Capteurs CCD et CMOS Les dernières années sont dans un état de rivalité continue. Dans cet article, nous essaierons d'examiner les avantages et les inconvénients de ces technologies. Matrice CCD (SOKR. De "appareil avec chargement commun») Ou matrice CCD (SOKR. De l'anglais CCD," Dispositif à couplage de charge ") - analogique spécialisé microcircuit intégré, composé de photodiodes photosensibles, fabriquées sur la base de silicium, à l'aide d'une technologie CCD - instruments de liaison de charge. Dans le capteur CCD, la lumière (charge) tombant sur le pixel du capteur est transmise de la puce à travers un nœud de sortie, ou à travers quelques nœuds de sortie. Les charges sont transformées en niveau de tension, accumulant et sélectionnées comme signal analogique. Ce signal est ensuite résumé et converti en chiffres un convertisseur analogique-numérique, en dehors du capteur. CMOS (Logique complémentaire sur les transistors Semiconducteur d'oxyde métallique; CMDP; CMOS anglais, Compléenaire-symétrie / semi-conducteur en oxyde de métal) - Technologie de construction de circuit électronique. À un stade précoce, les puces CMOS ordinaires ont été utilisées pour afficher, mais la qualité de l'image était faible, en raison de la faible sensibilité lumineuse des éléments CMOS. Les capteurs de CMOS modernes sont fabriqués dans des technologies plus spécialisées, ce qui a entraîné une croissance rapide de la qualité de l'image et de la photosensibilité ces dernières années. Les puces CMOS présentent un certain nombre d'avantages. Contrairement aux capteurs CCD, les capteurs CMOS contiennent des amplificateurs et des convertisseurs analogiques à numéros, ce qui réduit considérablement le coût du produit final, car Il contient déjà tous les éléments nécessaires pour obtenir une image. Chaque pixel CMOS contient des convertisseurs électroniques. Les capteurs CMOS ont une fonctionnalité plus grande et des capacités d'intégration plus larges. L'un des principaux problèmes lors de l'utilisation de matrices CMOS dans des caméras vidéo était la qualité de l'image. Les matrices CCD fournies et fournissent un niveau de bruit inférieur. En conséquence, les croustilles CMOS étaient extrêmement pauvres à faible éclairage, par rapport aux puces CCD. Et puisque la faible lumière est l'une des principales difficultés de la photographie vidéo, il s'agissait de la barrière principale d'utiliser des matrices CMOS. Cependant, l'expérience de production accumulée au cours des années de développement CMOS a permis à ces capteurs avec chaque nouvelle génération de ces capteurs de réduire considérablement le bruit fixe et aléatoire affectant la qualité de l'image. Une autre faiblesse CMOS - distorsions qui apparaissent lors de la capture d'une image dynamique en raison d'un capteur de sensibilité faible. Les images de voitures peuvent contenir des éléments très lumineux, tels que des phares, du soleil, ainsi que des zones très sombres, telles que des plaques d'immatriculation. Pour cette raison, une large gamme dynamique est nécessaire pour le traitement de scènes avec de grandes différences contrastées. Capteur CCD a bons paramètres La gamme dynamique, mais l'accès à des pixels individuels prévus dans CMOS donne beaucoup plus de possibilités d'obtenir une meilleure plage dynamique. De plus, lorsque vous utilisez des matrices CCD, des taches lumineuses des scènes peuvent créer des lignes verticales dans l'image et interférer avec la reconnaissance de la plaque d'immatriculation due à la décoloration et à la lubrification. Malgré le fait que les matrices de CCD ont une caractéristique de sensibilité plus élevée, le facteur principal limitant leur application est faible vitesse Chargez la lecture et, par conséquent, l'impossibilité de fournir une imagerie élevée de la formation d'image. Plus la résolution de la matrice est élevée, plus le taux de formation d'image est bas. À son tour, la technologie CMOS, combinant l'élément photosensible et la puce de traitement, permet d'obtenir une vitesse élevée de formation de châssis, même pour 3 capteurs de mp. Cependant, l'utilisation de capteurs CMOS Megapixel pour les caméras IP de systèmes de surveillance vidéo nécessite une compression efficace de flux de données. Les algorithmes de compression les plus courants en CCTV IP sont actuellement M-JPEG, MPEG4 et H.264. Le premier est souvent mis en œuvre directement sur le capteur CMOS par le fabricant de la matrice. Les algorithmes MPEG4 et H.264 sont plus efficaces, mais nécessitent processeur puissant. Pour former un flux de temps réel avec une résolution de plus de 2 mégapixels dans les caméras IP CMOS, des coprocesseurs sont utilisés, offrant des calculs supplémentaires. Actuellement, les caméras IP basées sur des capteurs CMOS deviennent de plus en plus populaires grâce au soutien de la technologie de la vidéosurveillance. Dans le même temps, leur coût est plus élevé que des caméras similaires sur CCD. Et ceci est malgré le fait que la technologie CMOS combinant une partie analogique et numérique de l'appareil vous permet de créer des chambres moins chères. La situation est telle que le coût de la caméra IP est déterminé par ses capacités et ses caractéristiques. Principé n'est pas le type de matrice, mais logicielmis en œuvre par le processeur de caméra.

Avantages Matrice CCD: Niveau de bruit faible, coefficient de remplissage de pixels élevé (environ 100%), efficacité élevée (rapport du nombre de photons enregistrés à leur nombre totalAfin de la zone photosensible de la matrice, pour le CCD - 95%), une plage dynamique élevée (sensibilité), une bonne sensibilité dans la bande IR.

Inconvénients des matrices CCD: un principe de lecture complexe de signal, et donc la technologie, un niveau élevé de consommation d'énergie (jusqu'à 2-5W), plus coûteux en production.

Avantages des matrices CMOS: haute vitesse (jusqu'à 500 cadres / s), faible consommation d'énergie (presque 100 fois comparé au CCD), moins cher et plus facile dans la production, la technologie prometteuse (sur le même cristal en principe, rien ne devrait être mis en œuvre tous les nécessaire schémas supplémentaires: Convertisseurs analogiques-numériques, processeur, mémoire, ainsi obtenus appareil photo numérique sur un cristal).

Inconvénients des matrices CMOS: un faible coefficient de remplissage de pixels, qui réduit la sensibilité (surface de pixels effective ~ 75%, les transistors d'occupation de repos), un niveau de bruit élevé (il est dû aux courants dits tempo - même en l'absence d'éclairage La photodiode Les flux de courant plutôt significatifs contre la photodiode) sont terminés et augmentent le coût de la technologie, une plage dynamique basse.

Comme toute technologie technologique, CMOS et CCD, les avantages et les inconvénients que nous avons essayés de considérer dans cet article. Lors du choix de caméras, il est nécessaire de prendre en compte tous les avantages et les inconvénients de ces technologies, prêtant une attention particulière aux paramètres tels que la photosensibilité, une large gamme dynamique, une consommation d'énergie, un niveau de bruit, un coût de la caméra.

Le capteur d'image est un élément essentiel de tout caméscope. Aujourd'hui, presque toutes les caméras utilisent des capteurs CCD ou CMOS. Les deux types de capteurs effectuent la tâche de conversion d'image construite sur la lentille du capteur dans un signal électrique. Cependant, la question de laquelle le capteur est préférable, reste toujours ouvert

N.i. Choura
Consultant technique
LLC "Microvideo Group"

CCD est un capteur analogique, malgré la discrétion de la structure photosensible. Lorsque la lumière pénètre dans la matrice, la charge ou l'emballage des électrons est accumulée dans chaque pixel, transformé lors de la lecture de la charge de la tension de signal vidéo, proportionnelle à l'éclairage des pixels. Le nombre minimum de transitions intermédiaires de cette charge et l'absence de dispositifs actifs fournit l'identité élevée des éléments CCD sensibles.

La matrice CMOS est appareil numérique avec des éléments sensibles actifs (capteur de pixels actif). Avec chaque pixel, cela fonctionne son amplificateur qui convertit la charge de l'élément sensible dans la tension. Cela permet de gérer pratiquement chaque pixel.

Evolution CCD.

Depuis l'invention du laboratoire CCD de Bella (Bell Laboratories ou Bell Labs) en 1969, les dimensions du capteur d'image ont continuellement diminué. Dans le même temps, le nombre d'éléments sensibles a augmenté. Cela a naturellement conduit à une diminution de la taille d'un élément sensible (pixel) unique et sa sensibilité). Par exemple, depuis 1987, ces tailles ont diminué à 100 reprises. Mais grâce aux nouvelles technologies, la sensibilité d'un élément (et, par conséquent, la matrice entière) a même augmenté.

Qu'est-ce qui a permis de dominer
Dès le début, le CCD est devenu des capteurs dominants, puisqu'ils ont fourni meilleure qualité Images, moins de bruit, sensibilité supérieure et une plus grande uniformité des paramètres de pixels. Les principaux efforts visant à améliorer la technologie visaient à améliorer les caractéristiques du CCD.

Comment la sensibilité augmente
Comparé au populaire Sony avait une matrice de résolution standard (500x582) de la fin des années 90. (ICX055) La sensibilité des modèles de SUPER plus avancée Avait une technologie a augmenté presque 3 fois (ICX405) et Ex-View avaient - 4 fois (ICX255). De plus, pour l'option noire et blanche et couleur.

Pour les matrices haute résolution (752x582) réussit quelque peu moins impressionnant, mais si vous comparez les modèles d'image couleur super avaient avec le plus technologies modernes Ex-View avait II et Super avaient II, puis la croissance de la sensibilité sera de 2,5 et 2,4 fois, respectivement. Et ceci malgré la diminution de la taille de pixels de près de 30%, car il s'agit de matrices du format 960H le plus moderne avec une quantité accrue de pixels jusqu'à 976x582 pour la norme PAL. Pour traiter un tel signal, Sony propose un certain nombre de processeurs de signal EFIO.

Ik-constituant ajouté
Un des méthodes efficaces La croissance de la sensibilité intégrale consiste à élargir les caractéristiques spectrales de la sensibilité à la plage infrarouge. Ceci est particulièrement caractéristique de la matrice Ex-View. L'ajout d'un composant IR fausse quelque peu la transmission de la luminosité relative des couleurs, mais pour noir et blanc Ce n'est pas critique. Le seul problème se pose avec la reproduction des couleurs dans les chambres "jour / nuit" avec une sensibilité constante IR, c'est-à-dire sans filtre IR mécanique.

Le développement de cette technologie dans Ex-View comparé des modèles II (ICX658AKA) par rapport à la version précédente (ICX258AK) fournit une augmentation de la sensibilité intégrale de 0,8 dB (de 1100 à 1200 mV) avec une augmentation simultanée de la sensibilité à un longueur d'onde de 950 nm à 4, 5 dB. En figue. 1 montre les caractéristiques de la sensibilité spectrale de ces matrices et sur la Fig. 2 - le ratio de leur sensibilité intégrale.

Innovation optique
Une autre méthode de sensibilité croissante CCD est une augmentation de l'efficacité des microlens pixels, de la zone photosensible et de l'optimisation des filtres de couleur. En figue. La figure 3 montre le dispositif de Super HAD et Super Avait II Matrices, montrant une augmentation de la zone de lentille et de la région sensible à la lumière de la dernière modification.

De plus, les matrices Super avaient II ont considérablement augmenté la transmission des filtres de lumière et leur résistance à la décoloration. De plus, la transmission transmise dans la région de l'ondes courte du spectre (bleu), qui améliore la reproduction des couleurs et la balance des blancs.

En figue. 4 sont présentés caractéristiques spectrales Sony 1/3 "Super avait (ICX229AK) et Super avaient une sensibilité II (ICX649AKA).

CCD: sensibilité unique

Dans l'ensemble des mesures énumérées, il était possible d'obtenir des résultats significatifs pour améliorer les caractéristiques du CCD.

Comparez les caractéristiques des modèles modernes avec des options antérieures n'est pas possible, car les matrices non colorées n'étaient pas fabriquées. très répandu Même une haute résolution typique. À son tour, solutions noires et blanches standard pour nouvelles technologies Ex-vue avait II et Super avaient II.

Dans tous les cas, la sensibilité du CCD reste un guide inaccessible pour les CMO, de sorte qu'ils sont encore largement utilisés à l'exception des options de mégapixel, qui sont très coûteuses et sont principalement utilisées pour des tâches spéciales.

CMOS: avantages et inconvénients

Les capteurs CMOS ont été inventés à la fin des années 1970, mais leur production n'a pas réussi à ne commencer que dans les années 90 en raison de problèmes technologiques. Et a immédiatement décrit leurs principaux avantages et inconvénients, qui restent actuellement pertinents.

Les avantages comprennent une plus grande intégration et une plussification du capteur, une plage dynamique plus large, une facilité de production et moins de coût, en particulier des options de mégapixel.

D'autre part, les capteurs CMOS ont moins de sensibilité dû, avec d'autres choses étant égales, de grandes pertes dans la structure RVB filtres moins que la zone utile de l'élément photosensible. À la suite d'une pluralité d'éléments de transition, y compris des amplificateurs sur le trajet de chaque pixel, assurez-vous que l'uniformité des paramètres de tous les éléments sensibles est beaucoup plus compliquée par rapport à la CCD. Mais l'amélioration des technologies permettait d'apporter la sensibilité de la CMOS aux meilleurs échantillons CCD, en particulier dans les versions de mégapixels.

Les premiers partisans de CMO ont fait valoir que ces structures seront beaucoup moins chères, car elles peuvent être produites sur le même équipement et sur les mêmes technologies que les copeaux de mémoire et la logique. À bien des égards, cette hypothèse a été confirmée, mais pas complètement, puisque l'amélioration de la technologie a entraîné une pratique pratiquement identique à la complexité du processus de production, ainsi que pour le CCD.

Avec l'expansion du cercle des consommateurs au-delà de la télévision standard, la résolution des matrices est devenue en croissance continue. Ce sont des caméscopes ménagers, des caméras électroniques et des caméras intégrées aux communications. Au fait, pour les appareils mobiles, la question de l'économie est plutôt importante et le capteur CMOS n'a pas de concurrents. Par exemple, à partir du milieu des années 1990. La résolution des matrices produites annuellement de 1 à 2 millions d'éléments et atteint maintenant 10-12 MPKS. De plus, la demande de capteurs de CMOS est devenue dominante et dépasse aujourd'hui 100 millions d'unités.

CMOS: Amélioration de la sensibilité

Les premiers échantillons de caméras de surveillance de la fin des années 90 - début des années 2000 avec CMOS Matrices avaient une résolution de 352x288 pks et de sensibilité, même pour une version noire et blanche d'environ 1 LC. Des options colorées pour la résolution standard ont été caractérisées par une sensibilité d'environ 7 à 10 lcs.

Quels suggèrent des fournisseurs
Actuellement, la sensibilité des matrices CMOS a bien sûr augmenté, mais ne dépasse pas la valeur de l'ordre de plusieurs suites avec des valeurs raisonnables du nombre du nombre de lentilles (1.2-1.4) pour des variantes typiques de l'image couleur . Ceci est confirmé par les caractéristiques techniques des marques de la vidéosurveillance IP, dans laquelle les matrices CMOS sont utilisées avec un balayage progressif. Les fabricants qui déclarent la sensibilité des dixièmes de suites spécifient généralement que celles-ci sont des données pour une fréquence de trame inférieure, un mode d'accumulation ou au moins activé et un arc assez profond (AGC). De plus, pour certains fabricants de caméras IP, l'ARU maximum atteint le souffle à couper le souffle -120 DB (1 million de fois). On espère que la sensibilité de ce cas dans les fabricants représente l'attitude sensible "Signal / Bruit", ce qui vous permet d'observer non seulement la "neige" à l'écran.

L'innovation améliore la qualité de la vidéo
Dans le désir d'améliorer les caractéristiques des matrices CMOS, Sony a proposé un certain nombre de nouvelles technologies offrant une comparaison pratique des matrices CMOS avec la sensibilité CCD, le rapport signal / bruit dans les versions de mégapixels.

Nouvelle technologie de production Exmor Matrices est basée sur le changement de direction de l'automne flux de lumière Sur la matrice. Dans une architecture typique, la lumière tombe sur la surface avant de la plaque de silicium et au-delà des conducteurs du schéma matriciel. La lumière se dissipe et chevauche avec ces éléments. Dans la nouvelle modification, la lumière se présente à l'arrière de la plaque de silicium. Cela a entraîné une augmentation significative de la sensibilité et une diminution du bruit de la matrice CMOS. En figue. 5 montre la différence entre les structures de la matrice typique et la matrice EXMOR montrée dans le contexte.

Sur la photo 1 montre les images de l'objet de test obtenu par l'éclairage de 100 LC (F4.0 et 1/30 C) avec une caméra CCD (éclairage avant) et EXMOR CMOS, ayant le même format et la même résolution de 10 mPK. Évidemment, l'image de la caméra avec CMOS est au moins pire que l'image avec CCD.

Une autre façon d'améliorer la sensibilité des capteurs CMOS est le rejet de la position rectangulaire de pixels avec le dernier décalage des éléments rouges et bleus. Dans le même temps, dans la construction d'un élément d'autorisation, deux pixels verts sont utilisés - bleu et rouge de différentes lignes. Au lieu de cela, un agencement diagonal d'éléments utilisant six éléments verts adjacents pour construire un élément d'autorisation est proposé. Cette technologie a été nommée ClearVid CMOS. Pour le traitement, un processeur d'image plus puissant est supposé. La différence dans la disposition des éléments de couleur est illustrée à la Fig. 6

La lecture des informations est effectuée par un convertisseur analogique-numérique parallèle à grande vitesse. Dans ce cas, la fréquence des cadres de balayage progressif peut atteindre 180 et même 240 cadres / s. Avec une suppression parallèle des informations, le décalage diagonal du cadre est éliminé, familier aux caméras CMOS avec une exposition et une lecture de signal cohérentes, l'effet de déclencheur dûment roulant - lorsque la ligature caractéristique des objets en mouvement rapides est complètement absente.

Sur la photo 2 montre des images d'un ventilateur rotatif obtenu par une caméra CMOS avec une vitesse de cadre de 45 et 180 images / s.

Compétition complète

A l'exemple, nous avons dirigé la technologie Sony. Naturellement, les matrices CMOS, comme le CCD, produisent d'autres entreprises, mais pas sur de telles échelles et ne sont pas si connues. Dans tous les cas, tout le monde suit d'une manière ou d'une autre et utilise des solutions techniques similaires.

En particulier, la technologie bien connue des matrices Panasonic Live-MOS améliore également considérablement les caractéristiques des matrices CMOS et, naturellement, des méthodes similaires. Les matrices Panasonic ont réduit la distance de photodiode en microlynes. La transmission de signaux de la surface de la photodiode est simplifiée. Réduit le nombre de signaux de commande de 3 (CMOS standard) à 2 (comme dans la CCD), qui a augmenté la zone photosensible du pixel. Un amplificateur à faible bruit de la photodiode est appliqué. Une structure plus mince de la couche de capteur est utilisée. La tension d'alimentation réduite réduit le bruit et le chauffage de la matrice.

On peut indiquer que les matrices CMOS Megapixel peuvent déjà être en concurrence avec succès avec CCD non seulement à un prix, mais également sur un tel problème pour ces caractéristiques technologiques, la sensibilité et le niveau de bruit. Cependant, dans les formats de télévision traditionnels de la CCTV, la matrice CCD reste en dehors de la concurrence.

La matrice est la base de tout périphérique photo ou vidéo. Il définit la qualité et la taille de l'image résultante. À ce jour, deux principes technologiques différents sont utilisés dans la fabrication de matrices - CCD et CMOS. Très souvent, vous pouvez entendre la question: "Quelle matrice choisit: CCD ou CMOS?" Parmi les amants de l'équipement photo et vidéo à cette occasion sont des spores chaudes. Dans cet article, nous examinerons ces deux types et tenterons de déterminer quelle matrice est meilleure - CCD ou CMOS.

informations générales

Les matrices sont conçues pour numériser les paramètres des rayons lumineux sur leur surface. Il n'est pas possible de parler de l'avantage évident de l'une des technologies. Vous pouvez comparer sur des paramètres spécifiques et détecter un leader dans un aspect particulier. Comme pour les préférences des utilisateurs, il est souvent le principal critère pour eux est le coût du produit, même s'il s'agit d'abandonner la qualité ou caractéristiques techniques Son concurrent.

Découvrez donc qu'ils sont les deux types d'appareils. La matrice CCD est un microcircuit composé de photododes photosensibles; Il est créé sur une base de silicium. La particularité de son travail est le principe de l'appareil avec la relation de charge. La matrice CMOS est un dispositif créé sur la base de semi-conducteurs ayant un volet isolé avec des canaux de conductivité variée.

Principe d'opération

Passons à identifier les différences qui aideront à déterminer le choix: ce qui est préférable - matrix cmos. ou CCD? La principale différence de ces deux technologies est le principe de leur travail. Les périphériques CCD sont en charge des pixels sont transformés en potentiel électrique, qui est amélioré en dehors des capteurs photosensibles. Le résultat est une image sous forme analogique. Après cela, la numérisation de l'image complète dans l'ADC est effectuée. C'est-à-dire que l'appareil est constitué de deux parties - directement matricielle et convertisseur. La technologie CMOS est caractérisée par la numérisation de chaque pixel séparément. À la sortie, l'image numérique prête est obtenue. C'est-à-dire que la charge électrique de la matrice de pixels s'accumule dans le condenseur à partir duquel le potentiel électrique est éliminé. Il est transmis à un amplificateur analogique (construit directement en pixel), après quoi numérisé dans le convertisseur.

Que choisir: CCD ou CMOS?

L'un des paramètres importants qui déterminent le choix entre ces technologies est le nombre d'amplificateurs de la matrice. Les appareils CMOS ont un plus grand nombre de ces périphériques (à chaque point), donc lorsque le signal est passé, la qualité de l'image est légèrement réduite. Par conséquent, les matrices CCD sont utilisées pour créer des images avec un degré élevé de détail, par exemple, en matière de recherche médicale, de recherche, industrielle. Mais la technologie CMOS est principalement utilisée dans appareils ménagers: Webcams, smartphones, tablettes, ordinateurs portables, etc.

Le paramètre suivant qui détermine quel type est meilleur - CCD ou CMOS est la densité de photodiodes. Ce qu'elle est plus élevé, plus les photons «disparaissent», respectivement, l'image sera meilleure. Dans ce paramètre, la matrice CCD contourne leurs concurrents, car ils offrent une disposition qui ne dispose pas de telles lacunes, tandis que la CMOS est présente (ce sont des transistors).

Cependant, lorsqu'un choix survient à l'utilisateur: quoi - CMOS ou CCD - à acheter, le paramètre principal apparaît - le prix de l'appareil. La technologie CCD est beaucoup plus chère que son concurrent et son prix d'énergie. Par conséquent, pour les établir où suffisamment d'images de qualité moyenne sont irréalistes.

Matrice CMOS

Dans les matrices CMOS, les transistors de champ avec un volet isolé avec des canaux de conductivité différente sont utilisés.

Histoire

À la fin des années 1960 De nombreux chercheurs ont noté que les structures CMOS (CMOS) ont une sensibilité à la lumière. Toutefois, les charges avec la relation chargée assuraient une photosensibilité et une qualité d'image plus élevées que les matrices sur la technologie CMOS ne reçoivent aucun développement notable.

Au début des années 90, les caractéristiques des matrices CMOS, ainsi que des technologies de production, ont été considérablement améliorées. Les progrès dans la photolithographie soumise ont permis d'appliquer des connexions plus minces dans les capteurs CMOS. Cela a entraîné une augmentation de la photosensibilité due au pourcentage plus élevé de la zone irradiée de la matrice.

Le coup d'État de la technologie CMOS-Sensor s'est produit lorsque le laboratoire de propulsion de la NASA a été mis en œuvre avec succès par des capteurs de pixels actifs (APS) dans le laboratoire de propulsion de jet - JPL - Capteurs de pixels actifs . Des études théoriques ont été complétées il y a peu de plus d'un an, mais utilisation pratique Capteur actif déplacé vers 1993. APS ajoute à chaque amplificateur de transistor de pixels à lire, ce qui permet de convertir la charge dans la tension directement dans le pixel. Cela a également fourni un accès arbitraire aux photodétecteurs comme la RAM implémentée en casse-culasse.

En conséquence, d'ici 2008, le CMO est devenu presque une alternative au CCD.

Un an au Forum MWC à Barcelone, Samsung a démontré un nouveau type de capteurs CMOS qui se concentrent sur la demande de smartphones.

Principe d'opération

• Avant de tirer, le signal de réinitialisation est donné.
• Dans le processus d'exposition, la charge est accumulée par photodiode
• En cours de lecture, les valeurs de tension sur le condenseur se produisent

Avantages

• Le principal avantage de la technologie CMOS est une faible consommation d'énergie en état statique. Cela vous permet d'utiliser de telles matrices dans la composition des dispositifs non volatils, par exemple, dans les capteurs de mouvement et les systèmes d'observation situés la plupart du temps dans le mode "Sleep" ou "Attente d'événement".
• Un avantage important de la matrice CMOS est l'unité de la technologie avec le reste, des éléments numériques d'équipement. Cela conduit à la possibilité de combiner sur une seule partie analogique, numérique et de traitement unique (technologie CMOS, étant principalement une technologie de processeur, implique non seulement la "capture" de la lumière, mais également le processus de transformation, de traitement, de signaux de nettoyage non seulement effectivement piégé, mais et composants tiers de la REA), qui servaient de base à la miniaturisation des caméras pour l'équipement le plus différent et à réduire leur valeur en raison de la défaillance des microcircuits de processeur supplémentaires.
• En utilisant le mécanisme d'accès arbitraire, vous pouvez lire les groupes de pixels sélectionnés. Cette opération Reçu le nom de la lecture Crocated (Eng. Lecture de fenêtres). CAppling vous permet de réduire la taille de l'image capturée et d'augmenter potentiellement la vitesse de lecture par rapport aux capteurs CCD, car dans ce dernier pour le traitement ultérieur, il est nécessaire de décharger toutes les informations. Il est possible d'appliquer la même matrice dans des modes fondamentalement différents. En particulier, il ne lit rapidement qu'une petite partie des pixels, vous pouvez fournir un mode image de haute qualité de l'image sur l'écran intégré à l'appareil avec un nombre relativement petit de pixels. Vous ne pouvez analyser qu'une partie du cadre et l'appliquer pour afficher sur l'écran entier. Obtenez ainsi la qualité de la mise au point manuelle de haute qualité. Il est possible de mener une prise de vue à grande vitesse de reportage avec une taille et une résolution de trame plus petite.
• Outre l'amplificateur à l'intérieur du pixel, les schémas amplificateurs peuvent être placés n'importe où sur le circuit de signal. Cela vous permet de créer des cascades amplificatrices et d'augmenter la sensibilité dans de mauvaises conditions d'éclairage. La possibilité de changer le gain pour chaque couleur s'améliore, en particulier, un équilibrage blanc.
• Le pas cher de la production en comparaison avec les matrices CCD, notamment aux grandes tailles de matrices.

désavantages

• La photodiode de la cellule occupe une zone plus petite importante de l'élément matriciel, par rapport à la matrice CCD avec transfert complet. Par conséquent, les premières matrices CMOS avaient une photosensibilité significativement plus faible que le CCD. Mais en 2007, Sony a publié une nouvelle gamme de vidéos et de caméras avec des matrices CMOS d'une nouvelle génération avec une technologie Exmor, qui n'a déjà été appliquée que pour les matrices CMOS en spécifique. dispositifs optiques tels que les télescopes électroniques. Dans ces matrices, le "bloc" électronique du pixel, qui empêche la photon entrant dans l'élément sensible à la lumière, a été déplacé du haut à la couche inférieure de la matrice, ce qui permettait d'augmenter la taille physique du pixel avec Les mêmes tailles géométriques de la matrice et la disponibilité des éléments lumineux, qui, en conséquence, augmentent la photosensibilité de chaque pixel et la matrice dans son ensemble. Les matrices CMOS ont d'abord été comparées aux matrices PZD sur la photosensibilité, mais elles sont avérées plus économes en énergie et dépourvues de la principale pénurie de la technologie CCD - "peur" de la lumière du point. En 2009, Sony a amélioré la matrice CMOS avec une technologie EXMOR, qui leur appliquent une technologie "éclairage de rétroéclairage" ("éclairage à l'arrière"). L'idée de la technologie est simple et correspond parfaitement au nom.
• La photodiode de la cellule matricielle a une taille relativement petite, la magnitude de la tension de sortie obtenue dépend non seulement des paramètres de la photodiode elle-même, mais également sur les propriétés de chaque élément de pixel. Ainsi, chaque matrice de pixels éteint sa propre courbe caractéristique et le problème de la dispersion se pose

Caméra, caractéristiques, avantages et inconvénients de telles matrices.

Aux avantages Pzs-matrice Vous pouvez attribuer:

• Un facteur utilitaire élevé de la zone de pixel (près de 100%);
• relativement faible;
• très haute efficacité;
• assez gros .

Aux inconvénients Pzs-matrice relater:

• intensité énergétique élevée;
• un processus plutôt compliqué d'informations de lecture;
• production coûteuse.

En moderne caméras digitales Non seulement les matrices à base de CCD sont utilisées, mais aussi Matrice CMOSLa part des caméras équipées de telles matrices est en croissance constante.

Matrice CMOS de la caméra.

De retour à la fin des années 60 du siècle dernier, les scientifiques connaissaient la propriété de CMOS-Knockeurs pour percevoir la lumière. Cependant, les structures CCD ont fourni une sensibilité beaucoup plus élevée à la qualité de la lumière et de haute qualité. C'est pourquoi les matrices basées sur la technologie CMOS n'ont pas reçu si répandu. Au début des années 90, les caractéristiques Matrice CMOS Et leur production était considérablement améliorée, ce qui a conduit à une introduction plus large de ces matrices. Des découvertes révolutionnaires ont été réalisées en laboratoire de propulsion Jet - JPL NASA), où des pixels actifs ont été créés (capteurs de pixels actifs - APS). L'essence consistait à ajouter chaque amplificateur de signal de transistor, ce qui permettait de convertir la charge dans la tension directement dans le pixel lui-même. En raison de cela, un accès aléatoire à des pixels individuels était possible, en principe, des schémas de RAM similaires.

En conséquence, d'ici 2008, les matrices sur les éléments CMOS sont devenues une alternative aux matrices CCD.

CMOS Matrix (structure complémentaire en métal-semi-conducteur), en transcription anglaise - CMOS (semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire), en principe, il ressemble à une matrice CCD. De plus, comme dans le CCD, les électrons naissent sous l'influence de la lumière.

Les cellules CMOS-Matrices sont transistors de terrain Avec un volet isolé et avoir des canaux de conductivité différente.

Contrairement à l'élément CCD, chaque cellule Matrice CMOS Il a facultatif appareils électroniques, appelé strapage de pixels, permettant de convertir la charge dans la tension directement dans la cellule.

La figure 1 montre le schéma équivalent du dispositif CMOS-Element.

Fig. 1. Équivalent circuit électrique Élément cmos.

1 - LED. 2 - Volet électronique. 3 - Condenseur accumule la charge de la photodiode. 4 - Amplificateur de signal. 5 - Bus de lecture de ligne. 6 - pneu à laquelle le signal est transmis processeur. 7 - Réinitialiser la ligne d'alimentation du signal.

Le principe de fonctionnement du schéma suivant:

avant de tirer sur l'image le long de la ligne 7, un signal de réinitialisation est alimenté;

lorsqu'elle est exposée à la lumière sur la photodiode, elle est proportionnelle à l'intensité du flux de lumière est créée une charge qui chargeait le condensateur;

le signal de lecture de l'élément se produit en déchargeant le condensateur, le courant se produit lorsque le courant est transmis à l'amplificateur puis dans le circuit de traitement.

La synchronisation des travaux de la matrice est effectuée à travers les barres d'adresses et les lignes.

Grâce à ce système, il est possible de lire immédiatement la charge immédiatement du groupe de pixels (et non de cellule de cellule et non systématiquement par cellule, comme dans la matrice CCD) ou même de manière sélective à partir de pixels individuels. Dans une telle matrice, il n'est pas nécessaire de les registres de changement de colonnes et de lignes, ce qui est beaucoup plus rapide que le processus d'information de lecture de la matrice ,. La consommation d'énergie de la matrice est considérablement réduite.

Progrès dans le développement des technologies, en particulier l'obtention de plaques de silicium haute qualité Et l'amélioration du circuit d'amplificateur d'élément CMOS, a conduit au fait que ce dernier est sorti de la qualité de l'image résultante au même niveau que l'élément CCD.

Avantages d'une matrice CMOS:

Tout d'abord, la consommation d'énergie est considérablement réduite, car dans la matrice CMOS-Matrix, la chaîne de traitement de l'information n'est pas si longue, comme dans la matrice CCD, en particulier la faible consommation d'énergie de la matrice CMOS diffère en mode statique.

Le circuit de cellule matricielle CMOS lui permet d'intégrer directement avec un convertisseur analogique à numérique et même avec le processeur. Cela crée la possibilité de combiner dans un cristal en tant que schéma analogique et numérique et traitement. En raison de cela, il est devenu possible d'autres caméras numériques miniatures, une diminution de leur valeur en raison du manque de besoin de puces de processeur supplémentaires.

La capacité d'accéder arbitraire aux cellules CMOS vous permet de lire des groupes de pixels individuels. Cette fonctionnalité a reçu le nom de la lecture Crocated, c'est-à-dire une lecture uniquement des parties de l'ensemble de l'ensemble, contrairement à la matrice CCD, où la matrice entière doit être déchargée pour le traitement des informations. Grâce à cela, pour parcourir rapidement l'image sur l'écran de caméra intégré avec un nombre relativement petit de pixels, seule une partie des informations peut être affichée. Pour le considérer, ce sera suffisant, vous pouvez contrôler la précision de la mise au point, etc.

De plus, pour une plus grande vitesse de reporting, elle peut être effectuée avec une taille de trame plus petite et moins de résolution.

Un autre avantage de la matrice CMOS est la possibilité d'ajouter aux cascades d'amplificateur disponibles à l'intérieur de l'élément CMOS, d'augmenter de manière significative la sensibilité de la matrice. Et la possibilité d'ajuster le gain de chaque couleur vous permet d'améliorer.

La production de matrices CMOS est plus facile et moins chère que la CCD, elle peut maîtriser presque toute plante engagée dans la production de microélectronique. Cela affecte la production de grandes matrices.

Inconvénients de la matrice CMOS:

Les inconvénients de la matrice CMOS par rapport à la matrice CCD doivent être principalement une diminution de la partie photosensible de l'élément en raison de la présence de sanglage électronique autour du pixel. C'est pourquoi la matrice CMOS avait initialement une sensibilité significativement plus faible que la matrice CCD. La situation a changé avec le développement et le marketing sur le marché par Sony en 2007, les matrices CMOS fabriquées à l'aide de la technologie EXMOR, utilisées précédemment pour des périphériques spécifiques, tels que des télescopes électroniques. La taille de la partie photosensible du pixel a pu augmenter en raison du mouvement de la crainte électronique dans la couche inférieure de l'élément, où elle n'a pas interféré avec le coup de lumière. Cela a entraîné une augmentation de la sensibilité de chaque pixel et de la matrice entière.

Dans chacun des éléments de la matrice CMOS-Matrix, il existe toujours des éléments électroniques qui, selon les propriétés des circuits électroniques, ont leur bruit et ce bruit est ajouté à l'élément de bruit directement sensible. De plus, pour chaque pixel, le niveau de ce bruit est différent.

La magnitude du signal obtenu à partir de chaque pixel dépend non seulement des caractéristiques de la photodiode elle-même, mais également des propriétés de chaque élément du pixel. D'ici, il s'avère que chaque élément CMOS a sa propre