CMOS Matrix: caractéristiques, fonctions et principe de l'appareil. CMOS et CCD matrices

Capteur - L'élément principal de l'appareil photo numérique

avec une féroce de toute vidéo numérique ou une caméra (actuellement frontières entre ces types d'appareils effaça progressivement) est un capteur photosensible. Il convertit la lumière visible en signaux électriques utilisés pour un traitement ultérieur à l'aide de circuits électroniques. De l'année scolaire de la physique, on sait que la lumière peut être considérée comme un flux de particules élémentaires. Des photons, tombant à la surface de certains matériaux semi-conducteurs, peuvent entraîner la formation d'électrons et de trous (nous rappellerons que le trou des semi-conducteurs est appelé lieu vacant pour un électron, échantillonné à la suite des liaisons covalentes entre les atomes de semi-conducteurs ). Le processus de génération de paires d'électrons sous l'influence de la lumière n'est possible que si les énergies photon sont suffisantes pour "déchirer" l'électron du noyau "natif" et le traduisent dans la zone de conduction. L'énergie photon est directement liée à la longueur d'onde de la lumière qui tombe dépend de la couleur de rayonnement dite. Dans la gamme visible (c'est-à-dire que l'énergie photon perçue par l'œil humain) est suffisante pour générer la génération de paires d'électrons dans de tels matériaux semi-conducteurs, tels que le silicium.

Comme le nombre de photoélectrons formés est directement proportionnel à l'intensité flux de lumière, Il est possible de lier mathématiquement la quantité de lumière qui tombe avec la valeur de la charge générée par celle-ci. C'est sur ce phénomène physique simple que le principe de fonctionnement de capteurs photosensibles a été fondé. Le capteur effectue cinq opérations principales: absorbe des photons, les convertit en charge, l'accumule, transmet et se convertit en tension. Selon la technologie de fabrication, divers capteurs effectuent des tâches de stockage et d'accumulation de photoélectrons de différentes manières. De plus, divers procédés de conversion des électrons accumulés peuvent être utilisés pour la tension électrique ( signal analogique), qui, à son tour, est converti en un signal numérique.

Capteurs PZS

Historiquement, les matrices dits CCD ont été utilisées comme éléments photosensibles pour les caméras vidéo, dont la production de masse a commencé en 1973. L'abréviation du CCD est déchiffrée comme un dispositif avec une relation de charge; CCD (dispositif à couplage de charge) est utilisé dans la littérature anglaise. Le capteur de CCD le plus simple est un condensateur capable d'accumuler une charge électrique sous l'influence de la lumière. Un condensateur ordinaire composé de deux couches séparées de plaques métalliques diélectriques ne convient pas ici, de sorte que les condensateurs dits MOS sont utilisés. Par sa structure interne, ces condenseurs sont un sandwich de métal, d'oxyde et de semi-conducteur (à partir des premières lettres des composants utilisés, ils ont reçu leur nom). En tant que semi-conducteur, le silicium dopé de type P est utilisé, c'est-à-dire un tel semi-conducteur, dans lequel des trous d'excès sont formés en ajoutant des atomes d'impureté (dopage). Au-dessus du semi-conducteur est une fine couche d'oxyde diélectrique (oxyde de silicium) et sur une couche métallique qui effectue la fonction de l'obturateur, si vous suivez la terminologie des transistors de champ (Fig. 1).

Comme déjà noté, sous l'influence de la lumière dans le semi-conducteur, des paires d'électrons sont formées. Cependant, ainsi que le processus de génération, le processus d'inverse se produit - recombinaison de trous et d'électrons. Par conséquent, des mesures doivent être prises pour diviser les électrons et les trous résultants et les maintenir pour le temps requis. Après tout, il est précisément que le nombre de photoélectrons éduqués supporte des informations sur l'intensité de la lumière absorbée. À cette fin, l'obturateur et une couche d'un diélectrique isolant. Supposons qu'un potentiel positif soit servi sur l'obturateur. Dans ce cas, sous l'influence du champ électrique créé, pénétrer à travers le diélectrique dans un semi-conducteur, les trous qui sont les principaux porteurs de charge commenceront à s'éloigner du diélectrique, qui est profondément dans le semi-conducteur. À la frontière du semi-conducteur avec un diélectrique est formé par les principaux porteurs, c'est-à-dire des trous, une zone et la taille de cette zone dépend de la valeur du potentiel appliqué. C'est cette zone épuisée qui est un "stockage" pour les photoélectrons. En effet, si le semi-conducteur est exposé à la lumière, les électrons et les trous résultants se déplaceront dans des directions opposées - des trous profondément dans le semi-conducteur et des électrons à la couche épuisée. Comme il n'y a pas de trous dans cette couche, les électrons seront maintenus là-bas sans le processus de recombinaison pour le temps requis. Naturellement, le processus d'accumulation d'électrons ne peut pas se produire infiniment. Comme le nombre d'électrons augmente entre eux et des trous chargés positivement, un champ électrique induit apparaît, dirigé de manière opposée au champ créé par l'obturateur. En conséquence, le champ à l'intérieur du semi-conducteur diminue à zéro, après quoi le processus de séparation spatiale des trous et des électrons devient impossible. En conséquence, la formation d'une paire d'électrons est accompagnée de sa recombinaison, c'est-à-dire que le nombre d'électrons "informations" dans la couche épuisée cesse d'augmenter. Dans ce cas, nous pouvons parler du débordement de la capacité du capteur.

Le capteur considéré par nous est capable d'effectuer deux tâches importantes - convertir des photons en électrons et les accumuler. Il reste à résoudre le problème de la transmission de ces électrons d'informations dans les blocs de transformation appropriés, c'est-à-dire la tâche de suppression des informations.

Imaginez pas une, mais plusieurs volets étroitement localisés à la surface du même diélectrique (fig. 2). Laissez l'électron accumulée sous l'un des volets être accumulés sous la photogénération. S'il existe un potentiel positif plus élevé pour soumettre un potentiel positif plus élevé à l'obturateur adjacent, les électrons commenceront à s'écouler dans la zone de champ plus forte, c'est-à-dire passer d'un obturateur à un autre. Il convient maintenant de préciser que si nous disposons d'une chaîne de volets, puis de l'alimentation des tensions de commande correspondantes, vous pouvez déplacer le package de charge localisé le long d'une telle structure. C'est sur ce principe simple et les appareils avec chargement commun.

La merveilleuse propriété du CCD est qu'il n'ya suffisamment de trois types de volets pour déplacer la charge accumulée - une transmission, une réception et une isolation, séparant des paires de réception et de transmission des autres, et les mêmes noms de ces triples peuvent être connecté les uns aux autres en une seule horloge, un pneu ne nécessitant qu'une seule sortie externe (Fig. 3). C'est le registre de quart de trois phases le plus simple pour le CCD.

Jusqu'à présent, nous avons considéré le capteur CCD uniquement dans le même plan - le long de la coupe latérale. En dehors du domaine de notre vue, le mécanisme de rétention d'électrons est resté dans la direction transversale dans laquelle l'obturateur est similaire à une bande longue. Considérant que l'éclairage du semi-conducteur est inomogène dans une telle bande, le taux de formation d'électrons sous l'influence de la lumière changera le long de la longueur de l'obturateur. Si vous n'adoptez pas la localisation des électrons près de la région de leur formation, la concentration d'électrons est égale à la variation de l'intensité de la lumière dans la direction longitudinale sera perdue. Naturellement, il serait possible de faire la taille de l'obturateur de la même manière dans la direction longitudinale et transversale, mais il nécessiterait la fabrication de trop de vannes de la matrice CCD. Par conséquent, pour la localisation des électrons résultants dans la direction longitudinale, les canaux d'arrêt soi-disant sont utilisés (Fig. 4), qui sont une bande étroite d'un semi-conducteur avec une teneur accrue d'impuretés d'alliage. Plus la concentration de l'impureté est importante, plus les trous sont formés à l'intérieur d'un tel conducteur (chaque atome de l'impureté conduit à la formation du trou). Mais sur la concentration des trous dépend, avec quoi spécifiquement, la contrainte sur le déclencheur est formée une zone épuisée. Il est intuitif que la plus grande concentration de trous dans le semi-conducteur, plus difficile à conduire dans la profondeur.

La structure de la matrice CCD que nous considérons est le nom du CCD avec le canal de surface de la transmission, car le canal pour lequel la charge accumulée est transmise est à la surface du semi-conducteur. La méthode de transmission de surface présente un certain nombre d'inconvénients significatifs associés aux propriétés de la limite semi-conductrice. Le fait est que la restriction du semi-conducteur dans l'espace perturbe la symétrie idéale de son réseau cristallin avec toutes les conséquences résultant d'ici. Ne retirez pas dans les subtilités de la physique solide, nous notons qu'une telle limitation entraîne la formation de pièges à énergie pour les électrons. En conséquence, les électrons accumulés sous l'influence peuvent être capturés par ces pièges, au lieu de transmettre d'un obturateur à l'autre. Entre autres choses, de tels pièges peuvent libérer de manière imprégnée des électrons, et pas toujours quand il en ait vraiment besoin. Il s'avère que le semi-conducteur commence à "bruit" - en d'autres termes, la quantité d'électrons accumulées sous la porte ne correspondra pas avec précision à l'intensité du rayonnement absorbé. Vous pouvez éviter de tels phénomènes, mais pour cela, le canal de transfert lui-même doit être déplacé dans les profondeurs du conducteur. Une telle décision a été mise en œuvre par les spécialistes de Philips en 1972. L'idée était qu'une couche mince de la semi-conducteur de type N a été créée dans la surface de la semi-conducteur de type P, c'est-à-dire le semi-conducteur dans lequel les principaux porteurs de la charge sont des électrons (figure 5).

Il est bien connu que le contact de deux semi-conducteurs avec divers types La conductivité entraîne la formation d'une couche épuisée sur la limite de transition. Cela est dû à la diffusion des trous et des électrons dans les directions mutuellement opposées et leur recombinaison. La présentation du potentiel positif sur l'obturateur augmente la taille de la zone épuisée. Il est caractéristique que maintenant la zone épuisée, ou le récipient photoélectronique lui-même, n'est pas à la surface et il n'y a donc pas de pièges de surface pour les électrons. Un tel canal de transfert s'appelle caché et tous les CCD modernes sont fabriqués avec un canal de transport caché.

Les principes de base du fonctionnement du capteur CCD que nous avons considéré sont utilisés pour construire diverses matrices PZD sur l'architecture. Il est possible de distinguer deux systèmes principaux de matrices: avec transfert de cadre et avec un transfert croisé.

Dans une matrice de cadre de cadre, il existe deux sections équivalentes avec le même nombre de lignes: accumulation et stockage. Chaque ligne de ces sections est formée par trois volets (transmettant, réception et isolation). De plus, comme indiqué ci-dessus déjà, toutes les lignes sont séparées par une pluralité de canaux d'arrêt formant les cellules d'accumulation dans la direction horizontale. Ainsi, le plus petit élément structurel de la matrice CCD (pixel) est créé à partir de trois volets horizontaux et de deux canaux d'arrêt verticaux (Fig. 6).

Lors de l'exposition dans la section d'accumulation, des photoélectrons sont formés. Après cela, les impulsions d'horloge fournies aux volets portent des charges accumulées de la section d'accumulation à la section de stockage ombragée, c'est-à-dire que toute la trame est entièrement transmise. Par conséquent, une telle architecture et a reçu le nom du CCD avec le transfert de cadre. Après avoir transféré la section d'accumulation est effacé et peut réaccumuler des charges, tandis que dans la section mémoire de mémoire des charges, entrez le registre de lecture horizontal. La structure du registre horizontal est similaire à la structure du capteur CCD - les mêmes trois volets de transfert de charge. Chaque élément du registre horizontal a une liaison de charge avec la colonne correspondante de la colonne Section de la mémoire et pour chaque impulsion d'horloge de la section d'accumulation, toute la ligne de la ligne entière est reçue du registre d'accumulation au registre de lecture, qui est puis transmis à l'amplificateur de sortie pour un traitement ultérieur.

Le schéma considéré de la matrice CCD a un avantage incontestable - un facteur de remplissage élevé (facteur de remplissage). Ce terme est habituel d'appeler le ratio de la zone photosensible de la matrice à sa superficie totale. Dans les matrices avec transfert de châssis, le coefficient de remplissage atteint près de 100%. Cette fonctionnalité vous permet de créer des appareils très sensibles basés sur eux.

Outre les avantages avantageux de la matrice avec un transfert de cadre cadre, il existe un certain nombre de lacunes. Tout d'abord, nous notons que le processus de transfert lui-même ne peut pas être effectué instantanément. Cette circonstance conduit à un certain nombre de phénomènes négatifs. Dans le processus de transfert de charge de la section d'accumulation, le premier reste illuminé et le processus d'accumulation de photoélectrons se poursuit. Cela conduit au fait que les zones lumineuses de l'image ont le temps de contribuer au paquet de chargement de quelqu'un d'autre, même pendant une courte période au cours de laquelle elle les transmet. En conséquence, le cadre apparaît des distorsions caractéristiques sous la forme de bandes verticales s'étendant à travers tout le cadre des zones lumineuses de l'image. Bien entendu, divers astuces peuvent être utilisés pour lutter contre de tels phénomènes, mais la méthode la plus radicale est la séparation de la section d'accumulation et la section de transfert afin que le transfert s'est déroulé dans la zone ombrée. La matrice d'une telle architecture a été appelée nom du CCD avec les arriérés (Fig. 7).

Contrairement au nombre décrit précédemment, la matrice avec transfert de trame-cadre, les photodiodes apparaissent en tant qu'éléments de charge (plus de détails, photodiodes seront discutés ultérieurement). Les charges accumulées par les photodiodes sont transférées sur les éléments CCD ombragés qui transfèrent davantage la charge. Nous notons que le transfert de l'ensemble de la trame des photodiodes aux registres de transfert de CCD verticaux se produit dans une horloge. Il y a une question à savoir-faire: pourquoi une telle architecture a-t-elle obtenu le nom des arriérés (il existe également un terme "transfert entrelacé")? Pour déterminer l'origine du nom du Cross-Country, ainsi que sur le transfert de cadre, rappelez le principe de base de la sortie d'image à l'écran de formation vidéo. Un signal de personnel est constitué de signaux de ligne séparés par un espace de marche, c'est-à-dire le temps nécessaire pour la numérisation électronique de faisceau électronique autour de l'écran de passer de la fin d'une ligne au début de la suivante. Il existe également des intervalles intercaders - le temps nécessaire pour déplacer le faisceau de la fin de la dernière chaîne au début de la première ligne (commutation vers un nouveau cadre).

Si vous vous souvenez de l'architecture de la matrice CCD avec un transfert intercontraire, il devient clair que le transfert du cadre de la section d'accumulation à la section de stockage se produit pendant l'intervalle intermédiaire du signal vidéo. Ceci est compréhensible, car pour le transfert de tout le cadre, un intervalle de temps considérable sera requis. Dans une architecture avec un transfert d'arriéré, le transfert de cadre se produit dans une horloge, et pour cela assez peu de temps. Ensuite, l'image entre dans le registre des décalages horizontaux et la transmission a lieu sur les lignes pendant les intervalles arctiques du signal vidéo.

Outre les deux types de matrices CCD considérés, il existe d'autres régimes. Par exemple, un diagramme combinant intercadron et un mécanisme amrerologique (transfert de personnel droit) est obtenu en ajoutant à la matrice CCD de la section de stockage. Dans le même temps, le transfert de cadre d'éléments photosensibles se produit dans une horloge pendant l'intervalle intervalle et pendant l'intervalle inter-cadre, le cadre est transmis à la section de stockage (transfert intercader); Dans la section de stockage, le cadre est transmis à un registre de décalage horizontal pendant les intervalles de cargaison (transfert intercader).

Récemment, le soi-disant Super-CCC (Super CCD) est distribué à l'aide de l'architecture cellulaire d'origine, qui forment des pixels octogonaux. En raison de cela, la surface de travail du silicium augmente et la densité de pixels augmente (le nombre de pixels du CCD). De plus, la forme octogonale de pixels augmente la surface de la surface photosensible.

Capteurs CMOS

Un type de capteur fondamentalement différent est le dossier CMOS Capteur (CMOS - Semi-conducteur de métal-oxyde de métal gratuit; en terminologie anglophone - CMOS).

L'architecture interne des capteurs CMOS peut être différente. Ainsi, en tant qu'élément photosensible, des photodiodes, des phototransistors ou une photo Mentimi peuvent être joués. Quel que soit le type d'élément photosensible, le principe de séparation des trous et des électrons obtenus pendant la photogénération reste inchangé. Considérez le type de photodiode le plus simple, sur l'exemple dont il est facile de comprendre le principe de fonctionnement de toutes les photocelles.

La photodiode la plus simple est un contact de semi-conducteurs N-et de P. À la frontière du contact de ces semi-conducteurs, une zone appauvrie est formée, c'est-à-dire une couche sans trous ni électrons. Une telle zone est formée à la suite de la diffusion des principaux transporteurs de charge dans des directions mutuellement opposées. Les trous se déplacent du p-semiconducteur (c'est-à-dire de la zone où ils sont en excès) au n-semi-conducteur (c'est-à-dire dans la zone où leur concentration est petite) et les électrons se déplacent dans la direction opposée, c'est-à-dire , du n-semi-conducteur en p-semiconducteur. À la suite d'une telle recombinaison, les trous et les électrons disparaissent et la zone appauvrie est créée. En outre, les ions de l'impureté sont prises aux limites de la zone épuisée et dans la N-Région, les ions d'impuretés sont une charge positive et dans la région P - négative. Ces charges, réparties le long de la bordure de la zone épuisée, forment un champ électrique similaire à ce qui est créé dans un condenseur plat composé de deux plaques. C'est ce champ qui effectue la fonction de la séparation spatiale des trous et des électrons générés au cours du processus de photogogénéération. La présence d'un tel champ local (elle s'appelle également la barrière potentielle) est un point fondamental de tout capteur photosensible (non seulement dans les photodiodes).

Supposons que la photodiode soit éclairée par la lumière, et la lumière tombe sur le n-semi-conducteur et la transition P-N perpendiculaire aux rayons de la lumière (Fig. 8). Les photoélectrons et les photoélectriques diffuseront dans la profondeur du cristal, et une partie de leur part qui n'a pas eu le temps de recombiner atteindra la surface de la transition P-N. Cependant, pour les électrons, un champ électrique existant est un obstacle irrésistible - une barrière potentielle, des électrons ne pourront donc pas surmonter la transition p-n. Les trous, au contraire, sont accélérés par un champ électrique et pénètrent dans la région P. En raison de la séparation spatiale des trous et des électrons, la N-Région est chargée négativement (photo photoélectrons) et la région P est positive (photo en excès).

La principale différence entre les capteurs CMOS des capteurs PZS n'est pas dans la méthode d'accumulation de charge, mais dans la méthode de son transfert supplémentaire. La technologie CMOS, contrairement à la CCD, permet un plus grand nombre d'opérations directement sur le cristal sur lequel se trouve une matrice photosensible. En plus de la libération d'électrons et de leur transmission, les capteurs CMOS peuvent également traiter des images, mettre en évidence les contours de l'image, réduire les interférences et produire une conversion analogique-numérique. De plus, il est possible de créer des capteurs de CMOS programmables, il est donc possible d'obtenir un dispositif multifonctionnel très flexible.

Une telle gamme de fonctions effectuées par un microcircuit est le principal avantage de la technologie CMOS sur le CCD. Cela réduit le nombre de composants externes nécessaires. L'utilisation d'un capteur CMOS dans la caméra numérique vous permet d'installer d'autres puces sur l'endroit libéré - par exemple, des processeurs de signal numériques (DSP) et des convertisseurs analogiques à numéros.

Le développement rapide des technologies CMOS a débuté en 1993 lorsque des capteurs de pixels actifs ont été créés. Avec cette technologie, chaque pixel a son propre amplificateur de transistor de lecture, ce qui vous permet de convertir la charge dans la tension directement sur le pixel. En outre, il y avait une opportunité d'accès arbitraire à chaque pixel du capteur (juste comme ça marche rAM avec accès arbitraire). La lecture de charge des pixels actifs du capteur CMOS est faite sur le diagramme parallèle (Fig. 9), ce qui vous permet de lire directement le signal de chaque pixel ou de la colonne de pixel. L'accès arbitraire permet au capteur CMOS de lire non seulement la matrice entière de l'ensemble, mais également des zones sélectives (méthode de lecture de fenêtre).

Malgré les avantages apparemment des matrices CMOS avant le CCD (dont le prix inférieur est inférieur), ils ont un certain nombre de lacunes. La présence de circuits supplémentaires sur un cristal CMOS-Matrix conduit à une série d'interférences, telles que la dispersion des transistors et de la diode, ainsi que l'effet de la charge résiduelle, c'est-à-dire que la matrice CMOS aujourd'hui est plus "bruyante". Par conséquent, dans des caméras numériques professionnelles, des matrices CCD de haute qualité seront utilisées dans un proche avenir et les capteurs CMOS maîtrisent le marché des appareils moins chers, notamment des caméras Web.

Comment la couleur s'avère

Les capteurs photosensibles discutés ci-dessus sont capables de réagir uniquement sur l'intensité de la lumière absorbée - plus l'intensité est élevée, plus la charge s'accumule mieux. Il y a une question naturelle: comment une image couleur obtient-elle?

Pour que la caméra distingue les couleurs, directement sur le pixel actif est superposée par une matrice de filtres de couleur (CFA, tableaux de filtres de couleur). Le principe de l'action du filtre de couleur est très simple: il ignore une certaine couleur (en d'autres termes, seule la lumière avec une certaine longueur d'onde). Mais combien de filtres de ce type auront besoin si le nombre de nuances de couleurs différentes n'est pratiquement pas limité? Il s'avère que toute nuance de couleur peut être obtenue en mélangeant certaines proportions de plusieurs couleurs de base (basiques). Dans le modèle additif le plus populaire RVB (rouge, vert, bleu), ces couleurs sont trois: rouge, vert et bleu. Ainsi, et les filtres de couleur n'auront besoin que de trois. Notez que le modèle de couleur RVB n'est pas le seul, mais il est utilisé dans la majorité écrasante des webcams numériques.

Les plus populaires sont les tableaux des filtres Bayer Motif (Bayer Motif). Dans ce système, des filtres rouges, verts et bleus sont disposés dans un ordre de vérificateur et le nombre de filtres verts est deux fois plus grand que le rouge ou le bleu. L'ordre de l'emplacement est tel que les filtres rouges et bleus sont situés entre le vert (fig. 10).

Ce ratio de filtres verts, rouges et bleus s'explique par les caractéristiques de la perception visuelle d'une personne: nos yeux sont plus sensibles au vert.

Dans la caméra CCD combinée trois canaux de couleur Il est effectué dans le dispositif de formage d'image après avoir convertir le signal d'une vue analogique en numérique. Dans KMOP Capteurs, cette combinaison peut se produire directement dans la puce. Dans tous les cas, les couleurs primaires de chaque filtre interpolent mathématiquement en tenant compte de la couleur des filtres adjacents. Par conséquent, afin d'obtenir la couleur vraie du pixel de l'image, il est nécessaire de savoir non seulement l'intensité de la lumière passée à travers le filtre léger de ce pixel, mais également les valeurs des intensités de la lumière que passé à travers les filtres de lumière des pixels environnants.

Comme indiqué précédemment, trois couleurs principales sont utilisées dans le modèle de couleur RVB, avec laquelle toute nuance du spectre visible peut être obtenue. Combien de nuances permettent de distinguer les caméras numériques? Le nombre maximum de nuances de couleurs différentes est déterminé par la profondeur de couleur, qui est à son tour déterminée par le nombre de bits utilisés pour le codage de couleur. Dans le célèbre modèle RGB 24 avec une profondeur de couleur 24 bits pour chaque couleur, 8 bits sont donnés. Avec l'aide de 8 bits, vous pouvez définir 256 couleurs différentes de rouge, de vert et de bleu respectivement. Chaque teinte se voit attribuer une valeur de 0 à 255. Par exemple, une couleur rouge peut prendre 256 gradations: de purement rouge (255) au noir (0). La valeur maximale de code correspond à la couleur pure et chaque code de couleur est habituel pour positionner dans l'ordre suivant: rouge, vert et bleu. Par exemple, le code de couleur rouge pure est écrit sous la forme (255, 0, 0), le code de vert - (0, 255, 0) et le code bleu - (0, 0, 255). Le jaune peut être obtenu en mélangeant rouge et vert, et son code est écrit sous la forme (255, 255, 0).

Outre le modèle RVB, les modèles YUV et YCRCB sont également largement utilisés, qui sont similaires à ceux-ci et sont basés sur la séparation des signaux de luminosité et de chroma. Le signal Y est un signal de luminosité qui est déterminé par le mélange de couleurs rouges, vertes et bleues. Les signaux U et V (CR, CB) sont colorés. Donc, le signal U est proche de la différence entre les composants bleus et jaunes image couleuret le signal V est proche de la différence entre les composants rouge et vert de l'image couleur.

Le principal avantage du modèle YUV (YCRCB) est que cette méthode de codage est bien que plus compliquée que la RVB, mais nécessite une bande passante inférieure. Le fait est que la sensibilité de l'œil humain sur la luminosité Y-composant et les composants de couleur de non-Etinakov, il est donc tout à fait acceptable d'effectuer cette conversion avec l'amincissement (interlimant) des composants de résolution de la couleur, lorsque le Y -Components sont calculés pour un groupe de quatre pixels adjacents (2 × 2). et les composants de la colonne sont utilisés communs (le schéma dit de 4: 1: 1). Il n'est pas difficile de calculer que déjà le schéma 4: 1: 1 vous permet de réduire la moitié du flux de sortie (au lieu de 12 octets pour quatre pixels adjacents, six). Lors de l'encodage selon le schéma YUV 4: 2: 2, le signal de luminosité est transmis pour chaque point et les signaux incolores U et V ne sont que pour chaque deuxième point de la chaîne.

Comment fonctionne des œuvres numériques

Caméras web

le rhinzip de tous les types de caméras numériques est à peu près le même. Considérez un schéma typique de la webcam la plus simple, la principale différence que d'autres types de caméras est la présence d'une interface USB pour la connexion à un ordinateur.

Outre le système optique (objectif) et le capteur CCD photosensible ou CMOS, la présence d'un convertisseur analogique-numérique (ADC), qui convertit des signaux de capteur de lumière analogique en un code numérique. De plus, un système de formation d'image couleur est également nécessaire. Un autre élément important de la caméra est un diagramme responsable de la compression de données et de la préparation de la transmission dans le format souhaité. Par exemple, dans la caméra Web à l'étude, les données vidéo sont transmises à l'ordinateur. interface USBDonc, à sa sortie doit être le contrôleur d'interface USB. Régime structurel L'appareil photo numérique est représenté à la Fig. Onze .

Le convertisseur analogique-numérique est conçu pour échantillonner un signal analogique continu et caractérisé par la fréquence des échantillons qui déterminent les intervalles de temps à travers lesquels le signal analogique est mesuré, ainsi que sa décharge. La décharge de l'ADC est le nombre de bits utilisés pour représenter chaque signal de référence. Par exemple, si un ADC 8 bits est utilisé, 8 bits sont utilisés pour représenter le signal, ce qui permet de distinguer 256 gradations du signal source. Lors de l'utilisation d'un ADC 10 bits, il est possible de distinguer 1024 gradations différentes d'un signal analogique.

En raison de la faible bande passante USB 1.1 (seulement 12 Mbit / s, à partir de laquelle la caméra Web n'utilise pas plus de 8 Mbps) avant de passer à l'ordinateur, les données doivent être comprimées. Par exemple, lors de la résolution d'une image 320 × 240 pixels et d'une profondeur de couleur de 24 bits, la taille du cadre sous une forme non compressée sera de 1,76 Mbps. Avec la bande passante de la largeur de bande de canal USB 8 Mbps, la vitesse maximale du signal non compressé ne sera que de 4,5 images par seconde et d'obtenir vidéo de qualité Le taux de transfert est requis 24 trames ou plus par seconde. Ainsi, il devient clair que sans la compression matérielle des informations transmises, le fonctionnement normal de la chambre n'est pas possible.

Conformément à la documentation technique, cette matrice CMOS a une résolution de 664 × 492 (326 688 pixels) et peut fonctionner à une vitesse pouvant atteindre 30 images par seconde. Le capteur prend en charge le type de balayage progressif et de chaîne et fournit le rapport "signal / bruit" de plus de 48 dB.

Comme on peut le voir sur le diagramme de blocs, l'unité de formage de couleur (processeur de signal analogique) comporte deux canaux - RVB et YCRCB, et pour le modèle YCRCB, la luminosité et les signaux incolores sont calculés par des formules:

Y \u003d 0.59G + 0.31R + 0,11B,

Cr \u003d 0,713 × (r - y),

CB \u003d 0,564 × (B - Y).

Les signaux analogiques RVB et YCRCB générés par un processeur de signal analogique sont traités par deux ADC à 10 bits, chacun d'entre eux qui fonctionne à une vitesse de 13,5 mSps, qui fournit une synchronisation avec une vitesse de pixel. Après numérisation, les données arrivent sur le convertisseur numérique qui génère des données vidéo dans un format de format YUV 4: 2: 2 de 16 bits ou 8 bits Y 4: 0: 0, qui sont envoyés au port de sortie sur un 16 bits. ou bus 8 bits.

De plus, le capteur CMOS à l'étude a une large gamme de capacités de correction d'image: l'installation de la balance des blancs, la gestion de l'exposition, la correction gamma, la correction des couleurs, etc. sont fournies. Vous pouvez contrôler le fonctionnement du capteur via l'interface SCCB (bus de contrôle de la caméra série).

Le microcircuit OV511 +, dont le diagramme de bloc est représenté sur la Fig. 13, est un contrôleur USB.

Le contrôleur vous permet de transmettre des données vidéo via un bus USB à une vitesse maximale de 7,5 Mbps. Il est facile de calculer qu'une telle bande passante n'autorise pas le flux vidéo avec une vitesse acceptable sans compression préalable. En fait, la compression est l'objectif principal du contrôleur USB. En assurant la compression nécessaire en temps réel, jusqu'au degré de compression 8: 1, le contrôleur vous permet de transférer le flux vidéo à une vitesse de 10-15 images par seconde à une résolution de 640 × 480 et à une vitesse de 30 images par seconde à une résolution de 320 × 240 et moins.

La compression des données est le bloc Omnice qui implémente l'algorithme de compression d'entreprise. Omnice fournit non seulement la vitesse nécessaire du flux vidéo, mais également une décompression rapide avec une chargement minimale du processeur central (au moins selon les développeurs). Le ratio de compression fourni par l'unité Omnice varie de 4 à 8, en fonction de la vitesse requise du flux vidéo.

Informatique 12 "2001

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.

PZD-Matrix (SOC. De "appareil avec la communication de charge") 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 semi-conducteurs à oxyde métallique;
KMDP; Anglais CMOS, Compléenary-Symétrie / Semiconducteur en oxyde métallique) - Technologie de la construction de circuits électroniques.

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 MATRICES CMOS Les caméras vidéo étaient une qualité d'image. Matrice CCD Fourni et fournit un niveau de bruit inférieur. Par conséquent Chips cmos Extrêmement mal élevé à faible éclairage, comparé à Chips CCD. Et puisque la lumière basse est l'une des principales difficultés de la photographie vidéo, c'était la principale barrière à utiliser 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. - Les distorsions qui apparaissent lors de la capture de l'image dynamique en raison de la faible sensibilité du capteur. 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 un puissant processeur. 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. Ce n'est pas le type de matrice, mais le logiciel mis en œuvre par le processeur de caméra.

Avantages des matrices CCD:

• Niveaux de bruit faible.
• Un coefficient de pixels de remplissage élevé (environ 100%).
• Efficacité élevée (rapport du nombre de photons enregistrés à son nombre total survenu à la zone photosensible de la matrice, pour CCD - 95%).
• Gamme dynamique élevée (sensibilité).
• Bonne sensibilité dans la bande IR.

• Principe complexe de la lecture du signal, et donc la technologie.
• Consommation élevée de puissance (jusqu'à 2-5W).
• Plus cher en production.

• Haute vitesse (jusqu'à 500 cadres / s).
• Faible consommation d'énergie (presque 100 fois par rapport au CCD).
• Moins cher et plus facile dans la production.
• La prometteuse de la technologie (sur le même cristal en principe, rien ne devrait être réalisé tout le nécessaire schémas supplémentaires: Convertisseurs analogiques-numériques, processeur, mémoire, ainsi obtenus, ainsi terminé une chambre numérique sur un cristal).

• Faible coefficient de pixels de remplissage, qui réduit la sensibilité (surface effective d'un pixel ~ 75%, les transistors de repos occupent).
• Le niveau élevé de bruit (il est dû aux courants dits tempo - même en l'absence d'éclairage à travers la photodiode flux plutôt courant) la lutte contre laquelle complique et augmente le coût de la technologie.
• Plage dynamique basse.

Comme toute technologie technologique, CMOS et CCD, les avantages et les inconvénients que nous avons essayés de considérer dans cet article. Dans la fabrication de matrices pour les caméras Vesta, les deux technologies sont utilisées. Les caméras Vesta numériques et analogiques sont produites sur la base de CMOS et de capteurs CCD. Les caméras analogiques de Vesta sont produites principalement sur la base de capteurs CCD. Les caméras analogiques de Vesta à base de capteurs CMOS sont marquées du symbole «C», par exemple VC-200C. Les caméras IP de Vesta sont principalement utilisées des capteurs CMOS, mais il existe également des caméras basées sur des matrices CCD, telles que VC-6304 IR, créées sur la base d'un capteur CCD capable de former une vidéo avec une résolution à 928 * 576 (960h). Lors du choix de Vesta Cameras, il est nécessaire de prendre en compte tous les avantages et les inconvénients de ces technologies, faisant attention aux paramètres tels que la photosensibilité, une large gamme dynamique, la consommation d'énergie, le niveau de bruit, le coût de la caméra.

Par conséquent, un seul point focal ne sera plus et que l'œil ne sera pas en mesure de voir clairement des images d'objets.

Les symptômes de l'astigmatisme sont plus spécifiques; Aux premières étapes, la maladie est souvent manifestée par une petite défocalisation de la vision, elle est donc souvent prise pour la fatigue des yeux.

Leur différence par rapport à l'ordinaire est qu'ils ont une surface plus épaisse, combinant une forme sphérique avec cylindrique. La nomination de lentilles est effectuée par un spécialiste basé sur le diagnostic.

Les hormones participent au développement sexuel, la respiration de conduite, est responsable de la fonction de reproduction et de la perception sensuelle d'une personne. L'excès ou le manque d'hormones altère la qualité humaine.

Bien sûr, cette option a à la fois des contre-indications et moins sous la forme d'un prix.

La forme souhaitée d'extraction (email.

les blessures, les opérations ou les maladies sont perturbées par la forme correcte de la cornée.

Contrairement à la myopie, l'astigmatisme ne progresse pas, par conséquent, la sélection correcte et précoce des points ou des lentilles de contact peut entièrement restaurer la netteté visuelle.

FTK vous permet d'amener le système optique de l'œil à un degré de proportionnalité plus élevé, qui est reflété au niveau du fonctionnement de l'analyseur visuel dans son ensemble.

Comment je me suis débarrassé de l'astigmatisme.

Le cerveau ne peut pas continuer à traiter normalement des signaux provenant de l'œil. Une telle diminution de la vision n'est pas nécessaire à la correction avec des lunettes.

En préparant des lentilles sphériques, la réfraction de ce méridien est déterminée. L'ophtalmologiste transforme l'écart pendant 90 degrés, tandis que le patient prend note d'une vue aggravée.

Grâce à ces lentilles, la réfraction des rayons dans un méridien change, tandis que les inconvénients du système optique modifié des yeux sont corrigés.

Il est interdit de copier des matériaux sans référence active à la source d'origine.

L'estimation la plus simple est la différence entre la réfraction la plus forte et la plus faible.

Pendant ce temps, la couche supérieure de la cornée est levée, un excès de tissu est éliminé à l'aide d'un laser, après quoi l'écart est fixé avec du collagène.

Les courbes obtenues permettent de juger de la forme de surfaces focales astigmatiques et sur la base de cela sur certaines caractéristiques du système à l'étude.

Essayez d'empêcher l'irritation des yeux mécaniques par le froid, le soleil, le vent avec du sable, etc.

Pour identifier l'astigmatisme congénital, il est nécessaire de mener à bien le dispensaire des enfants conformément à l'annexe liée à l'âge.

Avec un obturateur isolé avec des canaux de différentes conches.

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 de l'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 a 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.
• En plus de l'amplificateur à l'intérieur du pixel, les schémas amplificateurs peuvent être placés n'importe où dans 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 appliqué que pour les matrices CMOS dans des dispositifs optiques spécifiques tels que des télescopes électroniques. Dans ces matrices, le "cerclage" électronique d'un pixel, qui empêche la promotion de photons à l'élément de détection de la lumière, a été déplacé du haut à la couche inférieure de la matrice, ce qui a permis d'augmenter à la fois la taille physique de la Pixel avec les mêmes tailles géométriques de la matrice et la disponibilité de la lumière des éléments, qui, en conséquence, augmentait la photosensibilité de chaque pixel et la matrice dans son ensemble. Les matrices CMOS ont été d'abord comparées aux matrices de la CCD sur la photosensibilité, mais se sont avérées plus économes en énergie et privées de l'absence principale de la technologie CCD - «peur». En 2009, Sony a amélioré la matrice CMOS avec une technologie EXMOR qui leur s'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 transforme sa propre courbe caractéristique et le problème de la diffusion de la photosensibilité et du coefficient de contraste du pixel de la matrice apparaît. En conséquence, les premières matrices CMOS produits ont eu une résolution relativement basse et un niveau élevé de "bruit structurel" (eng. bruit de motif.).
• La présence sur la matrice est grande par rapport à la photodiode Le volume des éléments électroniques crée un chauffage supplémentaire du dispositif pendant le processus de lecture et conduit à une augmentation du bruit thermique.

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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 un dispositif 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 standard PAL. Pour traiter un tel signal, Sony propose un certain nombre de processeurs de signal EFIO.

Ik-constituant ajouté
L'une des méthodes efficaces d'augmentation de la sensibilité intégrale consiste à élargir les caractéristiques spectrales de la sensibilité dans la plage infrarouge. Ceci est particulièrement caractéristique de la matrice Ex-View. L'ajout d'un composant IR déforme quelque peu la transmission de la luminosité relative des couleurs, mais pour une version noire et blanche, il 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 montre les caractéristiques spectrales de la sensibilité de Sony 1/3 "Super avaient (ICX29AK) et Super avaient 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 ne sont pas possibles, car il n'y avait donc pas de matrices colorées d'utilisation généralisée, 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 filtre 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.

La nouvelle technologie de production des matrices EXMOR est basée sur la modification de la direction de la chute du 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.