluați sensibilitatea senzorului în ansamblu.
Al doilea parametru este sensibilitate monocromatică, adică raportul dintre mărimea fotocurentului (în miliamperi) și mărimea energiei luminoase a radiației (în milielectronvolți) corespunzătoare unei anumite lungimi de undă. Setul tuturor valorilor de sensibilitate monocromatică pentru partea din spectrul de interes este sensibilitatea spectrală- dependența sensibilității de lungimea de undă a luminii. Astfel, sensibilitatea spectrală arată capacitatea senzorului de a înregistra nuanțe de o anumită culoare.
Este clar că unitățile de măsură atât pentru sensibilitatea integrală, cât și pentru cea monocromă diferă de denumirile populare în tehnologia fotografică. De aceea, producătorii de echipamente fotografice digitale în specificațiile produsului indică sensibilitate echivalentă CCD-uri în unități ISO. Și pentru a determina sensibilitatea echivalentă, producătorul trebuie să cunoască doar iluminarea subiectului, diafragma și viteza obturatorului și să folosească câteva formule. Conform primei, valoarea expunerii este calculată ca log 2 (L *S /C), unde L este iluminarea, S este sensibilitatea și C este constanta de expunere. A doua formulă definește valoarea expunerii ca 2*log 2 K - log 2 t., unde K este valoarea diafragmei și t este viteza obturatorului. Nu este dificil să se obțină o formulă care să permită, având în vedere L, C, K și t, să se calculeze ceea ce S este egal.
Sensibilitatea matricei este o valoare integrală, în funcție de sensibilitatea fiecărui element CCD. Ei bine, sensibilitatea pixelului matricei depinde, în primul rând, de „fotonii substituiți ploii” zona fotosensibilă(factor de umplere), iar în al doilea rând, de la eficienta cuantica(eficiență cuantică), adică raportul dintre numărul de electroni înregistrați și numărul de fotoni incidenti pe suprafața senzorului.
La rândul său, eficiența cuantică este afectată de o serie de alți parametri. În primul rând, aceasta coeficient de reflexie- valoare reprezentând proporția acelor fotoni care „ricoșează” de pe suprafața senzorului. Pe măsură ce coeficientul de reflexie crește, fracția de fotoni implicați în efectul fotoelectric intern scade.
Fotonii care nu sunt reflectați de suprafața senzorului vor fi absorbiți, formând purtători de sarcină, totuși, unii dintre ei se vor „bloca” lângă suprafață, iar unii vor pătrunde prea adânc în materialul elementului CCD. Este evident că în ambele cazuri nu vor participa la formarea fotocurentului. „Puterea de pătrundere” a fotonilor într-un semiconductor, numită coeficient de absorbție, depinde atât de materialul semiconductorului, cât și de lungimea de undă a luminii incidente - particulele „undă lungă” pătrund mult mai adânc decât „unda scurtă”. La dezvoltarea unui element CCD, este necesar ca fotonii cu o lungime de undă corespunzătoare radiației vizibile să atingă un astfel de coeficient de absorbție încât efectul fotoelectric intern să aibă loc în apropierea puțului de potențial, crescând astfel șansa ca un electron să cadă în el.
Adesea, în loc de eficiență cuantică, este folosit termenul „ieșire cuantică”(randament cuantic), dar în realitate acest parametru afișează numărul de purtători de sarcină eliberați atunci când un foton este absorbit. Desigur, cu efectul fotoelectric intern, cea mai mare parte a purtătorilor de sarcină încă se încadrează în puțul de potențial al elementului CCD, cu toate acestea, o anumită parte a electronilor (sau găurilor) evită „capcana”. Numătorul formulei care descrie eficiența cuantică este exact numărul de purtători de sarcină care au căzut în puțul potențial.
O caracteristică importantă a unei matrice CCD este pragul de sensibilitate- parametrul dispozitivului de înregistrare a luminii, care caracterizează valoarea minimă a semnalului luminos care poate fi înregistrat. Cu cât acest semnal este mai mic, cu atât pragul de sensibilitate este mai mare. Principalul factor care limitează pragul de sensibilitate este curent întunecat(curent întunecat). Este o consecință a emisiei termoionice și apare într-un element CCD atunci când electrodului i se aplică un potențial, sub care se formează un put de potențial. Acest curent se numește „întunecat” deoarece este format din electroni care au căzut în puț în absența unui flux de lumină. Dacă fluxul luminos este slab, atunci valoarea fotocurentului este apropiată și uneori chiar mai mică decât valoarea curentului întunecat.
Există o dependență a curentului de întuneric de temperatura senzorului - atunci când matricea este încălzită cu 9 grade Celsius, curentul de întuneric se dublează. Pentru a răci matricea, diverse sisteme de îndepărtare a căldurii (răcire).. În camerele de câmp, ale căror caracteristici de greutate și dimensiune limitează foarte mult utilizarea sistemelor de răcire, uneori carcasa metalică a camerei este folosită ca schimbător de căldură. În echipamentele de studio, practic nu există restricții privind greutatea și dimensiunile, în plus, este permis un consum de energie suficient de mare al sistemului de răcire, care, la rândul lor, sunt împărțite în pasive și active.
Sisteme pasive de răcire asigurați numai „descărcarea” excesului de căldură a dispozitivului răcit în atmosferă. În același timp, sistemul de răcire joacă rolul unui conductor maxim de căldură, oferind o disipare mai eficientă a căldurii. Evident, temperatura dispozitivului răcit nu poate deveni mai mică decât temperatura aerului ambiant, ceea ce este principalul dezavantaj al sistemelor pasive.
Cel mai simplu exemplu de sistem pasiv de schimb de căldură este radiator(radiator), realizat dintr-un material cu conductivitate termică bună, cel mai adesea din metal. Suprafața în contact cu atmosfera este modelată pentru a oferi o zonă de împrăștiere cât mai mare posibil. În general, se recunoaște că zona maximă de împrăștiere este radiatoare cu ac, în formă de „arici”, împânzit cu „ace” care disipă căldura. Adesea, pentru a forța transferul de căldură, suprafața radiatorului este suflată microventilator - dispozitive similare numite răcitoare(mai rece, de la cuvântul rece- la rece), în calculatoare personale răcește procesorul. Pe baza faptului că microventilatorul consumă energie electrică, sistemele care îl folosesc sunt numite „active”, ceea ce este complet greșit, deoarece răcitoarele nu pot răci dispozitivul la o temperatură mai mică decât cea atmosferică. La temperaturi ambientale ridicate (40 de grade și peste), eficiența sistemelor pasive de răcire începe să scadă.
Sisteme active de răcire datorită proceselor electrice sau chimice asigură dispozitivului o temperatură sub cea a aerului ambiant. De fapt, sisteme active„produce frig”, cu toate acestea, atât căldura dispozitivului răcit, cât și căldura sistemului de răcire sunt eliberate în atmosferă. Un exemplu clasic de răcitor activ este un frigider convențional. Cu toate acestea, în ciuda eficienței destul de ridicate, caracteristicile sale de greutate și dimensiune sunt inacceptabile chiar și pentru echipamentele fotografice de studio. Prin urmare, este asigurată răcirea sa activă Sisteme Peltier, a cărui funcționare se bazează pe utilizarea efectului cu același nume, atunci când, în prezența unei diferențe de potențial la capetele a doi conductori din materiale diferite, energie termică va fi eliberată sau absorbită la joncțiunea acestor conductori ( în funcţie de polaritatea tensiunii). Motivul pentru aceasta este accelerarea sau decelerația electronilor din cauza diferenței de potențial de contact intern a joncțiunii conductorului.
Atunci când se utilizează o combinație de semiconductori de tip n și de tip p, în care absorbția de căldură se realizează datorită interacțiunii electronilor și „găurilor”, are loc efectul maxim de conducție a căldurii. Pentru a o îmbunătăți, puteți aplica combinația în cascadă de elemente Peltier și, deoarece au loc atât absorbția de căldură, cât și eliberarea, elementele trebuie combinate astfel încât o parte a răcitorului să fie „fierbinte” și cealaltă să fie „rece”. Ca urmare a combinației în cascadă, temperatura părții „fierbinte” a elementului Peltier cel mai îndepărtat de matrice este mult mai mare decât cea a aerului din jur, iar căldura sa este disipată în atmosferă cu ajutorul dispozitivelor pasive. , adică calorifere și răcitoare.
Folosind efectul Peltier, sistemele active de răcire pot scădea temperatura senzorului până la zero grade, reducând dramatic nivelul curentului de întuneric. Cu toate acestea, răcirea excesivă a matricei CCD amenință să condenseze umiditatea din aerul înconjurător și să scurtcircuiteze electronicele. Și în unele cazuri, diferența de temperatură limită dintre planurile răcite și fotosensibile ale matricei poate duce la deformarea inacceptabilă a acesteia.
Cu toate acestea, nici radiatoarele, nici răcitoarele, nici elementele Peltier nu sunt aplicabile camerelor de câmp, care sunt limitate ca greutate și dimensiuni. În schimb, această tehnică folosește o metodă bazată pe așa-numita pixeli negri(pixeli de referință întunecați).Acești pixeli sunt coloane și rânduri acoperite cu un material opac de-a lungul marginilor matricei. Se ia în considerare valoarea medie pentru toți fotocurenții pixelilor negri nivelul curentului întunecat. Evident, în diferite condiții de funcționare (temperatura mediului și a camerei în sine, curentul bateriei etc.), nivelul curentului întunecat va fi diferit. Când este folosit ca „punct de referință” pentru fiecare pixel, adică scăzând valoarea acestuia din fotocurent, este posibil să se determine exact ce sarcină este creată de fotonii care au căzut pe elementul CCD.
Când suprimați curentul întunecat într-un fel sau altul, trebuie să fiți conștienți de un alt factor care limitează pragul de sensibilitate. Este zgomot termic(zgomot termic), creat chiar și în absența potențialului pe electrozi, doar prin mișcarea haotică a electronilor de-a lungul elementului CCD. Expunerile lungi conduc la o acumulare treptată a electronilor rătăciți în puțul de potențial, ceea ce distorsionează adevărata valoare a fotocurentului. Și cu cât viteza obturatorului este „mai mare”, cu atât se „pierde” mai mulți electroni în puț.
După cum știți, sensibilitatea la lumină a unui film din aceeași casetă rămâne constantă, cu alte cuvinte, nu se poate schimba de la cadru la cadru. Dar o cameră digitală vă permite să setați cea mai optimă valoare a sensibilității echivalente pentru fiecare fotografie. Acest lucru se realizează prin amplificarea semnalului video care vine din matrice - în anumite moduri, o astfel de procedură, numită „creșterea sensibilității echivalente”, similar cu pornirea controlului volumului pe un player muzical.
Astfel, la lumină slabă, utilizatorul se confruntă cu o dilemă - fie crește sensibilitatea echivalentă, fie crește viteza obturatorului. În același timp, în ambele cazuri, nu se poate evita deteriorarea cadrului prin zgomotul unei distribuții fixe. Adevărat, experiența arată că, cu o viteză „lungă” a obturatorului, imaginea nu se deteriorează la fel de mult ca atunci când semnalul matricei este amplificat. Cu toate acestea, un timp lung de expunere amenință o altă problemă - utilizatorul poate „răsuci” cadrul. Prin urmare, dacă utilizatorul intenționează să fotografieze frecvent în interior, atunci ar trebui să aleagă o cameră cu o deschidere mare a obiectivului, precum și un bliț puternic și „inteligent”.
Interval dinamic
Matricea este necesară pentru a putea detecta lumina atât în lumina puternică a soarelui, cât și în lumina scăzută a încăperii. Prin urmare, puțurile de potențial ale matricei trebuie să fie foarte încăpătoare și, de asemenea, să poată reține un număr minim de electroni în lumină slabă și să conțină o sarcină mare obținută atunci când un flux puternic de lumină lovește senzorul. Iar imaginea formată de lentilă constă adesea atât din zone puternic luminate, cât și din umbre profunde, iar senzorul trebuie să poată înregistra toate nuanțele acestora.
Capacitatea senzorului de a forma o imagine bună în diferite condiții de iluminare și contrast ridicat este determinată de parametru "gama dinamica", care caracterizează capacitatea matricei de a distinge în imaginea proiectată pe suprafața sa de înregistrare, cele mai închise tonuri de cele mai deschise. Când intervalul dinamic este extins, numărul de nuanțe din imagine va crește, iar tranzițiile dintre ele vor corespunde cât mai aproape de imaginea formată de obiectiv.
Efectul intervalului dinamic asupra calității cadrului (A - interval dinamic larg, B - interval dinamic îngust)
Se numește o caracteristică care descrie capacitatea unui element CCD de a acumula o anumită cantitate „adâncimea fântânii potențiale”(adâncimea sondei), iar intervalul dinamic al matricei depinde de acesta. Desigur, atunci când fotografiați în condiții de lumină scăzută, intervalul dinamic este afectat și de pragul de sensibilitate, care, la rândul său, este determinat de mărimea curentului de întuneric.
Este evident că pierderea electronilor care alcătuiesc fotocurent are loc nu numai în procesul de acumulare a sarcinii puțului de potențial, ci și în timpul transportului acestuia la ieșirea matricei. Aceste pierderi sunt cauzate de deplasarea electronilor care sunt „smulși” din sarcina principală atunci când aceasta trece sub următorul electrod de transfer. Cu cât numărul de electroni detașați este mai mic, cu atât este mai mare eficiența transferului de taxe(eficiența transferului de încărcare). Acest parametru este măsurat ca procent și arată procentul de încărcare rămasă în timpul „încrucișării” între elementele CCD.
Efectul eficienței transferului poate fi demonstrat prin următorul exemplu. Dacă pentru o matrice 1024 X 1024 valoarea acestui parametru este de 98%, atunci pentru a determina valoarea fotocurentului pixelului central la ieșirea matricei, este necesar să se ridice 0,98 (cantitatea de sarcină transferată) la puterea de 1024 (numărul de „încrucișări” între pixeli) și înmulțiți cu 100 (procent ). Rezultatul este complet nesatisfăcător - va rămâne aproximativ 0,0000001% din încărcarea inițială. Evident, odată cu creșterea rezoluției, cerințele de eficiență a transferului devin și mai stricte, pe măsură ce crește numărul de „încrucișări”. În plus, rata de citire a cadrelor scade, deoarece o creștere a ratei de transfer (pentru a compensa rezoluția crescută) duce la o creștere inacceptabilă a numărului de electroni „decupați”.
Pentru a obține rate acceptabile de citire a cadrelor cu o eficiență ridicată a transferului de încărcare, atunci când se proiectează o matrice CCD, se plănuiește plasarea puțurilor potențiale într-o poziție „adâncită”. Datorită acestui fapt, electronii nu se „lipesc” atât de activ de electrozii de transfer și tocmai pentru „locația adâncă” a puțului de potențial este introdus un canal n în proiectarea elementului CCD.
Revenind la exemplul de mai sus: dacă într-o matrice dată de 1024 X 1024 eficiența transferului de sarcină este de 99,999%, atunci ieșirea senzorului din fotocurentul încărcăturii centrale va rămâne 98,98% din valoarea sa inițială. Dacă se dezvoltă o matrice cu rezoluție mai mare, atunci este necesară o eficiență a transferului de încărcare de 99,99999%.
Înflorit
În acele cazuri în care efectul fotoelectric intern duce la un număr în exces de electroni care depășește adâncimea puțului de potențial, sarcina elementului CCD începe să se „împrăștie” peste pixelii vecini. În fotografii, acest fenomen, denumit înflorit(din engleza blooming - blurring), se afiseaza sub forma unor pete albe si forma corecta, iar cu cat electroni sunt in exces, cu atat petele sunt mai mari.
Suprimarea înfloririi se realizează prin intermediul unui sistem drenaj electronic(scurgere de preaplin), a cărui sarcină principală este eliminarea electronilor în exces din puțul de potențial. Cele mai cunoscute opțiuni drenaj vertical(Vertical Overflow Drain, VOD) și drenaj lateral(Drenaj de preaplin lateral, VOD).
Într-un sistem cu drenaj vertical, pe substratul matricei se aplică un potențial, a cărui valoare este aleasă astfel încât atunci când adâncimea puțului de potențial este revărsată, electronii în exces să curgă din acesta către substrat și să fie împrăștiați acolo. Dezavantajul acestei opțiuni este o scădere a adâncimii puțului potențial și, în consecință, o îngustare a intervalului dinamic al elementului CCD. De asemenea, este evident că acest sistem nu se aplică în matrice cu lumină din spate.
Drenaj electronic vertical
Sistemul de drenaj lateral folosește electrozi care împiedică pătrunderea electronilor puțului de potențial în „canelurile de drenaj” din care este disipat sarcina în exces. Potențialul de pe acești electrozi este selectat în conformitate cu bariera de preaplin a puțului de potențial, în timp ce adâncimea acestuia nu se modifică. Cu toate acestea, datorită electrozilor de drenaj, zona sensibilă la lumină a elementului CCD este redusă, așa că trebuie utilizate microlentile.
Drenaj electronic lateral
Desigur, nevoia de a adăuga dispozitive de drenaj la senzor complică proiectarea acestuia, dar distorsiunile cadrului introduse de înflorire nu pot fi ignorate. Da, iar un obturator electronic nu poate fi implementat fără drenaj - joacă rolul unei „perdele” la viteze de declanșare ultra-scurte, a cărei durată este mai mică decât intervalul petrecut pentru transferul sarcinii din registrul principal de deplasare paralelă în tampon. registru paralel. „Obturatorul”, adică drenajul, împiedică pătrunderea în godeurile elementelor CCD tampon a acelor electroni care s-au format în pixelii „sensibili la lumină” după ce a trecut timpul de expunere specificat (și foarte scurt).
Pixeli „blocati”.
Datorită erorilor tehnologice din unele elemente CCD, chiar și cea mai scurtă viteză a obturatorului duce la o acumulare de electroni asemănătoare unei avalanșe în puțul de potențial. În imagine, astfel de pixeli, numit "lipicios"(pixelii blocați) sunt foarte diferiți de punctele din jur atât ca culoare, cât și ca luminozitate și, spre deosebire de zgomotul unei distribuții fixe, apar cu orice viteză a obturatorului și indiferent de temperatura matricei.
Pixelii blocați sunt eliminați folosind sistemul încorporat software camera, care asigură căutarea elementelor CCD defecte și stocarea „coordonaților” acestora în memoria nevolatilă. La formarea unei imagini, valorile pixelilor defecte nu sunt luate în considerare, acestea sunt înlocuite cu valoarea interpolată a pixelilor vecini. Pentru a determina defectiunea unui pixel în timpul procesului de căutare, încărcarea acestuia este comparată cu valoarea de referință, care este, de asemenea, stocată în memoria nevolatilă a camerei.
Dimensiunea diagonală a matricei
Uneori, printre alți parametri ai unei camere digitale, este indicat dimensiunea diagonală a CCD(de obicei în fracțiuni de inch). În primul rând, această valoare este legată de caracteristicile lentilei - cu cât dimensiunile senzorului sunt mai mari, cu atât imaginea formată de optică ar trebui să fie mai mare. Pentru ca această imagine să acopere complet suprafața de înregistrare a matricei, dimensiunile elementelor optice trebuie mărite. Dacă acest lucru nu se face și „imaginea” creată de lentilă se dovedește a fi mai mică decât senzorul, atunci zonele periferice ale matricei vor fi nerevendicate. Cu toate acestea, într-un număr de cazuri, producătorii de camere nu au indicat faptul că în modelele lor o anumită proporție de megapixeli s-a dovedit a fi „în lipsă de muncă”.
Dar în „camere reflexe” digitale create pe baza tehnologiei de 35 mm, aproape întotdeauna se întâlnește situația opusă - imaginea formată de lentilă se suprapune pe zona sensibilă la lumină a matricei. Acest lucru se datorează faptului că senzorii cu dimensiunile cadrului de film de 35 de milimetri sunt prea scumpi și duce la faptul că o parte a imaginii formate de obiectiv este literalmente „în spatele scenei”. Ca urmare, caracteristicile lentilei sunt mutate în regiunea „focalizare lungă”. Prin urmare, atunci când alegeți obiective interschimbabile pentru un SLR digital, ar trebui să luați în considerare raportul de zoom- de regulă, este de aproximativ 1,5. De exemplu, dacă instalați un obiectiv cu zoom de 28-70 mm, intervalul său de lucru va fi de 42-105 mm.
Acest raport are atât efecte pozitive, cât și negative. În special, fotografierea cu un unghi larg de acoperire, care necesită lentile cu rază scurtă, devine mai dificilă. Optica cu o distanta focala de 18mm sau mai putin este foarte scumpa, iar intr-un „SLR” digital se transforma intr-un banal 27mm. Cu toate acestea, teleobiectivele sunt, de asemenea, foarte scumpe, iar cu o distanță focală mare, de regulă, deschiderea relativă scade. Dar un obiectiv ieftin de 200 mm la un factor de 1,5 se transformă într-un obiectiv de 300 mm, în timp ce optica „adevărată” de 300 mm are o deschidere de ordinul f/5.6, deschiderea de 200mm este mai mare decât f/4.5.
În plus, orice lentilă este caracterizată de astfel de aberații precum curbura câmpului și distorsiunea, care sunt exprimate în estomparea și curbura imaginii în zonele de margine ale cadrului. Dacă dimensiunile matricei sunt mai mici decât dimensiunea imaginii formate de lentilă, „zonele cu probleme” pur și simplu nu vor fi înregistrate de senzor.
Trebuie remarcat faptul că sensibilitatea matricei este legată de dimensiunile zonei sale de înregistrare. Cu cât aria fotosensibilă a fiecărui element este mai mare, cu atât mai multă lumină cade asupra acestuia și cu atât apare mai des efectul fotoelectric intern, crescând astfel sensibilitatea întregului senzor. În plus, un pixel mare vă permite să creați un put potențial de „capacitate crescută”, care are un efect pozitiv asupra lățimii intervalului dinamic. ilustrativ pentru asta exemplu - matrice„camere reflex” digitale, de dimensiuni comparabile cu cadrul unui film de 35 mm. Acești senzori diferă în mod tradițional ca sensibilitate de ordinul ISO 6400 (!), iar intervalul dinamic necesită un ADC cu o adâncime de biți de 10-12 biți.
În același timp, matricele camerelor de amatori au o gamă dinamică pentru care este suficient un ADC de 8-10 biți, iar sensibilitatea depășește rar ISO 800. Motivul pentru aceasta este caracteristicile de proiectare ale acestei tehnici. Cert este că Sony are foarte puțini concurenți în ceea ce privește producția de senzori de dimensiuni mici (1/3, 1/2 și 2/3 inci în diagonală) pentru tehnologia amatorilor, iar acest lucru a fost cauzat de o abordare competentă a dezvoltării. gama de modele matrici. La dezvoltarea viitoarei generații de matrice cu o rezoluție „per megapixel mai mult”, s-a asigurat compatibilitatea aproape completă cu modelele anterioare de senzori, atât în ceea ce privește dimensiunile, cât și interfața. În consecință, designerii de camere nu au fost nevoiți să dezvolte obiectivul și „umplutura electronică” a camerei de la zero.
Cu toate acestea, pe măsură ce rezoluția crește, registrul de deplasare paralelă a tamponului captează o fracțiune tot mai mare din zona senzorului, ca urmare, atât regiunea sensibilă la lumină, cât și „capacitatea” puțului de potențial sunt reduse.
Reducerea zonei fotosensibile a CCD cu creșterea rezoluției.
Prin urmare, în spatele fiecărui „N +1 megapixel” se află munca minuțioasă a dezvoltatorilor, care, din păcate, nu are întotdeauna succes.
Convertor analog-digital
Semnalul video care a trecut prin amplificator trebuie convertit într-un format digital înțeles de microprocesorul camerei. Pentru aceasta se foloseste convertor analog-digital, ADC(convertor analog-digital, ADC) - un dispozitiv care convertește un semnal analogic într-o succesiune de numere. Caracteristica sa principală este adâncimea de biți, adică numărul de niveluri de semnal discrete recunoscute și codificate. Pentru a calcula numărul de niveluri, este suficient să ridicați două la puterea adâncimii de biți. De exemplu, „8 biți” înseamnă că convertorul este capabil să determine 2 până la al optulea nivel de semnal și să le afișeze ca 256 de valori diferite.
Cu o capacitate ADC mare, este posibil (teoretic) să se obțină o capacitate mai mare adâncimea culorii(adâncimea culorii), adică adâncimea de biți a procesării culorii care descrie suma maxima nuanțe de culoare care pot fi reproduse. Adâncimea culorii este de obicei exprimată în biți, iar numărul de nuanțe este calculat în același mod ca și numărul de niveluri de semnal ADC. De exemplu, cu o adâncime de culoare de 24 de biți, puteți obține 16777216 nuanțe de culoare.
În realitate, adâncimea de culoare pentru fișiere în formate JPEG sau TIFF, care sunt folosite de un computer pentru a procesa și stoca imagini, este limitat la 24 de biți (8 biți pentru fiecare canal de culoare - albastru, roșu și verde). Prin urmare, ADC-urile utilizate uneori cu o adâncime de biți de 10, 12 și chiar 16 biți (adică o adâncime de culoare de 30, 36 și 48 de biți) pot fi considerate în mod eronat „redundante”. Cu toate acestea, intervalul dinamic al matricei unor modele de echipamente fotografice digitale este destul de larg, iar dacă camera este echipată cu funcția de salvare a unui cadru într-un format nestandard (30-48 de biți), atunci în timpul procesării ulterioare pe computer este posibil să folosiți biți „extra”. După cum știți, erorile în calcularea expunerii în funcție de frecvența manifestării sunt a doua după inexactitatea focalizării. Și, prin urmare, capacitatea de a compensa astfel de erori cu ajutorul biților „inferioare” (în caz de subexpunere) sau „superioare” (în caz de supraexpunere) se dovedește a fi foarte utilă. Ei bine, dacă expunerea este calculată fără erori, atunci „comprimarea” a 30-48 de biți în 24 de biți standard fără distorsiuni nu este o sarcină deosebit de dificilă.
În mod evident, intervalul dinamic al CCD-ului ar trebui să fie baza pentru creșterea adâncimii de biți a ADC, deoarece cu o gamă dinamică îngustă a ADC-ului cu 10-12 biți pe canal, pur și simplu nu va fi nimic de recunoscut. Și adesea nu poate fi numit altceva decât o cascadorie publicitară să menționăm culoarea „36 de biți” și chiar „48 de biți” a unei „cutii de săpun” modeste, cu o matrice de jumătate de inch în diagonală, pentru că chiar și o cutie de 30 de biți. culoarea necesită cel puțin un senzor cu o diagonală de 2/3 inci.
Se încarcă...