Ccd og cmos som er bedre. CCD- og CMOS-matriser

Legg igjen en kommentar 6,950

Sammenligning av matriser i videokameraer og kameraer (CMOS, CCD)

Nylig, i artikkelen vår om valg av videokamera for en familie, skrev vi om matriser. Der berørte vi dette problemet enkelt, men i dag vil vi prøve å beskrive begge teknologiene mer detaljert.

Hva er en matrise i et videokamera? Dette er en mikrokrets som konverterer et lyssignal til et elektrisk. I dag er det 2 teknologier, det vil si 2 typer matriser - CCD (CCD) og CMOS (CMOS)... De er forskjellige fra hverandre, hver har sine egne fordeler og ulemper. Det er umulig å si sikkert hvilken som er bedre og hvilken som er dårligere. De utvikler seg parallelt. Vi vil ikke gå inn på tekniske detaljer, siden de vil være trivielt uforståelige, men generelt sett vil vi definere deres viktigste fordeler og ulemper.

CMOS-teknologi (CMOS)

CMOS-matriser først og fremst skryte av lavt strømforbruk, noe som er et pluss. Et videokamera med denne teknologien vil vare litt lenger (avhengig av batterikapasitet). Men dette er bagateller.

Hovedforskjellen og fordelen er tilfeldig lesing av cellene (i CCD utføres lesing samtidig), på grunn av hvilken uskarphet av bildet er utelukket. Har du noen gang sett "vertikale søyler av lys" fra lyse punktobjekter? Så CMOS-matriser utelukker muligheten for deres utseende. Og kameraer basert på dem er også billigere.

Det er også ulemper. Den første er den lille størrelsen på det fotosensitive elementet (i forhold til pikselstørrelsen). Her er det meste av pikselområdet okkupert av elektronikk, derfor er området til det lysfølsomme elementet redusert. Følgelig avtar matrisens følsomhet.

Fordi elektronisk behandling utføres på en piksel, så øker mengden støy i bildet. Dette er også en ulempe, det samme er den lave skannetiden. På grunn av dette oppstår effekten av en "rullende lukker": når operatøren beveger seg, kan objektet i rammen bli forvrengt.

CCD-teknologi (CCD)

Videokameraer med CCD-matriser gir bilder av høy kvalitet. Visuelt er det lett å merke mindre støy i video tatt med et CCD-videokamera sammenlignet med video tatt med et CMOS-kamera. Dette er den aller første og viktigste fordelen. Og en ting til: effektiviteten til CCD-matriser er rett og slett fantastisk: fyllfaktoren nærmer seg 100 %, forholdet mellom registrerte fotoner er 95 %. Ta det normale menneskelige øyet - her er forholdet omtrent 1%.


Kamera CCD

Høy pris og høyt strømforbruk er ulempene med disse matrisene. Saken er at innspillingsprosessen er utrolig vanskelig her. Bildefiksering utføres takket være mange tilleggsmekanismer som ikke er tilgjengelige i CMOS-matriser, derfor er CCD-teknologi betydelig dyrere.

CCD-matriser brukes i enheter som det kreves for å få et farge- og bilde av høy kvalitet, og som muligens vil ta dynamiske scener. Dette er profesjonelle videokameraer for det meste, selv om de også er husholdningsapparater. Dette er også overvåkingssystemer, digitale kameraer mv.

CMOS-matriser brukes der det ikke er spesielt høye krav til bildekvalitet: bevegelsessensorer, rimelige smarttelefoner ... Dette var imidlertid tilfellet før. Moderne CMOS-matriser har forskjellige modifikasjoner, noe som gjør dem av meget høy kvalitet og verdige i forhold til å konkurrere med CCD-matriser.

Nå er det vanskelig å bedømme hvilken teknologi som er bedre, fordi begge viser utmerkede resultater. Derfor er det i det minste dumt å sette type matrise som eneste utvalgskriterium. Det er mange egenskaper å vurdere.

CCD-matrise(engelsk ladekoblet enhet), eller CCD-matrise ( ladekoblede enheter), ble utviklet i USA på slutten av 1960-tallet som et minne for datamaskiner. Den begynte å bli brukt på begynnelsen av 1970-tallet. Prinsippet for drift av CCD-matrisen er basert på linje-for-linje-bevegelsen av ladninger akkumulert i hullene dannet av fotoner i de nevnte silisiumatomene. Ved avlesning av den elektriske ladningen fra matrisen overføres ladningene til kanten av matrisen og mot forsterkeren, som overfører det forsterkede signalet til analog-til-digital-omformeren (ADC), og deretter går det konverterte signalet til prosessoren.

Moderne digitale kameraer bruker to typer matriser:

Kamerasensoren av CMOS-typen tar ledelsen

CMOS-sensor(eng. Komplementær Metal Oxide Semiconductor), eller CMOS-matrise ( komplementære metalloksidhalvledere) opererer på grunnlag av aktive punktsensorer. I motsetning til en CCD-matrise, konverterer denne matrisen ladning til spenning direkte i pikselen. Takket være et slikt rasjonelt system økes hastigheten til kameraet ved behandling av informasjon fra matrisen betydelig og bidrar til integreringen av CMOS-matrisen direkte med en analog-til-digital-omformer eller til og med med en prosessor. Som et resultat spares strøm (handlingskjeden er ikke like lang som for kameraer med CCD-matrise) og enheten blir billigere ved å forenkle designet.

Tidligere CCD-matriser var mer følsomme og i stand til å produsere bilder av høyere kvalitet enn CMOS-matriser... Nå, med utviklingen av teknologier, spesielt med forbedringen av kvaliteten på silisiumskiver og forbedringen av forsterkerkretsen, er bildekvaliteten oppnådd på digitale kameraer med en CMOS-matrise praktisk talt ikke dårligere enn den oppnådde bildekvaliteten på digitale kameraer med CCD-matrise. Dette faktum beviser i det minste at Canon begynte å produsere noen profesjonelle DSLR-er (D-30, D-60, D-10, etc.) ved hjelp av en CMOS-matrise.

Silisiummatriser til digitale kameraer har en annen nyanse: lysstråler som passerer gjennom linsen treffer sensoren i rett vinkel bare i midten av rammen, resten faller på skrå. Hvis dette ikke betyr noe for filmen, er strålene som faller inn på den i en skrå vinkel for matrisen kritiske og uønskede. Derfor går noen produsenter til og med til slike triks at de installerer en mikrolinse over hver piksel, som fokuserer lyset i riktig vinkel og med riktig kraft.

Og her er en tegning som gir en ide om hvordan matriser i forskjellige størrelser ser ut mot bakgrunnen av 35 mm film, eller en matrise i full størrelse.

Kameraer er som kjent delt inn i to brede kategorier – analoge og digitale – basert på den lysfølsomme overflaten som fanger bildet. I et analogt kamera var denne overflaten en fotografisk film - en enkel ting med en viss lysfølsomhet, et visst antall engangsrammer, hvorfra det etter kjemisk bearbeiding var mulig å få et bildetrykk på papir.

I digitale kameraer tar matrisen denne grunnleggende rollen. Matrise- en enhet hvis hovedfunksjon er å digitalisere visse parametere for lyset som treffer overflaten. Denne prosessen vises i detalj og tydelig i en utmerket video fra Discovery i artikkelen vår ", hvis du ikke har sett den ennå, sørg for å gjøre det!

Det er to hoved-, mest populære og samtidig konkurrerende matriseteknologier - disse er Ccd og CMOS... La oss finne ut av det i dag med hva forskjell mellom Ccd og CMOS matriser?

Vi vil prøve å forstå forskjellene deres uten å dykke ned i detaljene i fysikk, bare for å ha en idé ikke bare om hvordan kameraet fungerer, men også om hva slags matrise du har på kameraet ditt nå. Jeg tror dette vil være nok for en nybegynner fotograf, og som er interessert i detaljer, vil han kunne grave videre og uavhengig.

CCD-matrise, kilde: Wikipedia

Så, Ccd- dette er ladekoblet enhet... Denne typen matrise ble i utgangspunktet ansett for å være av høyere kvalitet, men også dyrere og mer energikrevende. Hvis du presenterer det grunnleggende prinsippet for drift av CCD-matrisen i et nøtteskall, samler de hele bildet i en analog versjon, og først da digitaliserer de.

I motsetning til CCD-matriser, CMOS-matriser (komplementær metall-oksid-halvleder, CMOS) digitaliser hver piksel på plass. CMOS-matriser var i utgangspunktet mindre strømkrevende og billige, spesielt ved produksjon av store matriser, men de var dårligere enn CCD-matriser i kvalitet.

CMOS-matrise, kilde: Wikipedia

CCD-er er preget av høyere bildekvalitet og er fortsatt populære innen medisin, industri, vitenskap, hvor bildekvalitet er avgjørende. Nylig har CCD-sensorer redusert strømforbruk og kostnader, og CMOS-sensorer har forbedret bildekvaliteten betydelig, spesielt etter den teknologiske revolusjonen i produksjonen av CMOS-sensorer, ved bruk av Active Pixel Sensors (APS)-teknologi ble det lagt til en transistorforsterker for lesing. hver piksel, noe som gjorde det mulig å konvertere ladning til spenning rett i pikselen. Dette ga et gjennombrudd innen CMOS-teknologi, i 2008 hadde det blitt praktisk talt et alternativ til CCD-matriser. Dessuten gjorde CMOS-teknologi det mulig å ta opp video og introdusere denne funksjonen i moderne kameraer, og de fleste moderne digitale kameraer er utstyrt med CMOS-matriser.

De fleste moderne digitale enheter for foto- og videoopptak bruker to typer sensorer - CCD og CMOS.

CCD - ladekoblet enhet (eller CCD - enhet med ladetilbakemelding).

CMOS - komplementær metall-oksid-halvleder (eller - komplementær logikk på metall-oksid-halvleder-transistorer, CMOS).

I et digitalkamera eller videokamera er matrisen en analog av en foto-videofilm. Men i motsetning til filmer, er matrisen ikke engangs, den er ikke dekket med en spesiell emulsjon som går inn i en kjemisk reaksjon med lys, den beholder ikke den ferdige rammen.

Matrisen er en høyteknologisk elektronisk enhet, hvis hovedfunksjon er å digitalisere lyset som faller på overflaten gjennom linsen. Etter det blir dette digitaliserte lyset konvertert til et av de populære digitale formatene og lagret på en harddisk, eller en annen enhet beregnet for dette.

Matriser laget ved hjelp av CCD (eller CCD)-teknologi skiller seg fra matriser laget ved hjelp av CMOS (eller CMOS)-teknologi i flere nøkkelparametere. Først av alt er det fargegjengivelse. Det antas å være bedre på CCD-er. Imidlertid er det generelt akseptert at CCD-er er mye mer støyende enn deres CMOS-motstykker, selv ved middels ISO-verdier. Derfor er de fleste moderne digitalkameraer utstyrt med CMOS-matriser. I tillegg er CCD-er dyrere å produsere og bruker også mye mer strøm enn CMOS.
Hovedforskjellen mellom teknologiene er prinsippet om overflaterespons på et signal. Med andre ord behandler CCD-matrisen alt lyset som treffer den i sin helhet. Og CMOS-matrise - i deler - hver piksel separat. Takket være den innovative Active Pixel Sensors (APS)-teknologien, hvor ved hjelp av transistorforsterkere koblet til hver piksel, er fargegjengivelseskvaliteten til CMOS-matriser svært nær nivået til CCD-matriser.

Tre matrise videokamera />

For videofilming er det å foretrekke å velge utstyr basert på CCD-matriser. Denne typen sensorer er mye bedre til å fange levende bilder, som ikke kan holde tritt med de mer teknologisk trege CMOS-sensorene. Noen, inkludert de for amatørfotografering, er utstyrt med tre CCD-matriser samtidig - som hver er konfigurert til å fikse en egen farge fra RGB-modellen. Disse videokameraene har forbedret fargegjengivelse og forbedret videokvalitet. De fleste profesjonelle digitale videokameraer er utstyrt med nøyaktig tre CCD-matriser.

For fotografering er tvert imot kameraer som jobber på CMOS-matriser bedre egnet.

© bukentagen

Velg en vurdering Dårlig Normal God Utmerket Utmerket

Matrisen er det viktigste strukturelle elementet til kameraet og en av nøkkelparametrene som tas i betraktning av brukeren når han velger et kamera. Matriser til moderne digitalkameraer kan klassifiseres etter flere tegn, men det viktigste og vanligste er til og med inndelingen av matriser etter ladefølende metode, på: matriser Ccd type og CMOS matriser. I denne artikkelen vil vi vurdere prinsippene for drift, samt fordelene og ulempene ved disse to typene matriser, siden de ofte brukes i moderne fotografi- og videoutstyr.

CCD-matrise

Matrisen Ccd også kalt CCD(Enheter med ladetilkobling). CCD matrisen er en rektangulær plate av lysfølsomme elementer (fotodioder) plassert på en halvleder silisiumkrystall. Prinsippet for dens handling er basert på linje-for-linje-bevegelse av ladninger som har samlet seg i hullene dannet av fotoner i silisiumatomer. Det vil si at når man kolliderer med en fotodiode, absorberes et foton av lys og et elektron frigjøres (en intern fotoelektrisk effekt oppstår). Som et resultat dannes det en ladning som på en eller annen måte må lagres for videre behandling. For dette formålet er en halvleder innebygd i silisiumsubstratet til matrisen, over hvilken en gjennomsiktig polykrystallinsk silisiumelektrode er plassert. Og som et resultat av å påføre et elektrisk potensial til en gitt elektrode i utarmingssonen under halvlederen, dannes en såkalt potensialbrønn, der ladningen mottatt fra fotoner lagres. Når den elektriske ladningen leses fra matrisen, overføres ladningene (lagret i potensielle brønner) langs overføringselektrodene til kanten av matrisen (serielt skiftregister) og mot forsterkeren, som forsterker signalet og sender det til den analoge -to-digital converter (ADC), hvorfra det konverterte signalet sendes til prosessoren, som behandler signalet og lagrer det resulterende bildet på minnekortet .

For fremstilling av CCD-er brukes polysilisiumfotodioder. Slike matriser er små i størrelse og lar deg få bilder av høy kvalitet når du fotograferer i vanlig lys.

Fordeler med CCD:

  1. Utformingen av matrisen gir en høy tetthet av plassering av fotoceller (piksler) på underlaget;
  2. Høy effektivitet (forholdet mellom registrerte fotoner og deres totale antall er omtrent 95%);
  3. Høy følsomhet;
  4. God fargegjengivelse (med tilstrekkelig belysning).

Ulemper med CCD:

  1. Høyt støynivå ved høy ISO (ved lav ISO er støynivået moderat);
  2. Lav hastighet sammenlignet med CMOS-matriser;
  3. Høyt strømforbruk;
  4. Mer kompleks teknologi for å lese signalet, siden det trengs mange kontrollmikrokretser;
  5. Produksjon er dyrere enn CMOS-sensorer.

CMOS-matrise

Matrise CMOS, eller CMOS-sensor(Complementary Metal Oxide Semiconductors) bruker aktive punktsensorer. I motsetning til CCD-er, inneholder CMOS-er en separat transistor i hvert fotosensitive element (piksel), som et resultat av at ladningskonverteringen utføres direkte i pikselen. Den resulterende ladningen kan leses fra hver piksel individuelt, så det er ikke behov for ladningsoverføring (som det skjer i CCD-er). Pixels CMOS-sensor integreres direkte med en A/D-omformer eller til og med en prosessor. Resultatet av denne smarte teknologien er energibesparelser på grunn av kortere prosesskjeder sammenlignet med CCD-er, samt lavere kostnad på enheten på grunn av en enklere design.


Et kort prinsipp for drift av CMOS-sensoren: 1) Før opptak sendes et tilbakestillingssignal til tilbakestillingstransistoren. 2) Under eksponering trenger lys gjennom linsen og filteret inn på fotodioden og, som et resultat av fotosyntesen, samler det seg en ladning i den potensielle brønnen. 3) Verdien av den mottatte spenningen leses. 4) Databehandling og bildelagring.

Fordeler med CMOS-arrayer:

  1. Lavt strømforbruk (spesielt i standby-moduser);
  2. Høy ytelse;
  3. Krever mindre produksjonskostnader, på grunn av teknologiens likhet med produksjon av mikrokretser;
  4. Teknologiens enhet med andre digitale elementer, som gjør det mulig å kombinere analoge, digitale og prosesserende deler på én krystall (dvs. i tillegg til å fange lys i en piksel, er det mulig å transformere, behandle og rense signalet fra støy ).
  5. Muligheten til å tilfeldig få tilgang til hver piksel eller gruppe med piksler, noe som kan redusere størrelsen på bildet og øke lesehastigheten.

Ulemper med CMOS-sensorer:

  1. En fotodiode opptar et lite pikselområde, som et resultat oppnås en lav lysfølsomhet av matrisen, men i moderne CMOS-matriser er dette minus praktisk talt eliminert;
  2. Termisk støy fra varmetransistorer inne i pikselen under avlesning.
  3. Relativt store dimensjoner, fluorutstyr med denne typen matrise utmerker seg ved sin store vekt og dimensjoner.

I tillegg til de nevnte typene, er det også trelagsmatriser, hvor hvert lag er en CCD. Forskjellen er at cellene samtidig kan oppfatte tre farger, som dannes av dikroide prismer når en lysstråle treffer dem. Deretter blir hver stråle rettet mot en egen matrise. Som et resultat blir lysstyrken til blå, røde og grønne farger umiddelbart oppdaget på fotocellen. Tre-lags matriser brukes i videokameraer på høyt nivå, som har en spesiell betegnelse - 3CCD.

Oppsummert vil jeg merke at med utviklingen av teknologier for produksjon av CCD- og CMOS-matriser, endres også egenskapene deres, så det er mer og mer vanskelig å si hvilken av matrisene som definitivt er bedre, men samtidig , CMOS-matriser blir mer og mer populære i produksjonen av speilreflekskameraer. Basert på de karakteristiske egenskapene til ulike typer matriser, kan du få en klar ide om hvorfor profesjonelt fotografisk utstyr som gir høykvalitets filming er ganske klumpete og tungt. Denne informasjonen må huskes når du velger et kamera - det vil si ta hensyn til de fysiske dimensjonene til matrisen, og ikke antall piksler.



© Copyright 2017, https://qzoreteam.ru