Predajcovia teraz ponúkajú obrovský výber kamier pre video dohľad. Modely sa líšia nielen parametrami spoločnými pre všetky fotoaparáty – ohnisková vzdialenosť, pozorovací uhol, citlivosť na svetlo atď. – ale aj rôznymi značkovými „čipmi“, ktorými sa každý výrobca snaží svoje zariadenia vybaviť.
Preto často Stručný opis Charakteristiky kamery na sledovanie videa sú desivým zoznamom nejasných výrazov, napríklad: 1/2,8" 2,4 MP CMOS, 25/30 fps, OSD Menu, DWDR, ICR, AWB, AGC, BLC, 3DNR, Smart IR, IP67, 0,05 Lux a to nie je všetko.
V predchádzajúcom článku sme sa zamerali na video štandardy a klasifikáciu kamier v závislosti od nich. Dnes budeme analyzovať hlavné charakteristiky video monitorovacích kamier a dešifrovať označenia špeciálnych technológií používaných na zlepšenie kvality video signálu:
- Ohnisková vzdialenosť a pozorovací uhol
- Clona (číslo F) alebo rýchlosť objektívu
- Nastavenie clony (automatická clona)
- Elektronická uzávierka (AES, rýchlosť uzávierky, rýchlosť uzávierky)
- Citlivosť (citlivosť na svetlo, minimálne osvetlenie)
- Triedy ochrany IK (odolné proti vandalizmu, antivandal) a IP (proti vlhkosti a prachu)
Typ snímača (CCD CCD, CMOS CMOS)
Existujú 2 typy matíc CCTV kamier: CCD (v ruštine - CCD) a CMOS (v ruštine - CMOS). Líšia sa zariadením aj princípom činnosti.
| CCD | CMOS |
| Sekvenčné čítanie zo všetkých buniek matrice | Ľubovoľné čítanie z buniek matrice, ktoré znižuje riziko smiringu - vzhľadu vertikálneho rozmazania bodových svetelných zdrojov (lampy, lampy) |
| Nízka hladina hluku | Vysoká hladina hluku v dôsledku takzvaných teplotných prúdov |
| Vysoká dynamická citlivosť (vhodnejšia na snímanie pohybujúcich sa objektov) | Efekt „rolling shutter“ – pri fotografovaní rýchlo sa pohybujúcich objektov sa môžu vyskytnúť vodorovné pruhy, deformácie obrazu |
| Kryštál sa používa iba na umiestnenie fotocitlivých prvkov, zvyšok mikroobvodov musí byť umiestnený samostatne, čo zvyšuje veľkosť a náklady na fotoaparát. | Všetky mikroobvody je možné umiestniť na jeden čip, vďaka čomu je výroba kamier s CMOS snímačmi jednoduchá a lacná. |
| Vďaka využitiu plochy matrice len pre fotosenzitívne prvky sa zvyšuje efektivita jej využitia - blíži sa k 100% | Nízka spotreba energie (takmer 100-krát menej ako CCD) |
| Drahá a zložitá výroba | Výkon |
Dlho sa verilo, že matica CCD poskytuje oveľa lepšiu kvalitu obrazu ako CMOS. Moderné matice CMOS však často nie sú prakticky v žiadnom prípade horšie ako CCD, najmä ak neexistujú príliš vysoké požiadavky na systém video sledovania.
Veľkosť matice
Udáva veľkosť matice diagonálne v palcoch a zapisuje sa ako zlomok: 1/3", 1/2", 1/4", atď.
Všeobecne sa verí, že čím väčšia matica, tým lepšie: menej šumu, jasnejší obraz, väčší pozorovací uhol. V skutočnosti však najlepšiu kvalitu obrazu neposkytuje veľkosť matice, ale veľkosť jej jednotlivých buniek alebo pixelov - čím je väčší, tým lepšie. Preto pri výbere kamery na video dohľad musíte zvážiť veľkosť matice spolu s počtom pixelov.
Ak matice s veľkosťou 1/3 "a 1/4" majú rovnaký počet pixelov, potom v tomto prípade matica 1/3" prirodzene poskytne najlepší obraz. Ak je však na nej viac pixelov, musíte zoberte kalkulačku a vypočítajte približnú veľkosť pixelu.
Napríklad z výpočtov veľkosti buniek matice nižšie môžete vidieť, že v mnohých prípadoch je veľkosť pixelov na 1/4" matici väčšia ako na 1/3" matici, čo znamená, že 1/4" video obrázok, hoci je menší, bude lepší.
| Veľkosť matice | Počet pixelov (milión) | Veľkosť bunky (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 |
Ohnisková vzdialenosť a pozorovací uhol
Tieto parametre majú veľký význam pri výbere kamery pre video dohľad a úzko spolu súvisia. V skutočnosti je ohnisková vzdialenosť šošovky (často označovaná ako f) vzdialenosť medzi šošovkou a snímačom.
V praxi ohnisková vzdialenosť určuje uhol a rozsah kamery:
- čím menšia je ohnisková vzdialenosť, tým širší je uhol pohľadu a tým menej detailov je možné vidieť na ďaleko vzdialených objektoch;
- čím dlhšia je ohnisková vzdialenosť, tým užší je uhol záberu videokamery a tým detailnejší je obraz vzdialených predmetov.
Ak potrebujete všeobecný prehľad v nejakej oblasti a chcete na to použiť čo najmenej kamier, kúpte si kameru s krátkou ohniskovou vzdialenosťou a podľa toho aj širokým pozorovacím uhlom.
Ale v oblastiach, kde je potrebné podrobné pozorovanie relatívne malej oblasti, je lepšie umiestniť kameru so zvýšenou ohniskovou vzdialenosťou a nasmerovať ju na objekt pozorovania. Toto sa často používa na pokladniach supermarketov a bánk, kde potrebujete vidieť nominálnu hodnotu bankoviek a ďalšie podrobnosti o výpočtoch, ako aj pri vjazde na parkoviská a iné miesta, kde potrebujete rozlíšiť číslo auta od čísla veľká vzdialenosť.
Najbežnejšia ohnisková vzdialenosť je 3,6 mm. Zodpovedá zhruba zornému uhlu ľudského oka. Kamery s touto ohniskovou vzdialenosťou sa používajú na video dohľad v malých miestnostiach.
Nižšie uvedená tabuľka obsahuje informácie a vzťahy medzi ohniskovou vzdialenosťou, pozorovacím uhlom, rozoznávacou vzdialenosťou atď. pre najbežnejšie triky. Údaje sú približné, keďže závisia nielen od ohniskovej vzdialenosti, ale aj od ďalších parametrov optiky fotoaparátu.
V závislosti od šírky zorného uhla sa kamery pre video dohľad zvyčajne delia na:
- konvenčné (uhol pohľadu 30°-70°);
- širokouhlý (uhol pohľadu od približne 70 °);
- teleobjektív (uhol pohľadu menší ako 30°).
Písmeno F, len obyčajne veľké, označuje aj clonu objektívu – preto pri čítaní charakteristiky dávajte pozor na kontext, v ktorom je parameter použitý.
Typ objektívu
Pevná (monofokálna) šošovka- najjednoduchšie a najlacnejšie. Ohnisková vzdialenosť je v ňom pevná a nedá sa zmeniť.
IN varifokálne (varifokálne) šošovky môžete zmeniť ohniskovú vzdialenosť. Jeho nastavenie sa vykonáva ručne, zvyčajne raz, keď je kamera nainštalovaná na mieste snímania, a neskôr - podľa potreby.
Trans faktor alebo objektívy so zoomom tiež poskytujú možnosť zmeniť ohniskovú vzdialenosť, ale na diaľku, kedykoľvek. Zmena ohniskovej vzdialenosti sa vykonáva pomocou elektrického pohonu, preto sa nazývajú aj motorizované šošovky.
"Rybie oko" (rybie oko, rybie oko) alebo panoramatický objektív umožňuje nainštalovať len jednu kameru a dosiahnuť 360° pohľad.
Výsledkom je, samozrejme, výsledný obrázok má "bublinový" efekt - rovné čiary sú zakrivené, avšak vo väčšine prípadov vám fotoaparáty s takýmito šošovkami umožňujú rozdeliť jeden všeobecný panoramatický obrázok na niekoľko samostatných, korigovaných na známe vnímanie. ľudskému oku.
Dierkové šošovky umožňujú vykonávať skryté video sledovanie vďaka svojej miniatúrnej veľkosti. V skutočnosti dierková kamera nemá šošovku, ale namiesto nej iba miniatúrny otvor. Na Ukrajine je používanie skrytého video sledovania vážne obmedzené, rovnako ako predaj zariadení naň.
Toto sú najbežnejšie typy šošoviek. Ak však pôjdete hlbšie, šošovky sa delia aj podľa ďalších parametrov:
Clona (číslo F) alebo rýchlosť objektívu
Určuje schopnosť fotoaparátu zachytiť vysokokvalitné snímky pri slabom osvetlení. Ako ďalšie číslo F, čím menšia je otvorenie clony a tým viac svetla fotoaparát potrebuje. Čím je clona menšia, tým je clona viac otvorená a videokamera dokáže vytvárať čisté snímky aj pri zlých svetelných podmienkach.
Písmeno f (zvyčajne malé) označuje aj ohniskovú vzdialenosť, preto pri čítaní charakteristík dávajte pozor na kontext, v ktorom je parameter použitý. Napríklad na obrázku vyššie je clona označená malým f.
Držiak objektívu
K dispozícii sú 3 typy držiakov na pripevnenie objektívu k videokamere: C, CS, M12.
- Držiak C sa teraz používa zriedka. Objektívy C je možné pripevniť k fotoaparátu s bajonetom CS pomocou špeciálneho krúžku.
- CS držiak je najbežnejším typom. Objektívy CS nie sú kompatibilné s fotoaparátmi C.
- Pre malé objektívy sa používa bajonet M12.
Nastavenie clony (automatická clona), ARD, ARD
Clona je zodpovedná za tok svetla k matrici: pri zvýšenom toku svetla sa zužuje, čím bráni vystaveniu obrazu svetlu a pri slabom osvetlení sa naopak otvára, aby do nej prenikalo viac svetla. matice.
Existujú dve veľké skupiny fotoaparátov: pevná membrána(sem patria aj kamery bez nej) a s nastaviteľným.
Nastavenie clony v rôznych modeloch kamier pre video dohľad je možné vykonať:
- Manuálne.
- Automaticky pomocou videokamery priamy prúd na základe množstva svetla dopadajúceho na snímač. Toto automatické ovládanie clony (ADC) sa označuje ako DD (Direct Drive) alebo DD/DC.
- Automatickyšpeciálny modul zabudovaný do šošovky a sledujúci svetelný tok prechádzajúci cez relatívnu clonu. Tento spôsob ARD sa v špecifikáciách videokamier označuje ako VD (video mechanika). Je účinný aj vtedy, keď do objektívu prenikne priame slnečné svetlo, no monitorovacie kamery s ním sú drahšie.
Elektronická uzávierka (AES, rýchlosť uzávierky, rýchlosť uzávierky, uzávierka)
O rôznych výrobcov tento parameter môže byť označovaný ako automatická elektronická uzávierka, rýchlosť uzávierky alebo rýchlosť uzávierky, ale v podstate znamená to isté - čas, počas ktorého je svetlo vystavené matrici. Zvyčajne sa vyjadruje ako 1/50-1/100000s.
Činnosť elektronickej uzávierky je trochu podobná automatickému nastaveniu clony - upravuje citlivosť matice na svetlo, aby sa prispôsobila úrovni osvetlenia miestnosti. Na obrázku nižšie môžete vidieť kvalitu obrazu pri slabom osvetlení s iná rýchlosť uzávierka (na obrázku manuálne nastavenie, zatiaľ čo AES to robí automaticky).
Na rozdiel od DGS k úprave nedochádza úpravou svetelného toku dopadajúceho na matricu, ale úpravou rýchlosti uzávierky, teda trvania akumulácie elektrického náboja na matrici.
Avšak možnosti elektronickej uzávierky sú oveľa slabšie ako automatické nastavenie clony, preto v otvorených priestoroch, kde sa úroveň svetla mení od súmraku po jasné slnečné svetlo, je lepšie použiť kamery s DGS. Videokamery s elektronickou uzávierkou sú optimálne pre miestnosti, kde sa úroveň osvetlenia v priebehu času príliš nemení.
Charakteristiky elektronickej uzávierky sa príliš nelíšia od rôzne modely. Užitočnou funkciou je možnosť manuálneho nastavenia rýchlosti uzávierky (rýchlosti uzávierky), keďže pri slabom osvetlení sa automaticky nastavia nízke hodnoty, čo vedie k rozmazaniu obrazu pohybujúcich sa objektov.
Sens-UP (alebo DSS)
Je to funkcia akumulácie náboja matrice v závislosti od úrovne osvetlenia, t.j. zvýšenie jej citlivosti na úkor rýchlosti. Nevyhnutné pre zachytenie vysokokvalitného obrazu za zhoršených svetelných podmienok, kedy nie je kritické sledovanie vysokorýchlostných udalostí (na objekte pozorovania nie sú žiadne rýchlo sa pohybujúce objekty).
Úzko súvisí s rýchlosťou uzávierky (rýchlosťou uzávierky) opísanou vyššie. Ak je však rýchlosť uzávierky vyjadrená v časových jednotkách, potom Sens-UP je faktorom zvýšenia rýchlosti uzávierky (xN): čas akumulácie náboja (rýchlosť uzávierky) sa zvýši N-krát.
Povolenie
Témy povolení CCTV kamier sme sa trochu dotkli v minulom článku. Rozlíšenie fotoaparátu je v skutočnosti veľkosť výsledného obrázku. Meria sa buď v TVL (televízne riadky) alebo v pixeloch. Čím vyššie rozlíšenie, tým viac detailov môžete vo videu vidieť.
Rozlíšenie videokamery v TVL je množstvo zvislé čiary(prechody jasu) umiestnené vodorovne na obrázku. Považuje sa za presnejšie, pretože poskytuje predstavu o veľkosti výstupného obrázka. Aj keď rozlíšenie v megapixeloch uvedené v dokumentácii výrobcu môže byť pre kupujúceho zavádzajúce – často sa netýka veľkosti výsledného obrázka, ale počtu pixelov na matrici. V tomto prípade musíte venovať pozornosť takému parametru ako "Efektívny počet pixelov"
Rozlíšenie v pixeloch- ide o veľkosť obrazu horizontálne a vertikálne (ak je špecifikované ako 1280 × 960) alebo celkový počet pixelov v obrázku (ak je špecifikovaný ako 1 MP (megapixel), 2 MP atď.). Získanie rozlíšenia v megapixeloch je v skutočnosti veľmi jednoduché: musíte vynásobiť počet horizontálnych pixelov (1280) počtom vertikálnych (960) a vydeliť 1 000 000. Celkom 1 280 × 960 = 1,23 MP.
Ako previesť TVL na pixely a naopak? Neexistuje presný vzorec na konverziu. Ak chcete určiť rozlíšenie videa v TVL, musíte použiť špeciálne testovacie tabuľky pre videokamery. Pre približnú reprezentáciu pomeru môžete použiť tabuľku:
Efektívne pixely
Ako sme uviedli vyššie, veľkosť v megapixeloch uvedená v charakteristikách videokamery často neposkytuje presnú predstavu o rozlíšení výsledného obrazu. Výrobca udáva počet pixelov na matici (senzore) fotoaparátu, ale nie všetky sa podieľajú na vytváraní obrázka.
Preto bol zavedený parameter „Počet (počet) efektívnych pixelov“, ktorý len ukazuje, koľko pixelov tvorí výsledný obrázok. Najčastejšie zodpovedá skutočnému rozlíšeniu výsledného obrázku, aj keď existujú výnimky.
IR (infračervené) osvetlenie, IR
Umožňuje fotografovať v noci. Schopnosti matrice (senzora) kamery na sledovanie videa sú oveľa vyššie ako schopnosti ľudského oka - kamera napríklad môže "vidieť" v infračervenom žiarení. Táto nehnuteľnosť sa začala využívať na natáčanie v noci a v neosvetlených/slabo osvetlených miestnostiach. Po dosiahnutí určitého minimálneho osvetlenia sa videokamera prepne do režimu infračerveného záznamu a zapne IR (IR) iluminátor.
IR LED sú v kamere zabudované tak, že svetlo z nich nedopadá do objektívu kamery, ale osvetľuje zorný uhol.
Snímka nasnímaná pri slabom osvetlení pomocou infračerveného osvetlenia je vždy čiernobiela. Do čiernobieleho režimu sa prepínajú aj farebné kamery, ktoré podporujú nočné snímanie.
Hodnoty IR osvetlenia vo videokamerách sa zvyčajne udávajú v metroch - to znamená, koľko metrov od kamery vám osvetlenie umožňuje získať jasný obraz. IR svetlo s dlhým dosahom sa nazýva IR iluminátor.
Čo je Smart IR, Smart IR?
Smart IR (Smart IR) umožňuje zvýšiť alebo znížiť výkon infračerveného žiarenia v závislosti od vzdialenosti objektu. Deje sa tak preto, aby objekty, ktoré sú blízko fotoaparátu, neboli na videu preexponované.
IR filter (ICR), denný/nočný režim
Použitie infračerveného osvetlenia na filmovanie v noci má jednu zvláštnosť: matrica takýchto kamier sa vyrába so zvýšenou citlivosťou na infračervený rozsah. To vytvára problém pri snímaní cez deň, keďže matica počas dňa registruje infračervené spektrum, čo narúša normálnu farbu výsledného obrazu.
Preto takéto kamery fungujú v dvoch režimoch – deň a noc. Cez deň je senzor krytý mechanickým infračerveným filtrom (ICR), ktorý oddeľuje infračervené žiarenie. V noci je filter posunutý, čo umožňuje, aby lúče IR spektra voľne dopadali na matricu.
Niekedy je prepínanie denného/nočného režimu implementované softvérovo, ale toto riešenie produkuje obrázky nižšej kvality.
ICR filter je možné nainštalovať aj do kamier bez infračerveného osvetlenia - na odrezanie infračerveného spektra počas dňa a zlepšenie farebného podania videa.
Ak kamera nemá IGR filter, pretože pôvodne nebola navrhnutá na nočné snímanie, funkciu nočného snímania k nej jednoducho nedokúpite zakúpením samostatného IR modulu. V tomto prípade bude farba denného videa výrazne skreslená.
Citlivosť (citlivosť na svetlo, minimálne osvetlenie)
Na rozdiel od kamier, kde sa citlivosť vyjadruje pomocou ISO, je citlivosť CCTV kamier najčastejšie vyjadrené v luxoch (Lux) a znamená minimálne osvetlenie, pri ktorom je kamera schopná vytvárať video obraz. dobrá kvalita- čistý a žiadny hluk. Čím nižšia je hodnota tohto parametra, tým vyššia je citlivosť.
Kamery na sledovanie sa vyberajú v súlade s podmienkami, v ktorých sa plánujú používať: napríklad, ak je minimálna citlivosť kamery 1 lux, potom nebude možné získať jasný obraz v noci bez dodatočného infračerveného osvetlenia.
| Podmienky | Úroveň svetla |
| Prirodzené osvetlenie vonku za bezoblačného slnečného dňa | viac ako 100 000 luxov |
| Prirodzené osvetlenie vonku za slnečného dňa so svetlými mrakmi | 70 000 luxov |
| Prirodzené svetlo vonku počas zamračeného dňa | 20 000 luxov |
| Obchody, supermarkety: | 750-1500 luxov |
| Kancelária alebo obchod: | 50-500 luxov |
| Hotelové haly: | 100-200 luxov |
| Parkoviská, sklady | 75-30 luxov |
| Súmrak | 4 apartmán |
| Dobre osvetlená diaľnica v noci | 10 luxov |
| Miesta pre divákov v divadle: | 3-5 luxov |
| Nemocnica v noci, hlboký súmrak | 1 lux |
| Spln | 0,1 - 0,3 lux |
| Mesačná noc (štvrť mesiaca) | 0,05 lux |
| jasná bezmesačná noc | 0,001 lux |
| Zamračená bezmesačná noc | 0,0001 lux |
Pomer signálu k šumu (S/N) určuje kvalitu video signálu. Šum vo videu sa objavuje v dôsledku slabého osvetlenia a vyzerá ako farebný alebo čiernobiely sneh alebo zrno.
Parameter sa meria v decibeloch. Na obrázku nižšie je už zobrazená celkom dobrá kvalita obrazu pri 30 dB, ale v moderných fotoaparátoch, aby bolo možné získať vysokokvalitné video, musí byť S / N aspoň 40 dB.
Redukcia šumu DNR (3D-DNR, 2D-DNR)
Prirodzene, problém prítomnosti šumu vo videu nezostal bez povšimnutia výrobcov. Zapnuté tento moment Existujú dve technológie na redukciu šumu v obraze a zodpovedajúce vylepšenie obrazu:
- 2-DNR. Staršia a menej pokročilá technológia. V podstate je odstránený len šum pri zemi, navyše niekedy je obraz mierne rozmazaný kvôli čisteniu.
- 3-DNR. najnovšie technológie, ktorý pracuje podľa zložitého algoritmu a odstraňuje nielen blízky šum, ale aj sneh a obilie na vzdialenom pozadí.
Snímková frekvencia, fps (rýchlosť streamu)
Frekvencia snímok ovplyvňuje plynulosť obrazu videa – čím je vyššia, tým lepšie. Na dosiahnutie plynulého obrazu je potrebná frekvencia aspoň 16-17 snímok za sekundu. Štandardy PAL a SECAM podporujú snímkovú frekvenciu pri 25 fps, zatiaľ čo štandard NTSC podporuje 30 fps. Pri profesionálnych fotoaparátoch môže snímková frekvencia dosiahnuť až 120 fps a vyššie.
Majte však na pamäti, že čím vyššia je snímková frekvencia, tým viac miesta bude potrebné na uloženie videa a tým viac bude načítaný prenosový kanál.
Kompenzácia protisvetla (HLC, BLC, WDR, DWDR)
Bežné problémy video sledovania sú:
- samostatné svetlé predmety padajúce do rámu (svetlomety, lampy, lampy), ktoré osvetľujú časť obrazu a vďaka čomu nie je možné vidieť dôležité detaily;
- príliš jasné osvetlenie v pozadí (slnečná ulica pred dverami miestnosti alebo za oknom atď.), proti ktorému sú blízke objekty príliš tmavé.
Na ich vyriešenie slúži viacero funkcií (technológií) používaných v sledovacích kamerách.
HLC - kompenzácia jasného svetla. Porovnaj:
BLC - kompenzácia protisvetla. Realizované zvýšením expozície celého obrazu, výsledkom čoho sú objekty v popredí svetlejšie, ale pozadie ukazuje sa príliš svetlý, nie je na ňom vidieť detaily.
WDR (niekedy nazývané aj HDR) je široký dynamický rozsah. Používa sa aj na kompenzáciu protisvetla, ale je účinnejšia ako BLC. Pri použití WDR majú všetky objekty vo videu približne rovnaký jas a jasnosť, čo umožňuje detailne vidieť nielen popredie, ale aj pozadie. Dosahuje sa to vďaka tomu, že fotoaparát fotí s rôznymi expozíciami a potom ich kombinuje, aby získal rám s optimálnym jasom všetkých objektov.
D-WDR - softvérová implementácia širokého dynamického rozsahu, čo je o niečo horšie ako plnohodnotné WDR.
Triedy ochrany IK (odolné proti vandalizmu, antivandal) a IP (proti vlhkosti a prachu)
Tento parameter je dôležitý, ak si vyberiete kameru pre vonkajšie video sledovanie alebo v miestnosti s vysokou vlhkosťou, prachom atď.
IP triedy- ide o ochranu pred vniknutím cudzích predmetov rôznych priemerov, vrátane prachových častíc, ako aj ochranu pred vlhkosťou. triedyIK- ide o antivandalskú ochranu, t.j. pred mechanickým nárazom.
Najbežnejšie triedy ochrany medzi vonkajšími monitorovacími kamerami sú IP66, IP67 a IK10.
- Trieda ochrany IP66: Fotoaparát je úplne prachotesný a chránený pred silnými prúdmi vody (alebo morskými vlnami). Voda sa dovnútra dostane v malom množstve a neprekáža pri prevádzke kamkordéra.
- Trieda ochrany IP67: Fotoaparát je úplne prachotesný a vydrží krátkodobé úplné ponorenie pod vodu alebo dlhé obdobia pod snehom.
- Trieda ochrany proti vandalizmu IK10: telo kamery odolá zásahu 5 kg nákladu z výšky 40 cm (energia nárazu 20 J).
Skryté oblasti (Privacy Mask)
Niekedy je potrebné skryť sa pred pozorovaním a záznamom niektorých oblastí, ktoré spadajú do zorného poľa kamery. Najčastejšie je to kvôli ochrane súkromia. Niektoré modely fotoaparátov umožňujú upraviť parametre niekoľkých takýchto zón, pokrývajúcich určitú časť alebo časti obrazu.
Napríklad na obrázku nižšie sú v obraze kamery skryté okná susedného domu.
Ďalšie funkcie CCTV kamier (DIS, AGC, AWB, atď.)
OSD menu- príležitosť manuálne nastavenie veľa parametrov fotoaparátu: expozícia, svetelnosť, ohnisková vzdialenosť (ak existuje) atď.
- fotenie za zlých svetelných podmienok bez infračerveného prisvietenia.
DIS- funkcia stabilizácie obrazu z fotoaparátu pri snímaní v podmienkach vibrácií alebo pohybu
Technológia EXIR je technológia infračerveného osvetlenia vyvinutá spoločnosťou Hikvision. Vďaka nemu sa dosiahne väčšia účinnosť podsvietenia: dlhší dosah s menšou spotrebou energie, rozptylom atď.
AWB- automatické nastavenie vyváženia bielej v obraze tak, aby sa reprodukcia farieb čo najviac približovala prirodzenému, viditeľná ľudským okom. Zvlášť dôležité pre miestnosti s umelé osvetlenie a rôzne zdroje svetla.
AGC (AGC)- automatické ovládanie zisku. Používa sa na zabezpečenie toho, aby výstupný tok videa z kamier bol vždy stabilný, bez ohľadu na silu vstupného toku videa. Najčastejšie je potrebné zosilnenie video signálu v podmienkach slabého osvetlenia a naopak, keď je svetlo príliš silné, je potrebná redukcia video signálu.
Detektor pohybu- vďaka tejto funkcii sa kamera dokáže zapnúť a nahrávať len pri pohybe na objekte pozorovania, ako aj vyslať poplachový signál pri spustení detektora. To pomáha ušetriť miesto na ukladanie videa na DVR, odbremeniť prenosový kanál videa a organizovať upozornenia personálu na porušenie.
Vstup alarmu kamery- ide o možnosť zapnúť kameru, spustiť nahrávanie videa, keď nastane udalosť: spustenie pripojeného pohybového senzora alebo iného senzora, ktorý je k nemu pripojený.
výstup alarmu umožňuje spustiť reakciu na poplachovú udalosť zaznamenanú kamerou, napríklad zapnúť sirénu, poslať upozornenie mailom alebo SMS atď.
Nenašli ste funkciu, ktorú ste hľadali?
Snažili sme sa zhromaždiť všetky často sa vyskytujúce charakteristiky kamier pre video dohľad. Ak ste tu nenašli vysvetlenie niektorého parametra, ktorému nerozumiete - napíšte do komentárov, pokúsime sa túto informáciu doplniť do článku.
webovej stránky
o výbere videokamery do rodiny sme písali o matrikách. Tam sme sa tejto problematiky dotkli zľahka, no dnes sa pokúsime obe technológie popísať podrobnejšie.
Čo je matica vo videokamere? Ide o mikroobvod, ktorý premieňa svetelný signál na elektrický. V súčasnosti existujú 2 technológie, t.j. 2 typy matíc - CCD (CCD) a CMOS (CMOS). Líšia sa od seba, každý má svoje pre a proti. Nedá sa s istotou povedať, ktorý z nich je lepší a ktorý horší. Vyvíjajú sa paralelne. Nebudeme zachádzať do technických detailov, pretože. budú úplne nezrozumiteľné, ale vo všeobecnosti definujeme ich hlavné klady a zápory.
Technológia CMOS (CMOS)
CMOS snímače V prvom rade sa chvália nízkou spotrebou, čo je plus. Videokamera s touto technológiou bude fungovať o niečo dlhšie (v závislosti od kapacity batérie). Ale to sú maličkosti.
Hlavným rozdielom a výhodou je ľubovoľné čítanie buniek (v CCD sa čítanie vykonáva súčasne), čo eliminuje rozmazanie obrazu. Videli ste už niekedy „vertikálne stĺpy svetla“ z objektov s jasnými bodmi? Takže matrice CMOS vylučujú možnosť ich vzhľadu. A kamery založené na nich sú lacnejšie.
Existujú aj nevýhody. Prvým z nich je malá veľkosť fotosenzitívneho prvku (v pomere k veľkosti pixelov). Väčšinu plochy pixelov tu zaberá elektronika, takže plocha fotocitlivého prvku je tiež znížená. V dôsledku toho sa zníži citlivosť matrice.
Pretože elektronické spracovanie sa vykonáva na pixeli, potom sa množstvo šumu v obraze zvýši. To je tiež nevýhoda, rovnako ako nízka doba skenovania. Z tohto dôvodu dochádza k efektu „rolling shutter“: keď sa operátor pohybuje, objekt v ráme môže byť skreslený.
Technológia CCD (CCD)
Videokamery s CCD matricami poskytujú vysokokvalitný obraz. Vizuálne je ľahké si všimnúť menej šumu vo videu nasnímanom videokamerou založenou na CCD v porovnaní s videom nasnímaným fotoaparátom CMOS. Toto je prvá a najdôležitejšia výhoda. A ešte niečo: účinnosť matíc CCD je jednoducho úžasná: faktor plnenia sa blíži k 100 %, pomer registrovaných fotónov je 95 %. Vezmite si obyčajné ľudské oko - tu je pomer približne 1%.
Nevýhodou týchto matríc je vysoká cena a vysoká spotreba energie. Faktom je, že tu je proces nahrávania neuveriteľne náročný. Fixácia obrazu sa vykonáva vďaka mnohým dodatočným mechanizmom, ktoré nie sú dostupné v matriciach CMOS, takže technológia CCD je oveľa drahšia.
CCD matice sa používajú v zariadeniach, ktoré vyžadujú farebný a kvalitný obraz a prípadne budú snímať dynamické scény. Väčšinou ide o profesionálne videokamery, hoci aj domáce. Sú to aj sledovacie systémy, digitálne kamery a pod.
CMOS matice sa používajú tam, kde nie sú zvlášť vysoké požiadavky na kvalitu obrazu: pohybové senzory, lacné smartfóny... Tak tomu však bolo aj predtým. Moderné matrice CMOS majú rôzne modifikácie, vďaka čomu sú veľmi kvalitné a hodné konkurencie s matricami CCD.
Teraz je ťažké posúdiť, ktorá technológia je lepšia, pretože obe vykazujú vynikajúce výsledky. Preto uvádzať typ matice ako jediné výberové kritérium je prinajmenšom hlúpe. Je dôležité vziať do úvahy veľa charakteristík.
Ohodnoťte prosím tento článok:
Na premenu svetelného toku na elektronický signál, ktorý sa následne prevedie na digitálny kód, ktorý sa zaznamená na pamäťovú kartu fotoaparátu.
Matica pozostáva z pixelov, ktorých účelom je vydávať elektronický signál zodpovedajúci množstvu svetla, ktoré na ňu dopadá.
Rozdiel medzi CCD a CMOS snímačmi je v metodika konverzie
signál prijatý z pixelu. V prípade CCD - konzistentne a s minimom šumu, v prípade CMOS - rýchlo a s menšou spotrebou energie (a vďaka prídavným obvodom sa množstvo šumu výrazne znižuje).
Najprv však...
Rozlišujte medzi matricami CCD a CMOS
 |
CCD - matrica
Nábojovo viazané zariadenie (CCD, v angličtine - CCD) sa tak nazýva kvôli spôsobu prenosu náboja medzi prvkami citlivými na svetlo - pixel na pixel a nakoniec odstránenie náboja zo snímača .
Náboje sa posúvajú pozdĺž matice v radoch zhora nadol. Náboj sa teda pohybuje po radoch viacerých registrov (stĺpcov) naraz.
Pred opustením CCD snímača sa náboj každého pixelu zosilní a výstup je zosilnený analógový signál s rôznym napätím (v závislosti od množstva svetla dopadajúceho na pixel). Pred spracovaním sa tento signál odošle do oddelené
(mimo čipu) analógovo-digitálny prevodník a výsledné digitálne údaje sa prevedú na bajty predstavujúce riadok obrazu prijatého snímačom.
Keďže CCD prenáša nabíjačka, ktorý má nízky odpor a je menej náchylný na rušenie inými elektronické komponenty, výsledný signál zvyčajne obsahuje menšia rozmanitosť hluku v porovnaní so signálom snímača CMOS.
 |
 |
CMOS - matica
IN CMOS snímač (CMOS - komplementárny kov - oxidový polovodič, v angličtine - CMOS), je umiestnené spracovateľské zariadenie vedľa každého pixelu (niekedy namontované na samotnej matrici), čo sa zvyšuje výkon systémov. Berieme na vedomie aj nedostatok ďalších zariadení na spracovanie nízka spotreba energie CMOS - matice.
Určitú predstavu o procese čítania informácií z matríc možno získať z nasledujúceho videa
Technológie sa neustále zdokonaľujú a dnes už prítomnosť matice CMOS vo fotoaparáte či videokamere naznačuje vyššiu triedu modelu. Výrobcovia sa často zameriavajú na modely s CMOS snímačmi.
V poslednej dobe sa stal populárnym vývoj zadného snímača CMOS, ktorý vykazuje lepšie výsledky pri fotografovaní v zlých svetelných podmienkach a má tiež nižšiu hladinu šumu.
Jediný prvok je citlivý v celom viditeľnom spektrálnom rozsahu, preto sa nad fotodiódami farebných matríc CCD používa svetelný filter, ktorý prepúšťa len jednu z troch farieb: červená (Red), zelená (Green), modrá (Blue) resp. žltá (žltá), purpurová (purpurová), tyrkysová (azúrová). A naopak, v čiernobielej CCD matici nie sú žiadne takéto filtre.
ZARIADENIE A PRINCÍP FUNGOVANIA PIXELOV
Pixel tvorí p-substrát potiahnutý priehľadným dielektrikom, na ktorom je nanesená elektróda prepúšťajúca svetlo, ktorá tvorí potenciálovú jamku.
Nad pixelom môže byť svetelný filter (používaný vo farebných matriciach) a zbiehavá šošovka (používaná v matriciach, kde snímacie prvky úplne nezaberajú povrch).
Pozitívny potenciál sa aplikuje na svetlo prepúšťajúcu elektródu umiestnenú na povrchu kryštálu. Svetlo dopadajúce na pixel preniká hlboko do polovodičovej štruktúry a vytvára pár elektrón-diera. Výsledný elektrón a diera sú od seba oddelené elektrickým poľom: elektrón sa presunie do úložnej zóny nosiča (potenciálna studňa) a otvory prúdia do substrátu.
Pixel má nasledujúce vlastnosti:
- Kapacita potenciálovej jamy je počet elektrónov, ktoré môže potenciálna jama držať.
- Spektrálna citlivosť pixelu je závislosť citlivosti (pomer hodnoty fotoprúdu k hodnote svetelného toku) od vlnovej dĺžky žiarenia.
- Kvantová účinnosť (meraná v percentách) je fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru počtu fotónov, ktorých absorpcia spôsobila vznik kvázičastíc, k celkovému počtu absorbovaných fotónov. V prípade moderných matíc CCD toto číslo dosahuje 95 %. Pre porovnanie, ľudské oko má kvantovú účinnosť okolo 1 %.
- Dynamický rozsah je pomer saturačného napätia alebo prúdu k RMS napätiu alebo prúdu tmavého šumu. Merané v dB.
CCD matica je rozdelená do riadkov a každý riadok je rozdelený na pixely. Rady sú od seba oddelené dorazovými vrstvami (p +), ktoré neumožňujú tok nábojov medzi nimi. Na presun dátového paketu sa používajú paralelné, alias vertikálne (anglicky VCCD) a sériové, alias horizontálne (anglicky HCCD) posuvné registre.
Najjednoduchší cyklus činnosti trojfázového posuvného registra začína skutočnosťou, že na prvú bránu sa aplikuje pozitívny potenciál, v dôsledku čoho sa vytvorí jamka naplnená generovanými elektrónmi. Potom aplikujeme potenciál na druhú bránu, vyšší ako na prvú, v dôsledku čoho sa pod druhou bránou vytvorí hlbšia potenciálová jama, do ktorej budú prúdiť elektróny spod prvej brány. Ak chcete pokračovať v pohybe náboja, mali by ste znížiť hodnotu potenciálu na druhej bráne a použiť väčší potenciál na tretiu. Elektróny prúdia pod treťou bránou. Tento cyklus pokračuje od bodu akumulácie k priamo čítaciemu horizontálnemu odporu. Všetky elektródy horizontálneho a vertikálneho posuvného registra tvoria fázy (fáza 1, fáza 2 a fáza 3).
Klasifikácia matíc CCD podľa farby:
- Čierna a biela
- farebné
Klasifikácia matíc CCD podľa architektúry:
Fotosenzitívne bunky sú označené zelenou farbou, nepriehľadné oblasti sú označené sivou farbou.
Matici CCD sú vlastné nasledujúce charakteristiky:
- Účinnosť prenosu náboja je pomer počtu elektrónov v náboji na konci dráhy posuvného registra k počtu na začiatku.
- Faktor výplne je pomer plochy vyplnenej fotocitlivými prvkami k celkovej ploche fotosenzitívneho povrchu matrice CCD.
- Temný prúd je elektrický prúd, ktorý preteká fotosenzitívnym prvkom v neprítomnosti dopadajúcich fotónov.
- Čítací šum je šum, ktorý sa vyskytuje v prevodných a zosilňovacích obvodoch výstupného signálu.
|
Matrice s personálnym presunom. (anglický prenos rámu). |
|
 |
Výhody:
nedostatky:
|
|
Matice medziriadkového prenosu alebo matice s ukladaním do vyrovnávacej pamäte stĺpcov (anglicky Interline-transfer). |
|
 |
Výhody:
nedostatky:
|
|
Matice s riadkovým prenosom alebo matice s vyrovnávaním stĺpcov (anglicky interline). |
|
 |
Výhody:
nedostatky:
|
APLIKÁCIE CCD
 |
VEDECKÉ APLIKÁCIE
|
 |
VESMÍRNA APLIKÁCIA
|
 |
PRIEMYSELNÉ APLIKÁCIE
|
 |
BEZPEČNOSTNÉ APLIKÁCIE
|
 |
APLIKÁCIA VO FOTOGRAFII
|
 |
LEKÁRSKA APLIKÁCIA
|
 |
AUTO-CESTNÁ APLIKÁCIA
|
Ako dochádza k skresleniu pri snímaní pohybujúcich sa objektov na snímači s rolovacou uzávierkou:
IN posledné roky v takmer počítačovej (nielen) tlači sa často nachádzajú nadšené recenzie venované ďalšiemu „technologickému zázraku, ktorý má priniesť revolúciu do budúcnosti digitálnej fotografie“ – toto je zovšeobecnená verzia frázy v tej či onej forme. v každom z týchto článkov. Charakteristické však je, že už po roku sa počiatočný humbuk postupne vytráca a väčšina výrobcov digitálnych fotografických zariadení namiesto „pokročilého vývoja“ uprednostňuje osvedčené riešenia.
Dovolím si tvrdiť, že dôvod tohto vývoja udalostí je celkom jednoduchý – stačí venovať pozornosť „brilantnej jednoduchosti“ toho či onoho rozhodnutia. Naozaj, rozlíšenie matice nestačí? A usporiadajme pixely nie do stĺpcov a riadkov, ale do diagonálnych čiar a potom „otočte“ „obrázok“ programovo o 45 stupňov - tu okamžite zdvojnásobíme rozlíšenie! Nezáleží na tom, že týmto spôsobom sa zvyšuje čistota iba striktne zvislých a vodorovných čiar, pričom šikmé a krivky (z ktorých pozostáva skutočný obraz) zostávajú nezmenené. Hlavná vec je, že účinok je pozorovaný, čo znamená, že ho môžete nahlas vyhlásiť.
Bohužiaľ, moderný používateľ je „rozmaznaný megapixelmi“. Netuší, že pri každom zvýšení rozlíšenia musia vývojári „klasických“ CCD matíc vyriešiť najťažšiu úlohu, ktorou je zabezpečenie prijateľného dynamického rozsahu a citlivosti snímača. Ale „riešenia“, ako je prechod z pravouhlých na osemuholníkové pixely, sa bežnému amatérskemu fotografovi zdajú celkom pochopiteľné a opodstatnené - koniec koncov, je to tak jasne napísané v reklamných brožúrach ...
Účelom tohto článku je pokúsiť sa jednoduchá úroveň vysvetliť, čo určuje kvalitu obrazu získaného na výstupe z CCD. Zároveň môžete úplne ignorovať kvalitu optiky - vzhľad druhej „DSLR“ stojacej menej ako 1 000 dolárov (Nikon D 70) nám umožňuje dúfať, že ďalšie zvýšenie rozlíšenia snímača pre fotoaparáty je prijateľné. cenovej kategórii sa nebude obmedzovať len na „namydlené“ šošovky.
Vnútorný fotoelektrický efekt
Obraz vytvorený šošovkou teda dopadá na matricu CCD, to znamená, že svetelné lúče dopadajú na svetlocitlivý povrch prvkov CCD, ktorých úlohou je premeniť energiu fotónu na elektrický náboj. Deje sa to približne nasledovne.
Pre fotón, ktorý dopadol na prvok CCD, existujú tri scenáre vývoja udalostí – buď sa „odrazí“ od povrchu, alebo bude absorbovaný v hrúbke polovodiča (materiál matrice), alebo „prerazí“ svoju „pracovnú oblasť“. Je zrejmé, že od vývojárov sa vyžaduje vytvorenie takého snímača, pri ktorom by boli straty z „odrazu“ a „prestrelenia“ minimalizované. Rovnaké fotóny, ktoré boli absorbované matricou, tvoria pár elektrón-diera, ak došlo k interakcii s atómom polovodičovej kryštálovej mriežky, alebo iba fotón (alebo diera), ak bola interakcia s atómami donorových alebo akceptorových nečistôt, a oba tieto javy sa nazývajú vnútorný fotoelektrický efekt. Činnosť snímača sa samozrejme neobmedzuje len na vnútorný fotoelektrický efekt – nosiče náboja „odobraté“ z polovodiča je potrebné uložiť do špeciálneho úložiska a následne ich načítať.
CCD prvok
IN všeobecný pohľad Konštrukcia prvku CCD vyzerá takto: kremíkový substrát typu p je vybavený kanálmi z polovodiča typu n. Nad kanálmi sú elektródy vyrobené z polykryštalického kremíka s izolačnou vrstvou oxidu kremičitého. Po privedení elektrického potenciálu na takúto elektródu v ochudobnenej zóne pod kanálom typu n, potenciálna diera, ktorej účelom je uchovávať elektróny. Fotón prenikajúci do kremíka vedie k vytvoreniu elektrónu, ktorý je priťahovaný potenciálovou jamou a zostáva v nej. Viac fotónov (jasné svetlo) poskytuje viac náboja do studne. Potom je potrebné vypočítať hodnotu tohto poplatku, tiež tzv fotoprúd a zosilniť ho.
Čítanie fotoprúdov CCD prvkov sa uskutočňuje tzv sekvenčné posuvné registre, ktoré premieňajú reťazec nábojov na vstupe na sled impulzov na výstupe. Táto séria je analógový signál, ktorý sa potom privádza do zosilňovača.
Pomocou registra je teda možné previesť náboje radu CCD prvkov na analógový signál. Vlastne, sériový register posun v CCD sa realizuje pomocou rovnakých prvkov CCD kombinovaných v rade. Prevádzka takéhoto zariadenia je založená na schopnosti nabíjacie zariadenia(toto znamená skratka CCD) na výmenu nábojov svojich potenciálnych vrtov. Výmena sa vykonáva z dôvodu prítomnosti špeciálnych prenosové elektródy(prenosová brána) umiestnená medzi susednými prvkami CCD. Keď sa zvýšený potenciál aplikuje na najbližšiu elektródu, náboj „tečie“ pod ňou z potenciálovej jamky. Medzi CCD prvkami môžu byť umiestnené dve až štyri prenosové elektródy, „fáza“ posuvného registra závisí od ich počtu, ktorý môžeme nazvať dvojfázový, trojfázový alebo štvorfázový.
Prívod potenciálov k prenosovým elektródam je synchronizovaný tak, že pohyb nábojov potenciálových jamiek všetkých CCD-prvkov registra prebieha súčasne. A v jednom prenosovom cykle prvky CCD, ako to bolo, „prenášajú náboje pozdĺž reťazca“ zľava doprava (alebo sprava doľava). Prvok CCD, ktorý sa ukázal ako „extrémny“, dáva svoj náboj zariadeniu umiestnenému na výstupe registra, teda zosilňovaču.
Vo všeobecnosti je sériový posuvný register zariadenie s paralelným vstupom a sériovým výstupom. Po načítaní všetkých poplatkov z registra je teda možné pripísať jeho vstup Nový riadok, potom ďalší a teda tvoria súvislý analógový signál založený na dvojrozmernom poli fotoprúdov. Na druhej strane, vstupný paralelný tok pre sériový posuvný register (t. j. rady dvojrozmerného poľa fotoprúdov) zabezpečuje sada vertikálne orientovaných sériových posuvných registrov, tzv. paralelný posuvný register a celá štruktúra ako celok je len zariadenie nazývané CCD matica.
Volajú sa „vertikálne“ sériové posuvné registre, ktoré tvoria paralelný posuvný register CCD stĺpce a ich práca je plne synchronizovaná. Dvojrozmerné pole Fotoprúdy matice CCD sú súčasne posunuté o jeden riadok nadol, a to až potom, čo náboje predchádzajúceho radu zo sériového posuvného registra umiestneného „úplne dole“ prejdú do zosilňovača. Kým sa neuvoľní sériový register, paralelný register bude nečinný. No a pre normálnu prevádzku musí byť samotná CCD matica pripojená k mikroobvodu (alebo ich zostave), ktorý dodáva potenciály elektródam sériových aj paralelných posuvných registrov a zároveň synchronizuje činnosť oboch registrov. Okrem toho je potrebný generátor hodín.
Full frame snímač
Tento typ snímača je z konštruktívneho hľadiska najjednoduchší a je tzv full frame CCD(full-frame CCD - matrix). Okrem „páskovacích“ mikroobvodov potrebuje tento typ matrice aj mechanickú uzávierku, ktorá po dokončení expozície blokuje svetelný tok. Pred úplným zatvorením uzávierky nie je možné spustiť čítanie nábojov - počas pracovného cyklu paralelného posuvného registra sa do fotoprúdu každého z jeho pixelov pridajú elektróny navyše, čo je spôsobené dopadom fotónov na otvorený povrch CCD matrice . Tento jav sa nazýva "Rozmazanie" náboja vo full-frame matrici(celorámový maticový náter).
teda snímková frekvencia čítania v takejto schéme je limitovaný rýchlosťou paralelných aj sériových posuvných registrov. Je tiež zrejmé, že je potrebné blokovať svetlo prichádzajúce z objektívu, kým sa proces čítania nedokončí, takže interval expozície závisí aj od rýchlosti čítania.
Existuje vylepšená verzia plnosnímkovej matice, v ktorej náboje paralelného registra neprichádzajú riadok po riadku na vstup sériového, ale sú „uložené“ vo vyrovnávacom paralelnom registri. Tento register sa nachádza pod hlavným paralelným posuvným registrom, fotoprúdy sa posúvajú riadok po riadku do vyrovnávacieho registra a z neho sú privádzané na vstup sériového posuvného registra. Povrch vyrovnávacieho registra je pokrytý nepriehľadným (zvyčajne kovovým) panelom a celý systém je tzv rámcové vyrovnávacie matice(rám - prenosový CCD).
Frame Buffered Matrix
V tejto schéme sa potenciálne jamky hlavného paralelného posuvného registra „vyprázdnia“ výrazne rýchlejšie, pretože pri prenose riadkov do vyrovnávacej pamäte nie je potrebné čakať na každý riadok plný cyklus sériový register. Interval medzi expozíciami sa preto skracuje, aj keď rýchlosť čítania tiež klesá - čiara musí „cestovať“ dvakrát tak ďaleko. Interval medzi expozíciami sa teda skráti len pri dvoch snímkach, aj keď cena zariadenia v dôsledku vyrovnávacieho registra sa výrazne zvyšuje. Najvýraznejšou nevýhodou matíc s frame bufferingom je však predĺžená „trasa“ fotoprúdov, čo negatívne ovplyvňuje bezpečnosť ich hodnôt. A v každom prípade by medzi snímkami mala fungovať mechanická uzávierka, takže o kontinuálnom video signále netreba hovoriť.
Matice so stĺpcovou vyrovnávacou pamäťou
Najmä pre video zariadenia bol vyvinutý nový typ matice, v ktorej sa interval medzi expozíciami minimalizoval nie na pár snímok, ale na nepretržitý tok. Samozrejme, aby sa zabezpečila táto kontinuita, bolo potrebné zabezpečiť odmietnutie mechanickej uzávierky.
Vlastne túto schému, pomenovaný stĺpcové matice(interline CCD -matrix), do istej miery podobný systémom s vyrovnávaním snímok (frame buffering) – používa aj vyrovnávací paralelný posuvný register, ktorého CCD prvky sú skryté pod nepriehľadným povlakom. Tento buffer sa však nenachádza v jedinom bloku pod hlavným paralelným registrom – jeho stĺpce sú „premiešané“ medzi stĺpcami hlavného registra. Výsledkom je, že vedľa každého stĺpca hlavného registra je stĺpec vyrovnávacej pamäte a bezprostredne po expozícii sa fotoprúdy nepohybujú „zhora nadol“, ale „zľava doprava“ (alebo „sprava doľava“ ) a len v jednom pracovnom cykle vstúpiť do vyrovnávacieho registra, čím sa úplne a úplne uvoľnia potenciálne otvory pre ďalšiu expozíciu.
Náboje, ktoré spadli do vyrovnávacieho registra, sa čítajú v obvyklom poradí cez sériový posuvný register, to znamená „zhora nadol“. Keďže resetovanie fotoprúdov do vyrovnávacieho registra nastáva len v jednom cykle, dokonca aj bez mechanickej uzávierky, neexistuje nič podobné „rozmazaniu“ náboja v matici s plným rámom. Čas expozície pre každý rámec však vo väčšine prípadov zodpovedá trvaním intervalu strávenému úplným čítaním paralelného registra vyrovnávacej pamäte. Vďaka tomu všetkému je možné vytvoriť video signál s vysokou snímkovou frekvenciou - najmenej 30 snímok za sekundu.
Matrica so stĺpcovou vyrovnávacou pamäťou
Často sa v domácej literatúre matice so stĺpcovou vyrovnávacou pamäťou mylne nazývajú „prekladané“. Je to pravdepodobne spôsobené tým, že anglické názvy „interline“ (vyrovnávanie riadkov) a „interlaced“ (prekladané skenovanie) znejú veľmi podobne. V skutočnosti pri čítaní všetkých riadkov v jednom cykle môžeme hovoriť o matici s progresívne skenovanie(progresívne skenovanie) a keď sa čítajú nepárne riadky pre prvý cyklus a párne riadky pre druhý (alebo naopak), hovoríme o prekladaná matica(prekladané skenovanie).
Hoci fotoprúdy hlavného paralelného posuvného registra okamžite spadajú do vyrovnávacieho registra, ktorý nie je vystavený „fotónovému bombardovaniu“, Rozmazanie náboja v matriciach pufrovaných stĺpcami(mazať) sa tiež stáva. Je to spôsobené čiastočným tokom elektrónov z potenciálovej jamy "svetlocitlivého" CCD prvku do potenciálovej jamky "buffer" prvku, najmä často sa to stáva pri úrovniach nabitia blízkych maximu, keď je osvetlenie pixelu veľmi vysoko. Výsledkom je, že svetlý pás sa tiahne nahor a nadol od tohto svetlého bodu na obrázku, čo pokazí rám. Aby sa zabránilo tomuto nepríjemnému efektu, pri navrhovaní snímača sú stĺpce „citlivé na svetlo“ a nárazníky umiestnené vo väčšej vzdialenosti od seba. To samozrejme komplikuje výmenu náboja a tiež predlžuje časový interval tejto operácie, ale poškodenie, ktoré „rozmazanie“ spôsobuje na obrázku, nenecháva vývojárom na výber.
Ako už bolo spomenuté vyššie, na poskytnutie video signálu je potrebné, aby snímač nevyžadoval prekrytie svetelného toku medzi expozíciami, pretože mechanická uzávierka v takýchto prevádzkových podmienkach (asi 30 operácií za sekundu) môže rýchlo zlyhať. Našťastie je to vďaka buffer strings možné implementovať elektronická uzávierka, ktorý vám po prvé umožňuje v prípade potreby sa zaobísť bez mechanickej uzávierky a po druhé poskytuje ultra nízke rýchlosti uzávierky (až 1/10 000 sekundy), obzvlášť dôležité pri snímaní rýchlo sa pohybujúcich procesov (šport, príroda atď.) . Elektronická uzávierka však tiež vyžaduje, aby matica mala systém na odstraňovanie nadmerného náboja potenciálnej studne, všetko sa však bude diskutovať v poriadku.
Musíte platiť za všetko a tiež za schopnosť vytvárať video signál. Registre posunu vyrovnávacej pamäte „zožerú“ značnú časť plochy matrice, výsledkom čoho je, že každý pixel získa iba 30 % svetlocitlivej plochy svojho celkového povrchu, zatiaľ čo táto plocha je 70 % pri plnoformátovom snímači. pixel. Preto je vo väčšine moderných matíc CCD navrchu každého pixelu mikrošošoviek. Takéto jednoduché optické zariadenie pokrýva väčšinu plochy CCD prvku a zhromažďuje celú frakciu fotónov dopadajúcich na túto časť do koncentrovaného svetelného toku, ktorý je zase nasmerovaný do pomerne kompaktnej fotocitlivej oblasti pixel.
mikrošošoviek
Keďže pomocou mikrošošoviek je možné oveľa efektívnejšie registrovať svetelný tok dopadajúci na snímač, postupom času začali tieto zariadenia dodávať nielen systémy so stĺpcovým bufferingom, ale aj full-frame matrice. Mikrošošovky však tiež nemožno nazvať „riešením bez nevýhod“.
Keďže ide o optické zariadenie, mikrošošovky do určitej miery skresľujú zaznamenaný obraz, najčastejšie sa to prejavuje stratou jasnosti v najmenších detailoch rámu - ich okraje sú mierne rozmazané. Na druhej strane, takýto rozmazaný obraz nie je v žiadnom prípade vždy nežiaduci - v niektorých prípadoch obraz tvorený šošovkou obsahuje čiary, ktorých veľkosť a frekvencia sú blízke rozmerom CCD prvku a medzipixelovej vzdialenosti matice. V tomto prípade sa často pozoruje rám krokovanie(aliasing) - priradenie určitej farby pixelu bez ohľadu na to, či je úplne prekrytý detailom obrázka alebo len jeho časťou. V dôsledku toho sú čiary objektu na obrázku roztrhané, so zubatými okrajmi. Na vyriešenie tohto problému používajú kamery so snímačmi bez mikrošošoviek drahé antialiasingový filter(antialiasingový filter) a snímač s mikrošošovkami takýto filter nepotrebuje. V každom prípade za to však musíte zaplatiť nejakým poklesom rozlíšenia snímača.
Ak objekt nie je dobre osvetlený, odporúča sa otvoriť clonu čo najširšie. To však prudko zvyšuje percento lúčov dopadajúcich na povrch matrice pod strmým uhlom. Mikrošošovky, na druhej strane, oddeľujú značnú časť takýchto lúčov, takže účinnosť absorpcie svetla matricou (pre ktorú bola clona otvorená) je značne znížená. Aj keď je potrebné poznamenať, že lúče dopadajúce pod strmým uhlom sú tiež zdrojom problémov - vstupom do kremíka jedného pixelu môže byť fotón s dlhou vlnovou dĺžkou, ktorý má vysokú penetračnú schopnosť, absorbovaný materiálom iného prvku matrice. , čo nakoniec povedie k skresleniu obrazu. Na vyriešenie tohto problému je povrch matrice pokrytý nepriehľadnou (napríklad kovovou) "mriežkou", v ktorej výrezoch zostávajú iba zóny pixelov citlivé na svetlo.
Historicky sa full-frame snímače používali predovšetkým v štúdiovej technike a stĺpcové snímače v amatérskej technike. Oba typy snímačov sa nachádzajú v profesionálnych fotoaparátoch.
IN klasický vzor Pri CCD prvku, ktorý využíva elektródy z polykryštalického kremíka, je citlivosť obmedzená v dôsledku čiastočného rozptylu svetla povrchom elektródy. Preto sa pri fotografovaní v špeciálnych podmienkach vyžadujúcich zvýšenú citlivosť v modrej a ultrafialovej oblasti spektra používajú matrice so spätným osvetlením. V senzoroch tohto typu dopadá zaznamenané svetlo na substrát a aby sa dosiahol požadovaný vnútorný fotoelektrický efekt, substrát bol vyleštený na hrúbku 10–15 mikrometrov. Táto fáza spracovania značne zvýšila náklady na matricu, navyše sa zariadenia ukázali ako veľmi krehké a vyžadovali si zvýšenú starostlivosť pri montáži a prevádzke.
Spätne osvetlená matica
Je zrejmé, že pri použití svetelných filtrov, ktoré tlmia svetelný tok, strácajú všetky drahé operácie na zvýšenie citlivosti zmysel, preto sa spätne osvetlené matrice používajú väčšinou v astronomickej fotografii.
Citlivosť
Jednou z najdôležitejších vlastností záznamového zariadenia, či už je to fotografický film alebo CCD matrica, je citlivosť- schopnosť reagovať určitým spôsobom na optické žiarenie. Čím vyššia je citlivosť, tým menej svetla je potrebných na odozvu záznamového zariadenia. Na označenie citlivosti sa používali rôzne hodnoty (DIN, ASA), ale nakoniec sa prax označovala v jednotkách ISO (International Standards Organization - International Standards Organization).
Pre jeden CCD prvok by sa odpoveď na svetlo mala chápať ako generovanie náboja. Je zrejmé, že citlivosť matice CCD je súčtom citlivosti všetkých jej pixelov a vo všeobecnosti závisí od dvoch parametrov.
Prvým parametrom je integrovaná citlivosť, čo je pomer fotoprúdu (v miliampéroch) k svetelnému toku (v lúmenoch) zo zdroja žiarenia, ktorého spektrálne zloženie zodpovedá volfrámovej žiarovke. Tento parameter umožňuje vyhodnotiť citlivosť snímača ako celku.
Druhým parametrom je monochromatická citlivosť, teda pomer veľkosti fotoprúdu (v miliampéroch) k veľkosti svetelnej energie žiarenia (v milielektronvoltoch) zodpovedajúcej určitej vlnovej dĺžke. Súbor všetkých monochromatických hodnôt citlivosti pre časť spektra záujmu je spektrálna citlivosť- závislosť citlivosti od vlnovej dĺžky svetla. Spektrálna citlivosť teda ukazuje schopnosť snímača registrovať odtiene určitej farby.
Je zrejmé, že jednotky merania pre integrálnu aj monochromatickú citlivosť sa líšia od označení populárnych vo fotografickej technike. To je dôvod, prečo výrobcovia digitálnych fotografických zariadení v špecifikáciách produktu uvádzajú ekvivalentná citlivosť CCD v jednotkách ISO. A na určenie ekvivalentnej citlivosti výrobca potrebuje poznať iba osvetlenie objektu, clonu a rýchlosť uzávierky a použiť niekoľko vzorcov. Podľa prvého sa expozičná hodnota vypočíta ako log 2 (L *S /C), kde L je osvetlenosť, S je citlivosť a C je expozičná konštanta. Druhý vzorec definuje hodnotu expozície ako 2*log 2 K - log 2 t., kde K je hodnota clony a t je rýchlosť uzávierky. Nie je ťažké odvodiť vzorec, ktorý umožňuje za predpokladu L, C, K a t vypočítať, čo sa rovná S.
Citlivosť matice je integrálnou hodnotou v závislosti od citlivosti každého prvku CCD. Citlivosť maticového pixelu závisí v prvom rade od „fotónov nahradených dažďom“ fotosenzitívna oblasť(faktor plnenia) a po druhé, od kvantová účinnosť(kvantová účinnosť), teda pomer počtu registrovaných elektrónov k počtu fotónov dopadajúcich na povrch senzora.
Na kvantovú účinnosť zasa vplýva množstvo ďalších parametrov. Po prvé, toto koeficient odrazu- hodnota predstavujúca podiel tých fotónov, ktoré sa "odrazia" od povrchu snímača. Keď sa koeficient odrazu zvyšuje, podiel fotónov zapojených do vnútorného fotoelektrického javu klesá.
Fotóny, ktoré sa neodrazia od povrchu snímača, budú absorbované a vytvoria sa nosiče náboja, avšak niektoré z nich „uviaznu“ blízko povrchu a niektoré preniknú príliš hlboko do materiálu CCD prvku. Je zrejmé, že v oboch prípadoch sa nebudú podieľať na tvorbe fotoprúdu. „Sila prieniku“ fotónov do polovodiča, tzv absorpčný koeficient, závisí ako od materiálu polovodiča, tak aj od vlnovej dĺžky dopadajúceho svetla – „dlhovlnné“ častice prenikajú oveľa hlbšie ako „krátkovlnné“. Pri vyvolávaní CCD prvku je potrebné, aby fotóny s vlnovou dĺžkou zodpovedajúcou viditeľnému žiareniu dosiahli taký absorpčný koeficient, aby v blízkosti potenciálovej jamy nastal vnútorný fotoelektrický efekt, čím sa zvýšila šanca, že do nej elektrón spadne.
Často sa namiesto kvantovej účinnosti používa termín "kvantový výstup"(kvantový výťažok), ale v skutočnosti tento parameter zobrazuje počet nosičov náboja uvoľnených pri absorpcii jedného fotónu. Samozrejme, pri vnútornom fotoelektrickom jave väčšina nosičov náboja stále spadá do potenciálovej jamy CCD prvku, avšak určitá časť elektrónov (alebo dier) sa „pasci“ vyhne. Čitateľ vzorca popisujúceho kvantovú účinnosť je presne počet nosičov náboja, ktoré spadli do potenciálnej studne.
Dôležitou charakteristikou CCD matrice je prah citlivosti- parameter svetelného záznamového zariadenia, ktorý charakterizuje minimálnu hodnotu svetelného signálu, ktorú je možné zaregistrovať. Čím je tento signál menší, tým je prah citlivosti vyšší. Hlavným faktorom limitujúcim prah citlivosti je temný prúd(temný prúd). Je to dôsledok termionickej emisie a vyskytuje sa v CCD prvku, keď sa na elektródu privedie potenciál, pod ktorým sa vytvorí potenciálová jamka. Tento prúd sa nazýva „tmavý“, pretože pozostáva z elektrónov, ktoré spadli do studne v neprítomnosti svetelného toku. Ak je svetelný tok slabý, potom je hodnota fotoprúdu blízka a niekedy dokonca menšia ako hodnota tmavého prúdu.
Existuje závislosť tmavého prúdu od teploty snímača - keď sa matrica zahreje o 9 stupňov Celzia, jej tmavý prúd sa zdvojnásobí. Na chladenie matrice, rôzne systémy na odvod tepla (chladenie).. V poľných komorách, ktorých hmotnostné a rozmerové charakteristiky značne obmedzujú použitie chladiacich systémov, sa niekedy kovové puzdro komory používa ako výmenník tepla. V štúdiových zariadeniach neexistujú prakticky žiadne obmedzenia hmotnosti a rozmerov, navyše je povolená dostatočne vysoká spotreba energie chladiaceho systému, ktorý sa zase delí na pasívne a aktívne.
Pasívne chladiace systémy zabezpečujú len „vypustenie“ prebytočného tepla ochladzovaného zariadenia do atmosféry. Chladiaci systém zároveň plní úlohu maximálneho vodiča tepla, ktorý zabezpečuje efektívnejšie odvádzanie tepla. Je zrejmé, že teplota chladeného zariadenia nemôže byť nižšia ako teplota okolitého vzduchu, čo je hlavnou nevýhodou pasívnych systémov.
Najjednoduchším príkladom pasívneho systému výmeny tepla je radiátor(chladič), vyrobený z materiálu s dobrou tepelnou vodivosťou, najčastejšie z kovu. Povrch v kontakte s atmosférou je tvarovaný tak, aby poskytoval čo najväčšiu rozptylovú plochu. Všeobecne sa uznáva, že maximálna plocha rozptylu je ihlové radiátory, v tvare "ježka", posiaty "ihličkami" odvádzajúcimi teplo. Často, aby sa vynútil prenos tepla, je povrch radiátora fúkaný mikroventilátor - podobné zariadenia tzv chladiče(chladič, od slova cool- chladiť), v osobné počítače ochladiť procesor. Na základe skutočnosti, že mikroventilátor spotrebúva elektrickú energiu, systémy, ktoré ho používajú, sa nazývajú "aktívne", čo je úplne nesprávne, pretože chladiče nedokážu ochladiť zariadenie na teplotu nižšiu ako je atmosférická. Pri vysokých teplotách okolia (40 stupňov a viac) začína účinnosť pasívnych chladiacich systémov klesať.
Aktívne chladiace systémy v dôsledku elektrických alebo chemických procesov poskytnúť zariadeniu teplotu pod okolitým vzduchom. Vlastne, aktívne systémy„vyrábať chlad“, avšak do atmosféry sa uvoľňuje teplo ochladzovaného zariadenia aj teplo chladiaceho systému. Klasickým príkladom aktívneho chladiča je bežná chladnička. Napriek pomerne vysokej účinnosti sú však jeho hmotnostné a rozmerové charakteristiky neprijateľné aj pre štúdiové fotografické vybavenie. Preto jej aktívne chladenie zaistené Peltierove systémy, ktorej činnosť je založená na využití rovnomenného efektu, keď v prípade rozdielu potenciálov na koncoch dvoch vodičov z rôznych materiálov sa na spoji týchto vodičov uvoľní alebo pohltí tepelná energia ( v závislosti od polarity napätia). Dôvodom je zrýchlenie alebo spomalenie elektrónov v dôsledku rozdielu vnútorného kontaktného potenciálu prechodu vodičov.
Pri použití kombinácie polovodičov typu n a p, v ktorých dochádza k absorpcii tepla v dôsledku interakcie elektrónov a "dier", dochádza k maximálnemu tepelne vodivému efektu. Na jej vylepšenie môžete použiť kaskádovú kombináciu Peltierových prvkov, a keďže dochádza k absorpcii aj uvoľňovaniu tepla, prvky sa musia kombinovať tak, aby jedna strana chladiča bola „horúca“ a druhá „studená“. V dôsledku kaskádovej kombinácie je teplota „horúcej“ strany Peltierovho prvku najďalej od matrice oveľa vyššia ako teplota okolitého vzduchu a jeho teplo sa rozptýli v atmosfére pomocou pasívnych zariadení. , teda radiátory a chladiče.
Pomocou Peltierovho efektu môžu aktívne chladiace systémy znížiť teplotu snímača až na nula stupňov, čím sa dramaticky zníži úroveň tmavého prúdu. Avšak nadmerné chladenie CCD poľa hrozí kondenzáciou vlhkosti z okolitého vzduchu a skratom elektroniky. A v niektorých prípadoch môže hraničný teplotný rozdiel medzi ochladzovanou a fotocitlivou rovinou matrice viesť k jej neprijateľnej deformácii.
Avšak ani radiátory, ani chladiče, ani Peltierove prvky nie sú použiteľné pre poľné kamery, ktoré sú obmedzené hmotnosťou a rozmermi. Namiesto toho táto technika využíva metódu založenú na tzv čierne pixely(tmavé referenčné pixely). Tieto pixely sú stĺpce a riadky pokryté nepriehľadným materiálom pozdĺž okrajov matice. Uvažuje sa priemerná hodnota pre všetky fotoprúdy čiernych pixelov úroveň temného prúdu. Je zrejmé, že pri rôznych prevádzkových podmienkach (teplota prostredia a samotnej kamery, prúd batérie atď.) sa bude úroveň tmavého prúdu líšiť. Pri použití ako „referenčného bodu“ pre každý pixel, teda odčítaním jeho hodnoty od fotoprúdu, je možné presne určiť, aký náboj vytvárajú fotóny, ktoré dopadli na CCD prvok.
Pri potláčaní temného prúdu takým či onakým spôsobom si treba uvedomiť ešte jeden faktor, ktorý limituje prah citlivosti. to je tepelný hluk(tepelný šum), vznikajúci aj pri absencii potenciálu na elektródach, len chaotickým pohybom elektrónov po CCD prvku. Dlhé expozície vedú k postupnému hromadeniu bludných elektrónov v potenciálovej studni, čo skresľuje skutočnú hodnotu fotoprúdu. A čím „dlhšia“ je rýchlosť uzávierky, tým viac elektrónov „stratí“ v studni.
Ako viete, svetelná citlivosť filmu v tej istej kazete zostáva konštantná, inými slovami, nemôže sa meniť od snímky k snímke. Ale digitálny fotoaparát vám umožňuje nastaviť najoptimálnejšiu hodnotu ekvivalentnej citlivosti pre každý záber. Dosahuje sa to zosilnením videosignálu prichádzajúceho z matrice – istým spôsobom takýto postup, tzv "zvýšenie ekvivalentnej citlivosti", podobne ako otáčanie ovládača hlasitosti na hudobnom prehrávači.
Pri slabom osvetlení tak používateľ stojí pred dilemou – buď zvýšiť ekvivalentnú citlivosť, alebo zvýšiť rýchlosť uzávierky. Zároveň sa v oboch prípadoch nevyhne poškodeniu rámu hlukom pevného rozvodu. Pravda, skúsenosti ukazujú, že pri „dlhej“ rýchlosti uzávierky sa obraz nezhorší natoľko, ako keď sa zosilní maticový signál. Dlhý expozičný čas však ohrozuje ďalší problém – používateľ môže rámik „krútiť“. Ak teda používateľ plánuje často fotografovať v interiéri, mal by si vybrať fotoaparát s vysokou svetelnosťou objektívu, ako aj výkonným a „inteligentným“ bleskom.
Dynamický rozsah
Matrica je potrebná na to, aby bola schopná detekovať svetlo pri jasnom slnečnom svetle aj pri slabom osvetlení miestnosti. Potenciálne jamky matrice preto musia byť veľmi priestranné a tiež musia byť schopné udržať minimálny počet elektrónov pri slabom osvetlení a obsahovať veľký náboj získaný pri dopade silného svetelného toku na snímač. A obraz tvorený objektívom sa často skladá z jasne osvetlených plôch aj hlbokých tieňov a snímač musí vedieť zaregistrovať všetky ich odtiene.
Schopnosť snímača vytvárať dobrý obraz v rôznych svetelných podmienkach a vysokom kontraste je určená parametrom "dynamický rozsah", ktorá charakterizuje schopnosť matrice rozlíšiť v obraze premietanom na jej záznamovú plochu najtmavšie tóny od najsvetlejších. Pri rozšírení dynamického rozsahu sa počet odtieňov v obraze zvýši a prechody medzi nimi budú čo najbližšie zodpovedať obrazu tvorenému šošovkou.
Vplyv dynamického rozsahu na kvalitu snímky (A – široký dynamický rozsah, B – úzky dynamický rozsah)
Charakteristika, ktorá popisuje schopnosť CCD prvku akumulovať určité množstvo, sa nazýva "hĺbka potenciálnej studne"(hĺbka studne) a od nej závisí dynamický rozsah matrice. Samozrejme, pri fotení v zlých svetelných podmienkach je dynamický rozsah ovplyvnený aj prahom citlivosti, ktorý je zasa určený veľkosťou tmavého prúdu.
Je zrejmé, že k strate elektrónov, ktoré tvoria fotoprúd, dochádza nielen v procese akumulácie náboja potenciálnej jamy, ale aj pri jeho transporte na výstup matrice. Tieto straty sú spôsobené driftom elektrónov, ktoré sú „odtrhnuté“ od hlavného náboja, keď prúdi pod nasledujúcu prenosovú elektródu. Čím menší je počet oddelených elektrónov, tým vyšší účinnosť prenosu náboja(účinnosť prenosu náboja). Tento parameter sa meria v percentách a zobrazuje percento náboja, ktorý zostáva počas „prekríženia“ medzi prvkami CCD.
Vplyv účinnosti prenosu možno demonštrovať na nasledujúcom príklade. Ak je pre maticu 1024 X 1024 hodnota tohto parametra 98 %, potom na určenie hodnoty fotoprúdu centrálneho pixelu na výstupe matice je potrebné zvýšiť 0,98 (množstvo preneseného náboja) na mocnina 1024 (počet „prekrížení“ medzi pixelmi) a vynásobte 100 (percento ). Výsledok je úplne neuspokojivý – z počiatočného nabitia zostane nejakých 0,0000001 %. Je zrejmé, že s nárastom rozlíšenia sa požiadavky na efektivitu prenosu ešte viac sprísnia, pretože počet „prechodov“ narastá. Okrem toho klesá rýchlosť snímania snímok, pretože zvýšenie prenosovej rýchlosti (na kompenzáciu zvýšeného rozlíšenia) vedie k neprijateľnému zvýšeniu počtu „odstránených“ elektrónov.
Aby sa dosiahli prijateľné rýchlosti čítania snímok s vysokou účinnosťou prenosu náboja, pri navrhovaní poľa CCD sa plánuje umiestniť potenciálne jamky do „prehĺbenej“ polohy. Vďaka tomu sa elektróny tak aktívne „nelepia“ na prenosové elektródy a práve pre „hlbokú polohu“ potenciálovej jamy je do konštrukcie CCD prvku zavedený n-kanál.
Vráťme sa k vyššie uvedenému príkladu: ak v danej matici 1024 X 1024 je účinnosť prenosu náboja 99,999 %, potom výstup senzora z fotoprúdu centrálneho náboja zostane 98,98 % svojej pôvodnej hodnoty. Ak sa vyvíja matica s vyšším rozlíšením, potom je potrebná účinnosť prenosu náboja 99,99999 %.
Kvitnúce
V tých prípadoch, kde vnútorný fotoelektrický efekt vedie k nadmernému počtu elektrónov, ktorý presahuje hĺbku potenciálnej jamy, sa náboj CCD prvku začne "roznášať" po susedných pixeloch. Na fotografiách je tento jav, označovaný ako kvitnúce(z anglického blooming – rozmazanie), sa zobrazuje vo forme bielych škvŕn a správneho tvaru a čím viac elektrónov, tým väčšie sú škvrny.
Potlačenie kvitnutia sa vykonáva pomocou systému elektronické odvodnenie(overflow drain), ktorého hlavnou úlohou je odstrániť prebytočné elektróny z potenciálovej studne. Najznámejšie možnosti vertikálna drenáž(Vertical Overflow Drain, VOD) a bočná drenáž(Lateral Overflow Drain, VOD).
V systéme s vertikálnou drenážou sa na matricový substrát privádza potenciál, ktorého hodnota je zvolená tak, aby pri pretečení hĺbky potenciálovej jamy prúdili prebytočné elektróny z nej do substrátu a tam sa rozptýlili. Nevýhodou tejto možnosti je zníženie hĺbky potenciálnej studne a tým aj zúženie dynamického rozsahu prvku CCD. Je tiež zrejmé, že tento systém nepoužiteľné v matriciach s podsvietením.
Vertikálna elektronická drenáž
Systém bočného odtoku využíva elektródy, ktoré bránia elektrónom potenciálnej studne preniknúť do „drenážnych drážok“, z ktorých sa odvádza prebytočný náboj. Potenciál na týchto elektródach sa volí v súlade s prepadovou bariérou potenciálovej studne, pričom jeho hĺbka sa nemení. Vďaka drenážnym elektródam je však svetlocitlivá oblasť CCD prvku znížená, takže je potrebné použiť mikrošošovky.
Bočný elektronický odtok
Potreba pridať k senzoru odvodňovacie zariadenia samozrejme komplikuje jeho dizajn, ale nemožno ignorovať deformácie rámu spôsobené kvitnutím. Áno, a elektronickú uzávierku nemožno implementovať bez drenáže - hrá úlohu „závesy“ pri ultra krátkych rýchlostiach uzávierky, ktorých trvanie je kratšie ako interval strávený prenosom náboja z hlavného paralelného posuvného registra do vyrovnávacej pamäte paralelný register. „Uzávierka“, teda drenáž, bráni prenikaniu tých elektrónov, ktoré sa vytvorili v „svetlocitlivých“ pixeloch, do jamiek vyrovnávacích CCD prvkov po uplynutí určeného (a veľmi krátkeho) expozičného času.
„Zaseknuté“ pixely
V dôsledku technologických chýb v niektorých CCD prvkoch aj najkratšia rýchlosť uzávierky vedie k lavínovitému nahromadeniu elektrónov v potenciálovej studni. Na obrázku sú takéto pixely, tzv "lepkavý"(zaseknuté pixely) sa od okolitých bodov veľmi líšia farbou aj jasom a na rozdiel od šumu s pevnou distribúciou sa objavujú pri akejkoľvek rýchlosti uzávierky a bez ohľadu na teplotu matrice.
Zaseknuté pixely sa odstránia pomocou vstavaného softvér kamera, ktorá zabezpečuje vyhľadávanie defektných CCD prvkov a ukladanie ich "súradníc" do energeticky nezávislej pamäte. Pri vytváraní obrazu sa neberú do úvahy hodnoty chybných pixelov, sú nahradené interpolovanou hodnotou susedných pixelov. Na určenie defektnosti pixelu počas procesu vyhľadávania sa jeho náboj porovnáva s referenčnou hodnotou, ktorá je tiež uložená v energeticky nezávislej pamäti fotoaparátu.
Veľkosť uhlopriečky matice
Niekedy sa uvádza okrem iných parametrov digitálneho fotoaparátu veľkosť uhlopriečky CCD(zvyčajne v zlomkoch palca). V prvom rade táto hodnota súvisí s charakteristikou objektívu – čím väčšie sú rozmery snímača, tým väčší by mal byť obraz tvorený optikou. Aby tento obraz úplne pokryl záznamový povrch matrice, musia sa zväčšiť rozmery optických prvkov. Ak sa tak nestane a „obrázok“ vytvorený objektívom sa ukáže byť menší ako snímač, okrajové oblasti matrice nebudú nárokované. V mnohých prípadoch však výrobcovia fotoaparátov neuviedli, že v ich modeloch sa určitý podiel megapixelov ukázal ako „bez práce“.
Ale v digitálnych „reflexných kamerách“ vytvorených na základe 35 mm technológie sa takmer vždy vyskytuje opačná situácia - obraz vytvorený šošovkou prekrýva oblasť matice citlivej na svetlo. Je to spôsobené tým, že snímače s rozmermi 35-milimetrového filmu sú príliš drahé a vedie to k tomu, že časť obrazu tvoreného objektívom je doslova „za scénou“. V dôsledku toho sa charakteristika objektívu posúva do oblasti „dlhého ohniska“. Pri výbere výmenných objektívov pre digitálnu zrkadlovku by ste preto mali zvážiť pomer zoomu- spravidla je to asi 1,5. Ak napríklad nainštalujete objektív so zoomom 28 – 70 mm, jeho pracovný rozsah bude 42 – 105 mm.
Tento pomer má pozitívne aj negatívne účinky. Najmä fotografovanie so širokým uhlom pokrytia, ktoré vyžaduje objektívy s krátkym dosahom, sa stáva zložitejším. Optika s ohniskovou vzdialenosťou 18mm a menej je veľmi drahá a v digitálnej „zrkadlovke“ sa mení na triviálnu 27mm. Teleobjektívy sú však tiež veľmi drahé a s veľkou ohniskovou vzdialenosťou spravidla relatívna clona klesá. Ale lacný 200 mm objektív s faktorom 1,5 sa zmení na 300 mm objektív, zatiaľ čo „skutočná“ 300 mm optika má clonu rádovo f / 5,6, clona 200 mm je vyššia ako f / 4,5.
Okrem toho sa každý objektív vyznačuje takými aberáciami, ako je zakrivenie a skreslenie poľa, ktoré sa prejavujú rozmazaním a zakrivením obrazu v okrajových oblastiach rámu. Ak sú rozmery matrice menšie ako veľkosť obrazu tvoreného objektívom, „problémové oblasti“ snímač jednoducho nezaregistruje.
Je potrebné poznamenať, že citlivosť matice súvisí s rozmermi jej záznamovej oblasti. Čím väčšia je fotocitlivá plocha každého prvku, tým viac svetla naň dopadá a tým častejšie dochádza k vnútornému fotoelektrickému efektu, čím sa zvyšuje citlivosť celého snímača. Veľký pixel navyše umožňuje vytvárať potenciálnu studňu „zvýšenej kapacity“, čo má pozitívny vplyv na šírku dynamického rozsahu. ilustratívne toho príklad - matice digitálne „reflexovky“, veľkosťou porovnateľné s rámčekom 35 mm filmu. Tieto snímače sa tradične líšia v citlivosti rádovo ISO 6400 (!), A dynamický rozsah vyžaduje ADC s bitovou hĺbkou 10-12 bitov.
Matice amatérskych kamier majú zároveň dynamický rozsah, na ktorý stačí 8-10-bitový ADC a citlivosť zriedka presahuje ISO 800. Dôvodom sú konštrukčné vlastnosti tejto techniky. Faktom je, že Sony má veľmi málo konkurentov, pokiaľ ide o výrobu malých (1/3, 1/2 a 2/3 palca uhlopriečne) snímačov pre amatérsku techniku, a to bolo spôsobené kompetentným prístupom k vývoju. modelový rad matice. Pri vývoji ďalšej generácie matíc s rozlíšením „na megapixel viac“ bola zabezpečená takmer úplná kompatibilita s predchádzajúcimi modelmi snímačov, a to z hľadiska rozmerov aj rozhrania. Konštruktéri fotoaparátov teda nemuseli vyvíjať objektív a „elektronickú výplň“ fotoaparátu od začiatku.
So zvyšujúcim sa rozlíšením však vyrovnávací paralelný posuvný register zachytáva čoraz väčšiu časť plochy snímača, v dôsledku čoho sa znižuje oblasť citlivá na svetlo aj „kapacita“ potenciálovej jamky.
Zníženie fotocitlivej oblasti CCD so zvyšujúcim sa rozlíšením.
Preto sa za každým „N +1 megapixelom“ skrýva starostlivá práca vývojárov, ktorá, žiaľ, nie je vždy úspešná.
Analógovo-digitálny prevodník
Video signál, ktorý prešiel cez zosilňovač, musí byť prevedený do digitálneho formátu zrozumiteľného pre mikroprocesor fotoaparátu. Na tento účel sa používa analógovo-digitálny prevodník, ADC(analógovo-digitálny prevodník, ADC) - zariadenie, ktoré konvertuje analógový signál na postupnosť čísel. Jeho hlavnou charakteristikou je bitová hĺbka, teda počet rozpoznaných a zakódovaných úrovní diskrétneho signálu. Na výpočet počtu úrovní stačí zvýšiť dve na mocninu bitovej hĺbky. Napríklad „8 bitov“ znamená, že prevodník je schopný určiť 2 až ôsmu úroveň signálu a zobraziť ich ako 256 rôznych hodnôt.
S veľkou kapacitou ADC je možné (teoreticky) dosiahnuť väčšiu farebná hĺbka(farebná hĺbka), teda bitová hĺbka spracovania farieb, ktorá opisuje maximálne množstvo farebné odtiene, ktoré sa dajú reprodukovať. Farebná hĺbka sa zvyčajne vyjadruje v bitoch a počet odtieňov sa vypočíta rovnakým spôsobom ako počet úrovní signálu ADC. Napríklad s 24-bitovou hĺbkou farieb môžete získať 16777216 odtieňov farieb.
V skutočnosti je farebná hĺbka súborov v formáty JPEG alebo TIFF, ktoré používa počítač na spracovanie a ukladanie obrázkov, je obmedzený na 24 bitov (8 bitov pre každý farebný kanál – modrý, červený a zelený). Preto niekedy používané ADC s bitovou hĺbkou 10, 12 a dokonca 16 bitov (teda farebná hĺbka 30, 36 a 48 bitov) možno mylne považovať za „nadbytočné“. Dynamický rozsah matice niektorých modelov digitálnych fotografických zariadení je však pomerne široký a ak je fotoaparát vybavený funkciou ukladania snímky v neštandardnom formáte (30–48 bitov), potom pri ďalšom počítačovom spracovaní je možné použiť „extra“ bity. Ako viete, chyby vo výpočte expozície podľa frekvencie prejavu sú až na druhom mieste po nepresnostiach zaostrenia. A preto sa schopnosť kompenzovať takéto chyby pomocou „dolných“ (v prípade podexponovania) alebo „horných“ (v prípade preexponovania) bitov ukazuje ako veľmi užitočná. Ak sa expozícia vypočíta bez chýb, potom „komprimácia“ 30–48 bitov na štandardných 24 bitov bez skreslenia nie je obzvlášť náročná úloha.
Je zrejmé, že dynamický rozsah CCD by mal byť základom pre zvýšenie bitovej hĺbky ADC, pretože s úzkym dynamickým rozsahom ADC s 10-12 bitmi na kanál jednoducho nebude čo rozpoznať. A často sa nedá nazvať inak ako reklamným kúskom spomenúť „36-bitovú“ a dokonca „48-bitovú“ farbu skromnej „mydlovej škatuľky“ s matricou pol palca uhlopriečne, pretože aj 30-bitová farba vyžaduje aspoň snímač s uhlopriečkou 2/3 palca.
Načítava...