ВИДОВЕ СВЕТОЧУСТВИТЕЛНИ МАТРИЦИ СПОРЕД ИЗПОЛЗВАНАТА ТЕХНОЛОГИЯ

Качественото ниво на съвременния фотоапарат се определя от техническото съвършенство на намиращата се в него матрица от светочуствителни елементи.

Избираики цифров фотоапарат, ние навярно ще се сблъскаме със случаи на използването в относително скъпи фотоапарати на сензори с невисоки характеристики. Но обратната ситуация - използване на висококачествена матрица в прост любителски фотоапарат е невъзможна. Светочувствителният сензор е най-скъпата и най-значимата част на цифровата камера.

Днес в производството на светочуствителни матрици се използват основно две конкуриращи се технологии. Първата, по-простичка по редица признаци и по-перспективна е CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Лидер на пазара на цифрова фототехника е технологията CCD (Charge-Coupled Device). По-трудоемки за производство, матриците от типа CCD се използват в огромното болшинство от цифровите фотоапарати. CMOS матриците най-често се използват в евтините модели. Canon използват разновидност на CMOS матриците в най-високите си модели, а компанията Foveon, производител на едноименните матрици е усвоила изкуството на получаване на висококачествени изображения на основата на CMOS матрица. Даже Nikon се присъединиха към тази компания с фотоапаратите си от най-висок клас.

CCD

В простичък вид принципът на действие на матрицата от светочуствителни елементи на цифровите фотоапарати изглежда по следния начин. CCD матрицата се състои от подложка, изработена от монокристален полупроводников материал, изолиращ слой от оксил, покриващ подложкката, набор от микроскопични метални проводници-електроди. Към електродите на матрицата се подава ел. ток. Осветяването на повърхността на матрицата води до промяна на силата на тока (заряда) на изходящите електроди се променя, т.н. всяка единица от светочуствителната матрица реагира на интензитета на светлината. Тези изменения се изчисляват от електронната схема на фотоапарата и на тяхна основа се построява изображението, съответстващо на фокусираната на повърхността на изображението. Основата на матрицата, изработена по технологията CMOS са полеви транзистори, които при осветяване променят състоянието си, които при засветка променят състоянието си, препятствайки протичането на електрически ток през изводите, или обратно, усилвайки сигнала. Електронната схема на фотоапарата отчита измененията в състоянието на ячеек на матрицата и на тази основа построява изображението.

CMOS

CMOS матриците се отличават с понижено енергопотребление в сравнение с CCD матриците. От друга страна резолюцията, динамичният диапазон и устойчивостта на шум при CMOS матриците са по-ниски отколкото при CCD. Това се обяснява със сложността на устройството, а също и с по-ниската светочуствителност на полевите транзистори на елементите. Използваните във фотоапарати от нисък клас в началото, CMOS матриците са конструирани във вид на голяма хибридна микросхема, върху платката на която са монтирани много сервизни схеми на фотоапарата. Това са аналогово-цифровият преобразувател (АЦП) и електронният затвор, схемите за баланса на белия цвят и компресията на изображението.
Фотоапаратите на основата на CMOS матрица нямат нужда от много спомагателни електронни механизми. По своята същност евтината Web-камера с функция за автономна работа в качество на цифров фотоапарат се състои от корпус, батериен блок, прост обектив, неголям набор от пасивни елементи и една микросхема, на която е възложена цялата работа по цифровизиране и обработка на изображенията. Оттам е и извънредно ниската цена.
Още една положителна страна на CMOS матриците е тяхната стабилност и дълговечност. Причината отново е използването на полеви транзистори като светочуствителни елементи, в по-големите размери на всеки елемент и във високата технологичност на производството. Микроскопичните пиксели на светочувствителната матрица реагират само на интензитета на попадащата върху тях светлина. За да се получи изображение, приближаващо се до качество до филмова снимка, цифровият фотоапарат трябва да различава също и оттенъците на цветовете. За увеличаване на точността на работата на матрицата (подобряване на съотношението сигнал/шум) чрез повишаване на светочуствителността, всяки пиксел е със събирателна микролеща, фокусираща светлинния поток. Това се отнася най-вече за CMOS матриците, където без такива лещи трудно може да постигне необходимото качество на изображението.

Live MOS

Създадена от Panasonic. Изпълнена на основата на MOS технологията. В резултат на някои технически нововъведения дава възможност за получаване на "живо" изображение - Live View при липса на традиционните за такъв режим на работа прегряване и повишаване на нивото на шум.

Накратко CMOS срещу CCD

Посочените типове матрици реагират по различен начин на попадащата върху тях светлина. CCD матрицата е аналогов елемент. Всеки детектор е фотодиод, който има способността да съхрани електрически заряд (емкост), натрупан в резултат от попаденията на фотоните върху него. Това е просто устройство, което не изисква логически схеми или транзистори, свързани със всеки пиксел.

CMOS матрицата предполага наличие на отделен транзистор за всеки детектор. В резултат на това всеки пиксел може да се изчисли отделно. За разлика от CCD матриците, при които цялата информация се обработва от външно устройство, всеки пиксел от CMOS матрицата се обработва индивидуално и веднага. В резултат на това сензорът може да реагира на специфични условия на осветеност в момента на снимане. С две думи, някои процеси на обработка на изображението се извършват непосредствено в CMOS матрицата, което е невъзможно за CCD.

Предимства на CCD матриците:
1. Ниско ниво на шума.
2. Висок коефициент на запълване на пикселите (около 100%).
3. Висока ефективност (отношението между броя на регистрираните фотони към общия им брой, попадащи върху светочуствителната област на матрицата, около 95%).
4. Висок динамичен диапазон.

Недостатъци на CCD матриците:
1. Сложният принцип на преобразуване на сигнала, оттам и технологията.
2. Високо ниво на енергопотреблене (до 2-5 Вт).
3. По-скъпо производство.

Предимства на CMOS матриците:
1. Високо бързодействие (до 500 кадъра/сек).
2. Ниско потребление на енергия (почти в 100 пъти в сравнение с CCD).
3. По евтино и просто производство.
4. Перспективност на технологията (на същия кристал напълно безплатно могат да се реализират всички необходими допълнителни схеми: аналогово-цифровият преобразувател (АЦП) и електронният затвор, процесорът, схемите за баланса на белия цвят и компресията на изображението).

Недостатъци на CMOS матриците:
1. Нисък коефициент на запълване на пикселите, което намалява чуствителността (ефективната повърхност на пиксела е ~75%, останалото е заето от транзистори).
2. Високо ниво на шума (обусловен от факта, че и в отсъствие на светлина през фотодиода протича значителен ток), борбата с който усложнява и оскъпява технологията.
3. Невисок динамичен диапазон.

2010 © Macropic

0
0
0
s2sdefault
© 2009-2019 MacroPic. All Rights Reserved.

Please publish modules in offcanvas position.