Per convertire il flusso di luce su un segnale elettronico, che viene quindi tradotto in un codice digitale registrato sulla scheda di memoria della fotocamera.
La matrice è costituita da pixel, lo scopo di ciascuno - per emettere un segnale elettronico all'uscita, corrispondente al numero di luce che cade su di esso.
Differenza nelle matrici CCD e CMOS - in metodo di trasformazione
ottenuto dal segnale dei pixel. Nel caso di un CCD - coerentemente con un minimo di rumore, nel caso di CMOS - rapidamente e con meno consumo energetico (e grazie a schemi aggiuntivi, il numero di rumore è significativamente ridotto).
Tuttavia, su tutto in ordine ...
Distinguere le matrici CCD e CMOS
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CCD - Matrix.
Il dispositivo con la relazione di ricarica (CCD, in inglese - CCD) è nominato in tal modo per il trasferimento della carica tra gli elementi fotosensibili - da pixel a pixel E, in definitiva, Uscita di carica del sensore .
Le spese vengono spostate dalla matrice di tratti dall'alto verso il basso. Pertanto, la carica sposta immediatamente le stringhe di diversi registri (colonne).
Prima di lasciare il sensore CCD, la carica di ciascun pixel è migliorata e un segnale analogico con tensioni diverse è ottenuto all'uscita (a seconda della quantità di luce sul pixel). Prima dell'elaborazione, questo segnale viene inviato a separato
(Al di fuori del chip) convertitore analogico-to-digitale e i dati digitali risultanti vengono convertiti in byte che rappresentano l'immagine dell'immagine ottenuta dal sensore.
Poiché il CCD trasmette una carica elettrica che ha una bassa resistenza ed è meno suscettibile alle interferenze di altri componenti elettronici, il segnale risultante, di regola, contiene meno di vari rumori Confrontato con il segnale del sensore del segnale.
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CMOS - Matrix.
NEL CMOS - Matrix. (CMOS-Complementation Metal - Oxide Semiconductor, in inglese - CMOS), si trova il dispositivo di elaborazione accanto a ogni pixel (a volte montato sulla matrice stessa), a causa del quale aumenta velocità Sistemi. Inoltre, a causa della mancanza di ulteriori dispositivi di elaborazione, notiamo basso consumo energetico CMOS - Matrix.
Alcune idee del processo di lettura delle informazioni da matrici possono essere ottenute dal seguente video
Le tecnologie sono costantemente migliorate, e oggi la presenza di una matrice CMOS nella fotocamera o una videocamera parla di un modello di classe superiore. I produttori spesso si concentrano sui modelli con le matrici CMOS.
Recentemente, lo sviluppo di una matrice CMOS con il posizionamento posteriore dei conduttori, che mostra i migliori risultati durante la ripresa a condizioni di scarsa illuminazione, oltre a avere un livello di rumore più piccolo.
L'elemento preso separatamente è sensibile nell'intera gamma spettrale visibile, quindi un filtro leggero viene utilizzato su fotodiodi di matrici a colori CCD, che salta solo uno dei tre colori: rosso (rosso), verde (verde), blu (blu) o giallo ( Giallo), viola (magenta), turchese (ciano). E a sua volta, non ci sono tali filtri nella matrice CCD in bianco e nero.
Dispositivo e principio del pixel
Il pixel è costituito da un substrato P rivestito con una dielettrica trasparente, che causa un elettrodo resistente alla luce che forma una potenziale pozzo.
Un filtro leggero può essere presente sopra il pixel (usato in matrici colorate) e raccogliere lenti (utilizzati in matrici, dove gli elementi sensibili non occupano completamente la superficie).
Sull'elettrodo di illuminazione situato sulla superficie del cristallo, viene archiviato un potenziale positivo. La luce che cade sul pixel penetra in profondità nella struttura del semiconduttore, formando una coppia di buco elettrone. L'elettrone e il foro risultanti sono montati con un campo elettrico: l'elettrone viene spostato nell'area di stoccaggio dei corrieri (pozzo potenziale) e i fori fluiscono nel substrato.
Le seguenti caratteristiche sono inerenti per i pixel:
- La capacità di un potenziale pozzo è la quantità di elettroni che possono ospitare un pozzo potenziale.
- La sensibilità spettrale del pixel è la dipendenza della sensibilità (il rapporto tra l'entità del fotocorrente alla grandezza del flusso di luce) dalla lunghezza d'onda delle radiazioni.
- Efficacia quantistica (misurata in percentuale) - il valore fisico uguale al rapporto tra il numero di fotoni, l'assorbimento dei quali ha causato la formazione di quasiparticelle, al numero totale di fotoni assorbenti. Nelle moderne matrici CCD, questa figura raggiunge il 95%. Per il confronto, l'occhio umano ha un'efficienza quantistica di circa l'1%.
- Gamma dinamica: il rapporto tra la tensione o la corrente di saturazione alla tensione quadratica media o alla corrente del rumore scuro. Misurato in db.
La matrice CCD è divisa in stringhe, e a sua volta, ogni linea è rotta sui pixel. Le file sono divise tra se stessi gli strati di arresto (P +), che non consentono il flusso di accuse tra di loro. Per spostare il pacchetto di dati, parallelo, è anche verticale (ENG. VCCD) e coerente, sono registrati orizzontali (eng. HCCD).
Il ciclo più semplice del registro dei turni trifase inizia con il fatto che un potenziale positivo viene fornito al primo scatto, come risultato della quale è formata una fossa piena con gli elettroni risultanti. Quindi, daremo il secondo otturatore con il potenziale, superiore a quello del primo, come risultato della quale è formata una pozzo potenziale più profonda sotto il secondo scatto, che scorre gli elettroni da sotto il primo scatto. Per continuare il movimento della carica dovrebbe ridurre il valore potenziale sul secondo cancello e succhiare il potenziale sul terzo. Gli elettroni fluenti sotto il terzo scatto. Questo ciclo continua dal sito di accumulo al resistore orizzontale di lettura diretta. Tutti gli elettrodi di registri di taglio orizzontali e verticali formano fasi (fase 1, fase 2 e fase 3).
Classificazione delle matrici CCD in cromaticità:
- Bianco e nero
- Colorato
Classificazione delle matrici CCD di architettura:
Colore verde segnalato celle fotosensitive, aree grigie - opache.
Per la matrice CCD, le seguenti caratteristiche sono inerenti:
- L'efficacia della carica è il rapporto tra il numero di elettroni in carica alla fine del percorso all'incidenza del numero all'inizio.
- Coefficiente di riempimento - il rapporto tra l'area piena di elementi fotosensibili alla zona completa della superficie fotosensibile della matrice CCD.
- La corrente oscura è una corrente elettrica che scorre attraverso l'elemento fotosensibile in assenza di fotoni che cadono.
- Il rumore di lettura è il rumore che si verifica nei regimi di conversione e miglioramento.
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Matrici della curva. (Ita. Trasferimento del fotogramma). |
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Benefici:
Svantaggi:
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Matrice con arretrati o matrice con colonne buffering (ing. Interline-Transfer). |
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Benefici:
Svantaggi:
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Matrice con trasmissione o matrice di Streat-Frame con colonne buffering (ENG. Interline). |
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Benefici:
Svantaggi:
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Applicazione delle matrici CCD
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Applicazione scientifica
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Applicazione spaziale
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Applicazione industriale
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Applicazione per la protezione dell'oggetto
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Applicazione in fotografica
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Applicazione medica
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Applicazione auto-road
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Come la distorsione si verifica quando si scattano oggetti in movimento sul sensore con un otturatore stringa:
L'elemento preso separatamente è sensibile nell'intera gamma spettrale visibile, quindi un filtro leggero viene utilizzato su fotodiodi di matrici a colori CCD, che salta solo uno dei tre colori: rosso (rosso), verde (verde), blu (blu) o giallo ( Giallo), viola (magenta), turchese (ciano). E a sua volta, non ci sono tali filtri nella matrice CCD in bianco e nero.
Dispositivo e principio del pixel
Il pixel è costituito da un substrato P rivestito con una dielettrica trasparente, che causa un elettrodo resistente alla luce che forma una potenziale pozzo.
Un filtro leggero può essere presente sopra il pixel (usato in matrici colorate) e raccogliere lenti (utilizzati in matrici, dove gli elementi sensibili non occupano completamente la superficie).
Sull'elettrodo di illuminazione situato sulla superficie del cristallo, viene archiviato un potenziale positivo. La luce che cade sul pixel penetra in profondità nella struttura del semiconduttore, formando una coppia di buco elettrone. L'elettrone e il foro risultanti sono montati con un campo elettrico: l'elettrone viene spostato nell'area di stoccaggio dei corrieri (pozzo potenziale) e i fori fluiscono nel substrato.
Le seguenti caratteristiche sono inerenti per i pixel:
- La capacità di un potenziale pozzo è la quantità di elettroni che possono ospitare un pozzo potenziale.
- La sensibilità spettrale del pixel è la dipendenza della sensibilità (il rapporto tra l'entità del fotocorrente alla grandezza del flusso di luce) dalla lunghezza d'onda delle radiazioni.
- Efficacia quantistica (misurata in percentuale) - il valore fisico uguale al rapporto tra il numero di fotoni, l'assorbimento dei quali ha causato la formazione di quasiparticelle, al numero totale di fotoni assorbenti. Nelle moderne matrici CCD, questa figura raggiunge il 95%. Per il confronto, l'occhio umano ha un'efficienza quantistica di circa l'1%.
- Gamma dinamica: il rapporto tra la tensione o la corrente di saturazione alla tensione quadratica media o alla corrente del rumore scuro. Misurato in db.
La matrice CCD è divisa in stringhe, e a sua volta, ogni linea è rotta sui pixel. Le file sono divise tra se stessi gli strati di arresto (P +), che non consentono il flusso di accuse tra di loro. Per spostare il pacchetto di dati, parallelo, è anche verticale (ENG. VCCD) e coerente, sono registrati orizzontali (eng. HCCD).
Il ciclo più semplice del registro dei turni trifase inizia con il fatto che un potenziale positivo viene fornito al primo scatto, come risultato della quale è formata una fossa piena con gli elettroni risultanti. Quindi, daremo il secondo otturatore con il potenziale, superiore a quello del primo, come risultato della quale è formata una pozzo potenziale più profonda sotto il secondo scatto, che scorre gli elettroni da sotto il primo scatto. Per continuare il movimento della carica dovrebbe ridurre il valore potenziale sul secondo cancello e succhiare il potenziale sul terzo. Gli elettroni fluenti sotto il terzo scatto. Questo ciclo continua dal sito di accumulo al resistore orizzontale di lettura diretta. Tutti gli elettrodi di registri di taglio orizzontali e verticali formano fasi (fase 1, fase 2 e fase 3).
Classificazione delle matrici CCD in cromaticità:
- Bianco e nero
- Colorato
Classificazione delle matrici CCD di architettura:
Colore verde segnalato celle fotosensitive, aree grigie - opache.
Per la matrice CCD, le seguenti caratteristiche sono inerenti:
- L'efficacia della carica è il rapporto tra il numero di elettroni in carica alla fine del percorso all'incidenza del numero all'inizio.
- Coefficiente di riempimento - il rapporto tra l'area piena di elementi fotosensibili alla zona completa della superficie fotosensibile della matrice CCD.
- La corrente oscura è una corrente elettrica che scorre attraverso l'elemento fotosensibile in assenza di fotoni che cadono.
- Il rumore di lettura è il rumore che si verifica nei regimi di conversione e miglioramento.
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Matrici della curva. (Ita. Trasferimento del fotogramma). |
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Benefici:
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Matrice con arretrati o matrice con colonne buffering (ing. Interline-Transfer). |
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Benefici:
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Matrice con trasmissione o matrice di Streat-Frame con colonne buffering (ENG. Interline). |
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Benefici:
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Applicazione delle matrici CCD
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Applicazione scientifica
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Applicazione spaziale
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Applicazione industriale
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Applicazione per la protezione dell'oggetto
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Applicazione in fotografica
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Applicazione medica
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Applicazione auto-road
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Come la distorsione si verifica quando si scattano oggetti in movimento sul sensore con un otturatore stringa:
introduzione
In questo corso funziona, considererò informazioni generali sulle accuse con la carica, i parametri, la cronologia della creazione, le caratteristiche delle moderne camere CCD della gamma a infrarossi medio.
A seguito del lavoro del corso, ha studiato la letteratura sulla creazione, il principio di funzionamento, le specifiche tecniche e l'uso di telecamere CCD della gamma IR medio IR.
CCD. Principio fisico del funzionamento del CCD. PZD-Matrix.
Il dispositivo di ricarica (CCD) è una serie di semplici strutture TIR (metallo - dielettrico-- semiconduttore), formata su un substrato di semiconduttore comune in modo tale che le strisce di elettrodi metalli formino un sistema regolare lineare o matrice in cui le distanze tra Gli elettrodi adiacenti sono maschi sufficienti (figura 1). Questa circostanza determina il fatto che il dispositivo sta definendo l'influenza reciproca delle strutture TIR limitrofi.
Figura 1 - Struttura CCD
Le caratteristiche principali del CCD del Photo-Sensitive - trasformazione di immagini ottiche in una sequenza di impulsi elettrici (generazione video), nonché di stoccaggio e elaborazione di informazioni digitali e analogiche.
Il CCD è realizzato sulla base del singolo silicio di cristallo. Per fare ciò, sulla superficie del piatto di silicio, il metodo di ossidazione termica crea un film dielettrico sottile (0,1-0,15 μm) di biossido di biossido di silicio. Questo processo viene effettuato in modo tale da garantire la perfezione della sezione semiconduttore del semiconduttore - dielettrico e minimizzare la concentrazione di ricombinazione di centri al confine. Gli elettrodi di singoli elementi TIR sono realizzati in alluminio, la loro lunghezza è di 3-7 micron, il divario tra gli elettrodi è 0,2-3 μm. Il numero tipico di elementi TIR 500-2000 in lineare e nel CCD a matrice; L'area della piastra sotto gli elettrodi estremi di ciascuna linea è fabbricata da p- n - transizioni destinate all'ingresso - output della porzione di cariche (pacchetti carichi) del elettrico. nel metodo (iniezione P - N-Input). Con fotoelettrico. Inizio dei pacchetti carichi CCD sono illuminati dal lato frontale o posteriore. Con illuminazione frontale, gli elettrodi in alluminio vengono utilizzati per evitare gli effetti di ombreggiatura degli elettrodi in alluminio, sono solitamente sostituiti con film di un forte silicio policristallino (policammina), trasparente in spettro IR visibile e vicino.
Principio di funzionamento del CCD
Il principio generale del CCD è il seguente. Se viene applicata una tensione negativa a qualsiasi elettrodo metallico CCD metallico, quindi sotto l'azione del campo elettrico del campo elettrico, che sono i principali corrieri nel substrato, lasciano la superficie della profondità del semiconduttore. La superficie forma anche un'area esaurita, che nel diagramma energetico è una potenziale fossa per i fori non core. I fori in qualsiasi modo in questa zona sono attratti dall'interfaccia tra il dielettrico - semiconduttore e localizzati in uno stretto livello di superficie.
Se ora all'elettrodo adiacente per fissare una tensione negativa di maggiore ampiezza, è formata una pozzo potenziale più profonda e i fori si stanno spostando dentro. Applicazione delle necessarie sollecitazioni di controllo a diversi elettrodi del CCD, è possibile fornire la memorizzazione di accuse in alcune aree superiori vicine e movimento direzionale delle cariche lungo la superficie (dalla struttura alla struttura). L'introduzione del pacchetto di ricarica (registrazione) può essere effettuata sia la transizione P-N situata, ad esempio, vicino all'elext Element Element o alla generazione della luce. L'uscita di carica dal sistema (lettura) è il modo più semplice da effettuare utilizzando la transizione P-N. Pertanto, il CCD è un dispositivo in cui le informazioni esterne (segnali elettrici o luminose) vengono convertiti in pacchetti di carica dei supporti mobili, che sono definiti nelle aree vicine e l'elaborazione delle informazioni viene eseguita dal movimento controllato di questi pacchetti lungo la superficie. Ovviamente, sulla base del CCD, è possibile creare sistemi digitali e analogici. Per i sistemi digitali, solo il fatto della presenza o dell'assenza di buchi di carica in uno o in un altro elemento del CCD è importante, con un'elaborazione analoga, si occupano dei valori delle spese in movimento.
Se un CCD ad alto elemento o matrice è quello di inviare il flusso di luce, la porzione del semiconduttore, la fotogogenerazione delle coppie di fori elettronici inizierà nel semiconduttore. Trovare nella regione del CCD impoverito, i vettori sono separati e i fori si accumulano nei pozzi potenziali (la grandezza della carica accumulata è proporzionale all'illuminazione locale). Dopo un po 'di tempo (circa pochi millisecondi), un quadro dei pacchetti di carica verrà memorizzato nella matrice CCD nella matrice CCD corrispondente alla distribuzione dell'illuminazione. Quando gli impulsi dell'orologio sono attivati, i pacchetti di ricarica si spostano sul dispositivo di uscita della lettura che li converte in segnali elettrici. Di conseguenza, l'uscita comporterà una sequenza di impulsi con un'ampiezza diversa, la busta, che dà un segnale video.
Il principio dell'operazione CCD sull'esempio di un frammento di una stringa di FPZ, controllato da un circuito di trototota (trifase), è illustrato nella figura 2. Durante l'orologio I (percezione, accumulo e archiviazione delle informazioni video) agli elettrodi 1, 4, 7 è applicato da T. N. Tensione di archiviazione UXP, spingendo i fori principali dei vettori nel caso del tipo R Silicon - nella profondità del semiconduttore e del formatore di strati con una profondità di 0,5-2 μm - pozzi potenziali per gli elettroni. L'illuminazione della superficie FPZS genera coppie di foro di elettroni in eccesso nel volume del silicio, e gli elettroni sono serrati in potenziali pozzi, sono localizzati in un sottile (0,01 μm) dello strato quasi superficiale sotto gli elettrodi 1, 4.7, segnale di formatura caricare i pacchetti.
ricarica della telecamera di comunicazione a infrarossi
Figura 2 - Schema di lavoro di uno strumento trifase con relazione di ricarica - Registro di taglio
Il valore della carica in ciascun pacchetto è proporzionale all'esposizione superficiale vicino a questo elettrodo. Nelle strutture TIR ben formate, le spese generate vicino agli elettrodi possono essere mantenute relativamente lunghe, ma gradualmente a causa della generazione di vettori di carica da parte di centri di impurità, difetti di volume o sul bordo della sezione tali accrescenti si accumulano in potenziali pozzi fino a quando Le spese di segnale superano e anche riempiono completamente i box.
Durante il tatto II (trasferimento di carica) agli elettrodi 2, 5, 8 e così via, la tensione di lettura è superiore alla tensione di archiviazione. Pertanto, sotto gli elettrodi 2, 5 e 8, si verifica il potenziale più profondo. Padelle che sotto gli elettroni 1, 4 e 7, e a causa della vicinanza degli elettrodi 1 e 2, 4 e 5,7 e 8, le barriere tra loro scompaiono e gli elettroni fluiscono nelle fosse potenziali più profonde e più profonde.
Durante l'orologio III, la tensione sugli elettrodi 2, 5, 8 diminuisce da e verso gli elettrodi 1, 4, 7 viene rimossa.
T. A proposito. Tutti i pacchetti di carica vengono trasferiti lungo la stringa PZS a destra in un passaggio uguale alla distanza tra gli elettrodi adiacenti.
A tutti i tempi di funzionamento sugli elettrodi, direttamente non collegati ai potenziali o, è supportata una tensione di spostamento ridotta (1-3 b), che fornisce l'esaurimento dei vettori di carica dell'intera superficie del semiconduttore e dell'attenuazione sugli effetti di ricombinazione IT.
La ripetizione del processo di commutazione della tensione viene ripetuta, la rimozione attraverso la transizione R-H estrema in sequenza tutti i pacchetti di carica, eccitati, ad esempio, luce nella stringa. Allo stesso tempo, gli impulsi di tensione sorgono nel circuito di uscita, proporzionale al valore di carica di questo pacchetto. Il modello di illuminazione viene trasformato nel rilievo di ricarica della superficie, che dopo la promozione lungo l'intera riga viene convertita nella sequenza di impulsi elettrici. Maggiore è il numero di elementi in una stringa o matrice (ricevitori Number 1- IR; 2 elementi tamponati; 3 - CCD, trasmissione incompleta del pacchetto di carica da un elettrodo a vicinato e migliorato da questa distorsione di informazioni. Il segnale video accumulato per continuare il tempo di illuminazione dell'illuminazione, sul cristallo FPZS crea aree di percezione spazialmente separate di percezione - accumulo e archiviazione - lettura, e nel primo a fornire la massima fotosensibilità, e il secondo, al contrario, schermato da luce. In FPZ lineari (figura 3, a) cariche accumulate nella stringa 1 per un ciclo, trasmesse al registro 2 (dagli elementi uniformi) e nel registro 3 (da dispari). Al momento, secondo questi Registri, le informazioni vengono trasmesse tramite output 4 nel regime di combinazione del segnale 5, una nuova cornice video si accumula in linea 1. FPZ con trasferimento del fotogramma (figura 3) Le informazioni percepite dalla matrice di accumulazione 7 è rapidamente "reset" nella matrice di archiviazione 2, da quale follower È letto dal registro CCD 3; Allo stesso tempo, la matrice 1 accumula un nuovo telaio.
Figura 3 - Accumulo e lettura di informazioni in uno strumento fotosensibile lineare (A), matrice (B) con cravatta di carica e nello strumento con iniezione di carica.
Oltre alla struttura più semplice (figura 1), gli altri tipi dei loro tipi sono stati ottenuti, in particolare, gli strumenti con elettrodi sovrapposti a policremium (figura 4), in cui gli spettacoli fotografici attivi sono forniti su tutta la superficie del semiconduttore e un piccolo Gap tra gli elettrodi ed elettrodomestici con asimmetria di proprietà quasi superficiali (ad esempio., Uno strato dielettrico di spessore variabile - Figura 4), operante in modalità a due tempi. Una caratteristica fondamentalmente è la struttura del CCD con un canale volumetrico (figura 4) formato dalla diffusione di impurità. L'accumulo, lo stoccaggio, il trasferimento di carica avviene in un volume del semiconduttore, dove meno che sulla superficie, la ricombinazione dei centri e la suddetta mobilità del corriere. La conseguenza di questo è un aumento della quantità di valore e una diminuzione rispetto a tutte le varietà del CCD con il canale superficiale.
Figura 4 - Varietà di strumenti con cravatta di carica con canali superficiali e voluminosi.
Per la percezione delle immagini a colori, viene utilizzato uno dei due modi: Separazione di un flusso ottico con un prisma su rosso, verde, blu, la percezione di ciascuno di loro con uno speciale fpzs - cristallo, mescolando impulsi da tutti e tre i cristalli in a Segnale video singolo; Creazione sulla superficie di un FPZ di un film o filtro a mosaico di codifica del mosaico che forma un raster di triadi multicolori.
Senditore sconosciuto Ivanovich.
Nikulin oleg yuryevich.
Comunità di ricarica -
La base delle moderne attrezzature televisive.
Le principali caratteristiche del CCD.
Nell'articolo precedente, è stata effettuata una breve analisi dei ricevitori di semiconduttori esistenti della luce e la struttura e il principio del funzionamento degli strumenti con la relazione di ricarica è descritto in dettaglio.
Nell'articolo proposto, parleremo delle caratteristiche fisiche delle matrici CCD e sulla loro influenza sulle proprietà generali del gioco TV.
Il numero di elementi PZD-Matrix.
Forse le caratteristiche più "di base" delle matrici CCD sono il numero di elementi. Di norma, il numero travolgente di modelli ha un numero standard di elementi focalizzati sullo standard televisivo: 512x576 pixel (queste matrici vengono solitamente utilizzate in sistemi di videosorveglianza semplici ed economici) e 768x576 pixel (tali matrici consentono di ottenere la massima risoluzione per il segnale televisivo standard).
La più grande ccd fabbricata e descritta è un dispositivo singolo della Ford Aerospace Corporation di 4096x4096 pixel con un lato pixel di 7,5 micron.
Durante la produzione, l'uscita di dispositivi di alta qualità di dimensioni di grandi dimensioni è molto bassa, quindi quando si crea una videocamera CCD per la ripresa delle immagini di grandi dimensioni, viene utilizzato un altro approccio. Molte aziende sono fabbricate con un CCD con conclusioni situate su tre, due o un lato (CCD tanocero). Da tali dispositivi raccolti mosaico CCD. Ad esempio, Fairchild Loral è prodotto da un dispositivo molto interessante e promettente 2048x4096 15 μm. I risultati di questo CCD sono fatti per un lato stretto. I risultati dell'industria russa sono in qualche modo modesti. Il NPP "Silar" (St. Petersburg) produce CCD 1024x1024 16 μm con un canale di carica volumetrico di carica, fase virtuale e uscite su un lato del dispositivo. Tale architettura dei dispositivi consente di collegarli tra loro da tre lati.
È interessante notare che diverse riproduzioni luminose di grandi dimensioni specializzate vengono create sulla base del MOSAIK CCD. Ad esempio, da otto ccd 2048x4096, Loral Fairchild è assemblato da mosaico 8192x8192 con dimensioni condivise di 129x129 mm. Le lacune tra i singoli cristalli CCD sono inferiori a 1 mm. In alcune applicazioni, le lacune relativamente grandi (fino a 1 cm) non sono considerate un problema serio, poiché l'immagine completa può essere ottenuta sommando nella memoria del computer di diverse esposizioni, leggermente spostato rispetto a vicenda, compilando le lacune. L'immagine ottenuta da un mosaico 8196x8196 contiene 128 MB di informazione, equivalente a un'enciclopedia di circa 100 volumi di 500 pagine in ciascun volume. Sebbene questi numeri siano impressionanti, sono ancora piccoli rispetto alle dimensioni e alla risoluzione delle emulsioni fotografica che possono essere fatte da enormi fogli. Anche il film da 35 mm a grana più grossolana contiene fino a 25 milioni di cereali risolti (pixel).
Risoluzione della capacità del gioco TV
Dal numero di elementi della matrice CCD, uno dei parametri di base delle telecamere - autorizzazione (o risoluzione) dipende direttamente. Il permesso della camera nel suo complesso, inoltre, i parametri dei parametri del circuito di elaborazione del segnale elettronico e dei parametri dell'ottica sono influenzati.
La risoluzione è definita come il numero massimo di bande nere e bianche (cioè, il numero di transizioni da nero a bianco o posteriore), che può essere trasmesso dalla fotocamera e sono distinguibili dal sistema di registrazione a contrasto estremamente rilevato.
Ciò significa che la camera ti consente di considerare n / 2 tratti verticali scuri su uno sfondo chiaro, posato nella scatola inscritto nel campo del campo, se il passaporto della fotocamera afferma che la sua risoluzione è n linee televisive. Per quanto riguarda la tabella TV standard, questo comporta quanto segue: raccogliere la distanza e concentrando l'immagine della tabella, è necessario assicurarsi che i bordi superiori e inferiori dell'immagine della tabella sul monitor coincisero con i contorni esterni del tavolo segnato con le cime dei prismi in bianco e nero. Successivamente, dopo il sottofocus finale, il numero viene letto nel luogo del cuneo verticale, dove i tratti verticali vengono fermati per la prima volta. L'ultima osservazione è molto importante, poiché nell'immagine dei campi di prova di un tavolo con 600 o più tratti, le strisce intermittente sono spesso visibili, che, infatti, sono moar, formate dalla combinazione delle frequenze spaziali del tavolo e La griglia di elementi sensibili della matrice CCD. Tale effetto è particolarmente pronunciato nelle camere con filtri spaziali ad alta frequenza.
Per un'unità di misurazione delle autorizzazioni in sistemi televisivi, è accettato TVL (linea TV). L'autorizzazione verticale da tutte le telecamere è quasi la stessa, perché è limitata a uno standard televisivo - 625 linee di scansione televisiva e non possono trasmettere più di 625 oggetti lungo questa coordinata. La differenza nella risoluzione orizzontale è che è solitamente indicata nelle descrizioni tecniche.
In pratica, nella maggior parte dei casi, la risoluzione di 380-400 linee TV è abbastanza per i compiti del Telenight of General. Tuttavia, per sistemi televisivi specializzati e compiti, come il telemiponsatorio di grande spazio per una telecamera, la visualizzazione di un ampio perimetro di un ingrandimento angolare variabile da un aumento variabile (zoom), monitoraggio degli aeroporti, stazioni ferroviarie, ormeggi, supermercati, sistemi per identificare E riconoscendo i numeri di auto, i sistemi di identificazione per il viso, ecc., È richiesta una risoluzione più elevata (per questo, vengono utilizzate telecamere con una risoluzione di 570 e più linee TV).
La risoluzione delle camere di colore è in qualche modo peggiore del bianco e nero. Questa è una conseguenza del fatto che la struttura del pixel delle matrici PZS utilizzata nella televisione a colori differisce dalla struttura del pixel delle matrici in bianco e nero. Figurativamente parlando, un pixel a matrice colorato è costituito da una combinazione di tre pixel, ognuno dei quali registra la luce in rosso (rosso) o in verde (verde) o in parte blu (blu) parte dello spettro ottico. Pertanto, tre segnali (segnale RGB) vengono rimossi da ciascun elemento del colore CCD-Matrix. La risoluzione efficace in questo dovrebbe essere tutto peggiore di quella delle matrici in bianco e nero. Tuttavia, nelle matrici colorate, la risoluzione si deteriora di meno, poiché le dimensioni del loro pixel rispetto alle dimensioni del pixel di una matrice in bianco e nero simile è una volta e mezzo meno, il che porta a un deterioramento del permesso solo 30-40%. Il lato negativo di questo è ridurre la sensibilità delle matrici colorate, poiché l'area effettiva della registrazione dell'elemento dell'immagine diventa significativamente inferiore. La risoluzione tipica delle telecamere a colori è 300 - 350 linee TV.
Inoltre, la risoluzione della telecamera influisce sulla banda di frequenza del segnale video rilasciata dalla fotocamera. Per trasmettere un segnale TV 300, è richiesta una banda di frequenza 2,75 MHz (150 periodi per 55 μs di una linea di scansione televisiva). La connessione tra le bande di frequenza di frequenza (N PC) e la risoluzione (TV) è determinata dal rapporto:
n pc \u003d (TVL / 2) x n
quando la frequenza n del PCC viene misurata in MHz, la risoluzione del TVL in linee TV, la frequenza del telezerosvert NS minuscolo \u003d 18.2 kHz.
Attualmente sono stati sviluppati molti amplificatori di semiconduttori diversi con una buona risposta in frequenza, quindi la larghezza di banda degli amplificatori della fotocamera è solitamente significativamente (1,5-2 volte) supera il necessario in modo che in nessun modo influenzasse la risoluzione finale del sistema. Quindi il permesso è limitato alla topologia della discretezza della regione di ricezione della luce della matrice CCD. A volte il fatto di applicare un buon amplificatore elettronico è chiamato belle parole come "miglioramento della risoluzione" o "miglioramento del bordo", che può essere tradotto come "risoluzione del contrasto" e "confini sottolineati". È necessario rendere consapevole che questo approccio non migliora la risoluzione stessa, quindi è migliorata solo la chiarezza del trasferimento dei confini in bianco e nero e non sempre.
Tuttavia, c'è un caso quando nessun trucco di elettronica moderna consente di sollevare la larghezza di banda del segnale video sopra 3.8 MHz. Questo è un segnale video a colori composito. Poiché il segnale colore viene trasmesso sul corriere (nello standard PAL - ad una frequenza di circa 4,4 MHz.), Il segnale di luminosità è limitato con forza da una banda da 3,8 MHz (in senso stretto, lo standard assume i filtri pettine per separare colore e luminosità segnali, ma la vera attrezzatura ha solo filtri LF). Ciò corrisponde alla risoluzione di circa 420 TVL. Attualmente alcuni produttori dichiarano la risoluzione delle loro camere a colori 480 TVL e altro ancora. Ma loro, come regola, non si concentrano sul fatto che questa autorizzazione è implementata solo se il segnale viene rimosso dall'uscita Y-C (S-VHS) o del componente (RGB). In questo caso, la luminosità e i segnali di Chroma vengono trasmessi da due cavi (y-c) o tre (RGB) singoli dalla fotocamera al monitor. Allo stesso tempo, il monitor, nonché tutte le apparecchiature intermedie (interruttori, multiplexer, registratori video) dovrebbero anche avere ingressi / uscite come Y-C (o RGB). Altrimenti, un singolo elemento intermedio che elabora un segnale video composito limiterà la larghezza di banda del 3,8 MHz menzionati e renderà tutti i costi sulle camere costose inutili.
Efficienza quantistica e uscita quantistica della telecamera CCD.
Sotto l'efficienza quantistica, comprenderemo il rapporto tra il numero di addebiti registrati al numero di fotoni sulla regione fotosensibile del cristallo CCD.
Tuttavia, i concetti di efficienza quantistica e una produzione quantistica non dovrebbero essere confusi. L'uscita quantistica è il rapporto tra il numero di fotoelettroni formati in un semiconduttore o vicino al confine come risultato di un effetto fotografico, al numero di fotoni che cadono su questo semiconduttore.
L'efficienza quantistica è una potenza quantistica della parte di screening della luce del ricevitore, moltiplicato per il coefficiente di conversione della carica di fotoelettroni in un segnale positivo registrato. Poiché questo coefficiente è sempre meno di uno, l'efficienza quantistica è anche meno dell'uscita quantistica. Questa è particolarmente grande distinzione per i dispositivi con un sistema di registrazione del segnale a basso costo.
Secondo l'efficienza quantistica, il CCD non ha uguale. Per il confronto, da ogni 100 fotoni che entrano nell'occhio della pupilla, solo uno è percepito dalla retina (la resa quantistica è dell'1%), i migliori fotoemali hanno un'efficienza quantistica del 2-3%, i dispositivi elettrovacuoli (ad esempio Photomultipliers) - Fino al 20%, questo il parametro può raggiungere il 95% con un valore tipico del 4% (CCD di bassa qualità utilizzato, di regola, in videocamere economiche "giallo" assemblaggio) al 50% (videocamera tipica indispensabile dell'Assemblea occidentale ). Inoltre, la larghezza della gamma di lunghezze d'onda a cui reagisce l'occhio è molto già già del CCD. Anche la gamma spettrale di fotococcatodi di fotocamere tradizionali e fotoemulsioni è limitata. CCD reagire alla luce con lunghezze d'onda da unità di Angstrom (Gamma e X-Ray) a 1100 Nm (radiazione IR). Questa vasta gamma è molto più grande della gamma spettrale di qualsiasi altro rivelatore, noto fino ad oggi.
Fico. 1. Ad esempio, l'efficienza quantistica della matrice CCD.
Sensibilità e gamma spettrale
Con i concetti di efficienza quantistica e uscita quantistica, un altro parametro importante delle telecamere è strettamente collegato - sensibilità. Se l'efficienza quantistica e l'uscita quantistica operano, principalmente sviluppatori e designer di nuovi sistemi televisivi, quindi ingegneri di godimento, servizi e designer di lavoratori diretti nelle imprese godono della sensibilità. In sostanza, la sensibilità e la potenza quantistica del ricevitore sono interconnesse da una funzione lineare. Se un'uscita quantica lega il numero di fotoni che riceve la luce e il numero di fotoelettroni generati da questi fotoni come risultato di un effetto fotografico, la sensibilità determina la risposta di un riciclaggio della luce in unità elettriche di misurazione (ad esempio, in MA ) ad un determinato valore del flusso di luce incidente (ad esempio, in w o in lc / s). In questo caso, il concetto di sensibilità bolometrica è separato (cioè, la sensibilità totale del ricevitore nell'intera gamma spettrale) e il monocromatico, misurato, di regola, in un flusso di larghezza spettrale di radiazioni di 1 nm (10 Angstrom ). Quando dicono che la sensibilità del ricevitore alla lunghezza d'onda (ad esempio, 450 nm), ciò significa che la sensibilità viene ricalcolata sul flusso nell'intervallo da 449,5 Nm a 450,5 nm. Tale definizione della sensibilità misurata in MA / W non è ambigua e non causa confusione quando lo si utilizza.
Tuttavia, per i consumatori della tecnologia televisiva utilizzati nei sistemi di sicurezza, utilizzano più spesso un'altra definizione di sensibilità. La maggior parte spesso sotto la sensibilità comprende un'illuminazione minima sul soggetto (illuminazione della scena), in cui è possibile distinguere tra la transizione da nero a bianco o illuminazione minima sulla matrice (illuminazione dell'immagine).
Dal punto di vista teorico, sarebbe più corretto indicare un'illuminazione minima sulla matrice, poiché in questo caso non è necessario deludere le caratteristiche dell'obiettivo utilizzato, la distanza dall'oggetto e il suo coefficiente di riflessione (a volte questo coefficiente è chiamato la parola "albedo"). Albedo è solitamente determinato ad una lunghezza d'onda specifica, anche se c'è un tale concetto come un albedo bolometrico. È molto difficile operare oggettivamente con la definizione di sensibilità basata sull'illuminazione presso la struttura. Questo è particolarmente interessato progettando un sistema televisivo di rilevamento a grandi distanze. Molte matrici non possono registrare un'immagine di una persona che si trova a 500 metri di distanza, anche se è accesa una luce molto brillante. *
Nota
* I compiti di questo tipo appaiono nella pratica della televisione di sicurezza, specialmente nei luoghi con una maggiore minaccia di terrorismo, ecc. Telesystems di questo tipo sono stati sviluppati nel 1998 in Giappone e si stanno preparando per la produzione di massa.
Ma l'utente con la selezione della fotocamera è più comodo da lavorare con l'illuminazione dell'oggetto, che conosce in anticipo. Pertanto, di solito indicano un'illuminazione minima all'oggetto, misurata in condizioni standardizzate - il coefficiente di riflessione dell'oggetto 0,75 e la lente dell'obiettivo 1.4. La formula che collega l'illuminazione all'oggetto e sulla matrice è mostrata di seguito:
IIMAGE \u003d ISCENE X R / (P X F2)
dove IIMAGE, ISCENE - L'illuminazione della matrice CCD e dell'oggetto (tabella 1);
R è il coefficiente di riflessione dell'oggetto (tabella 2);
P - Numero 3.14;
Lente per obiettivo.
IIMAGE e I valori ISCENE sono solitamente più di 10 volte.
L'illuminazione è misurata da B. suite. Suite -illuminazione creata da una fonte di punti in una candela internazionale a una distanza di un metro sulla superficie perpendicolare ai raggi della luce.
Tabella 1. Illuminazione approssimativa degli oggetti.
| Sulla strada (la latitudine di Mosca) | |
| Giorno soleggiato senza nuvole | 100.000 lux |
| Giornata di sole con nuvole leggere | 70.000 lux |
| È una brutta giornata | 20.000 lux. |
| Mattina presto | 500 lux |
| Crepuscolo | 0.1 - 4 suite |
| "Notti bianchi" * | 0,01 - 0.1 lux |
| Notte limpida, luna piena | 0,02 luxe. |
| Notte, luna nelle nuvole | 0.007 luxe. |
| Nube Dark Night. | 0.00005 luxe. |
| Nella stanza | |
| Camera senza windows. | 100 - 200 di lusso |
| Camera ben illuminata | Suite 200 - 1000 |
* "Notti bianche" - Condizioni di illuminazione che soddisfano i crepuscoli civili, cioè. Quando il sole si tuffa sotto l'orizzonte senza prendere in considerazione la rifrazione atmosferica da non più di 6 °. Questo è vero per San Pietroburgo. Per Mosca, vengono eseguite le condizioni delle cosiddette notti bianche "navigazione", cioè. Quando l'unità solare è immersa a non più di 12 °.
Spesso la sensibilità della camera è indicata per il "segnale accettabile", sotto il quale il segnale è inteso quando il rapporto segnale-rumore è di 24 dB. Questo è un valore limite empiricamente definito del rumore, in cui l'immagine può ancora essere scritta al film video e spero di vedere qualcosa durante la riproduzione.
Un altro modo per determinare la scala del segnale "accettabile" (Istituto di radioegniser radio). Un segnale video completo (0,7 volt) è accettato per 100 unità IRE. "Accettabile" è il segnale di circa 30 ire. Alcuni produttori, in particolare, Burle, indicano per 25 ire, alcuni - per 50 ire (livello del segnale -6 dB). La scelta del livello "accettabile" è determinata dal rapporto segnale-rumore. È facile migliorare il segnale elettronico. Il problema è che il rumore aumenterà anche. La massima sensibilità tra le matrici CCD della produzione di massa è ora ha haonizzato dall'iper-have della matrice Sony, che ha microleni su ogni cella fotosensitiva. Sono usati nella maggior parte delle telecamere di alta qualità. La variazione dei parametri costruita sulle loro telecamere di base significa principalmente un disturbo nei produttori approcci per determinare il concetto "segnale accettabile".
Un ulteriore problema con la definizione di sensibilità è correlato al fatto che l'unità di dimensioni dimensionali è determinata per le radiazioni monocromatiche con una lunghezza d'onda di 550 nm. In questo contesto, ha senso prestare particolare attenzione a tale caratteristica come la dipendenza spettrale della sensibilità della videocamera. Nella maggior parte dei casi, la sensibilità delle camere bianche e nere è essenziale, rispetto all'occhio umano, si estendeva nell'intervallo a infrarossi fino a 1100 Nm. In alcune modifiche, la sensibilità nella regione quasi infrarossa è ancora più alta che nel visibile. Queste telecamere sono progettate per funzionare con i riflettori a infrarossi e in alcuni parametri si stanno avvicinando a dispositivi di visione notturna.
La sensibilità spettrale delle telecamere a colori coincide approssimativamente con l'occhio umano.
Fico. 2. Esempio della sensibilità spettrale della matrice CCD a colori con strisce standard RGB.
Tabella 2. Valori esemplari dei coefficienti di riflessione di vari oggetti.
| Un oggetto | Coefficiente di riflessione (%) |
| Neve | 90 |
| vernice bianca | 75-90 |
| Bicchiere | 70 |
| Mattone | 35 |
| Erba, alberi | 20 |
| Volto umano | 15 – 25 |
| Carbone di pietra, grafite * | 7 |
* È interessante notare che il coefficiente di riflessione della superficie lunare è anche circa il 7%, cioè. La luna è in realtà nere.
Menzione speciale merita le camere ultra-alta sensibili, infatti, che sono una combinazione di una camera convenzionale e un dispositivo di visione notturno (ad esempio, un convertitore ottico microchannel elettronico - EOPE). Tali telecamere hanno proprietà uniche (sensibilità a 100 - 10.000 volte superiore al solito, e nell'intervallo a infrarossi medio in cui si osserva il massimo della radiazione del corpo umano, esso stesso è incandescente), ma, d'altra parte, e capricciosità unica - Il tempo del fallimento operativo è circa un anno, e le telecamere non dovrebbero essere incluse nel pomeriggio, si consiglia di chiudere persino la propria obiettiva per proteggere il burnout del catodo EOP. Al minimo, è necessario installare obiettivi con un intervallo di diaframma automatico a f / 1000 o più. Durante il lavoro, la fotocamera deve girare regolarmente un po ', al fine di evitare la "accensione" dell'immagine sul catodo EOP.
È interessante notare che, in contrasto con le matrici CCD, i catodi EOP sono molto sensibili alla massima illuminazione. Se l'area fotosensibile della telecamera CCD dopo un'illuminazione brillante è relativamente facile da ritornare al suo stato originale (non è quasi terribile illuminazione), quindi il catodo dell'Oop dopo l'illuminazione luminosa per un tempo molto lungo (a volte 3-6 ore) "restaurato". Durante questo recupero, anche quando la finestra di ingresso è chiusa, un'immagine residua, "codificata" viene letta dal catodo EOP. Di norma, dopo una grande illuminazione, a causa degli effetti del riassorbimento (il rilascio di gas sotto l'influenza del bombardamento delle pareti dei canali di canali di elettroni accelerati) su una vasta area di piastre di microcanale aumenta bruscamente i rumori di l'EUC e, in particolare, multielettronico e ionico. Questi ultimi si manifestano sotto forma di frequenti flash luminosi di un grande diametro sullo schermo del monitor, che rende nettamente difficile evidenziare il segnale utile. Con flussi luminosi di ingresso ancora più grandi, i processi irreversibili possono verificarsi sia con un catodo, sia con uno screen luminescente di uscita ESA: sotto l'influenza di un grande flusso, c'è un fallimento ("bruciare") delle loro sezioni individuali. Con ulteriori operazioni, queste aree hanno una sensibilità ridotta che cade in futuro a zero.
Nella maggior parte delle massime sensibilità, amplificatori luminosità con schermi luminescenti outlet di bagliore giallo o giallo-verde vengono utilizzati. In linea di principio, il bagliore di questi schermi può essere considerato come una fonte di radiazioni monocromatiche, che conduce automaticamente alla definizione: i sistemi di questo tipo possono essere solo monocromatici (cioè in bianco e nero). Dato questa circostanza, i creatori dei sistemi sono selezionati e le corrispondenti matrici CCD sono selezionate: con una sensibilità massima nella parte giallo-verde dello spettro e con la mancanza di sensibilità nella gamma IR.
La conseguenza negativa dell'alta sensibilità delle matrici nella gamma IR è l'aumentata dipendenza del rumore del dispositivo dalla temperatura. Pertanto, le matrici IR utilizzate per il lavoro in serata e la notte senza amplificatori di luminosità, a differenza dei sistemi televisivi con ESO, si consiglia di raffreddare. La causa principale dello spostamento della sensibilità della telecamera CCD nella regione IR rispetto ad altri ricevitori di semiconduttori di radiazioni è correlata al fatto che i fotoni rossi penetrano ulteriormente nel silicio, poiché la trasparenza del silicio è maggiore nella regione a onde lunghe e al stesso tempo la probabilità di catturare un fotone (trasformandolo nel fotoelettronato) espirante unità.
Fico. 3. La dipendenza della profondità dell'assorbimento dei fotoni in silicone dalla lunghezza d'onda.
Per la luce con una lunghezza d'onda, più di 1100 Nm silicio è trasparente (l'energia dei fotoni rossi non è sufficiente per creare una coppia di buco elettrone in silicone), e i fotoni con una lunghezza d'onda inferiore a 300-400 Nm sono assorbiti in un sottile Strato superficiale (già sulla struttura in polyscremary degli elettrodi) e non raggiunge il potenziale pozzo.
Come accennato sopra, viene generata una coppia di vettori di foro di elettroni quando il fotone viene assorbito e gli elettroni vengono raccolti sotto elettrodi se l'assorbimento del fotone si è verificato nell'area esaurita dello strato epitassiale. Con una tale struttura CCD, un'efficienza quantistica può essere raggiunta circa il 40% (teoricamente su questo limite, la resa quantica è del 50%). Tuttavia, gli elettrodi di polifreen sono opachi per la luce con una lunghezza d'onda in breve, 400 Nm.
Per ottenere una maggiore sensibilità nella gamma di onde corte, il rivestimento CCD viene spesso utilizzato con film sottili di sostanze che assorbono fotoni blu o ultravioletti (UV) e rievocazione in un intervallo di lunghezza d'onda visibile o rossa.
Il rumore è chiamato qualsiasi fonte di incertezza del segnale. È possibile selezionare i seguenti tipi di CCD del rumore.
Rumore del fotone. È una conseguenza della natura discreta della luce. Qualsiasi processo discreto è soggetto a legge (statistiche) di Poisson. Flusso fotonico (s - Il numero di fotoni che cade sulla parte fotosensibile del ricevitore per unità di tempo) segue anche questa statistica. Secondo esso, il rumore del fotone è uguale. Pertanto, il rapporto segnale-rumore (indicato come S / N - segnale / ratio di rumore) per il segnale di ingresso sarà:
S / n \u003d\u003d.
Il rumore del segnale scuro. Se l'ingresso della matrice non si alimenta il segnale luminoso (ad esempio, è strettamente chiuso con un coperchio aderente leggero dell'obiettivo della videocamera), quindi all'uscita del sistema ottenuto il cosiddetto Cornici "Dark", si chiama rumore-neve. Il componente principale del segnale oscuro è l'emissione termoelettronica. Più bassa è la temperatura, il segnale inferiore e il dark. L'emissione termoelettronica è anche soggetta alle statistiche di Poisson e il suo rumore è:, dove N T è il numero di elettroni generati termicamente nel segnale generale. Di norma, in tutti gli utilizzati nei sistemi televisivi di sicurezza, i camcing CCD sono utilizzati senza raffreddamento attivo, come risultato della quale il rumore oscuro risulta essere una delle principali fonti di rumore.
Rumore di trasferimento. Durante il trasferimento del pacchetto di ricarica sugli elementi PZD, alcuni degli elettroni sono persi. È catturato su difetti e impurità che esistono nel cristallo. Questa inefficienza del trasferimento cambia in modo casuale come funzione della quantità di cariche portatili (n), il numero di trasferimenti (N) e l'inefficienza di un atto di trasferimento separato (E). Se assumiamo che ogni pacchetto sia trasferito in modo indipendente, il rumore di trasferimento può essere rappresentato dalla seguente espressione:
s \u003d.
Esempio: per l'inefficacia del trasferimento di 10 -5, 300 porte e il numero di elettroni nel pacchetto 10 5, il movimento del trasferimento sarà di 25 elettroni.
Rumore della lettura. Quando il segnale accumulato nell'elemento CCD è derivato dalla matrice, la tensione viene convertita nella tensione ed è migliorata, un rumore aggiuntivo, chiamato il rumore della lettura appare in ciascun elemento. Il rumore di lettura può essere rappresentato come un livello di rumore di base, che è presente anche in un'immagine con un livello di esposizione zero, quando la matrice è in completa oscurità e il rumore del segnale scuro è zero. Un tipico rumore di lettura per i buoni campioni CCD è di 15-20 elettroni. Nei migliori campioni del CCD fabbricato dalla Ford Aerospace sulla tecnologia Skipper, il rumore della lettura è inferiore a 1 elettrone e la non efficienza del trasferimento è 10 -6.
Dump rumore o ktc-rumore. Prima di inserire il nodo di rilevamento del segnale, è necessario visualizzare la carica precedente. Questo utilizza un transistor di reset. Il livello di reset elettrico dipende dalla temperatura e dalla capacità del nodo di rilevamento, che contribuisce:
s r \u003d,
dove k è la costante di Boltzmann.
Per un valore tipico del serbatoio di 0,1pf a temperatura ambiente, il rumore di scarico sarà di circa 130 elettroni. Il rumore KTC può essere completamente soppresso da uno speciale metodo di elaborazione del segnale: doppio campione correlato (DKV). Il metodo DKV elimina efficacemente i segnali a bassa frequenza di solito introdotti dalle catene di approvvigionamento.
Dal momento che il carico principale sul sistema di caduta televisiva di sicurezza durante il giorno buio (o stanze scarsamente illuminate), è particolarmente importante prestare attenzione alle videocamere a basso livello che hanno una maggiore efficienza di utilizzo in condizioni di scarsa illuminazione.
Il parametro che descrive la quantità relativa del rumore come sopra menzionato è chiamato un rapporto segnale-rumore (S / N) e viene misurato in decibel.
S / n \u003d 20 x log (<видеосигнал>/<шум>)
Ad esempio, un segnale / rumore pari a 60 dB, significa un segnale di 1000 volte più rumore.
Quando il rapporto segnale / rumore di 50 dB e più sul monitor saranno visibili un'immagine pulita senza segni visibili di rumore, a 40 dB - i lampi sono talvolta evidenti, a 30 dB - "neve" in tutto lo schermo, a 20 DB - L'immagine è quasi inaccettabile, anche se gli oggetti di grande contrasto attraverso un solido velo "nevoso" per vedere ancora possibile.
Nei dati descritti nelle descrizioni delle camere, i valori del segnale / rumore sono specificati per condizioni ottimali, ad esempio, quando la matrice di lusso è illuminata e quando la regolazione automatica della correzione del guadagno e della gamma è girata spento. Mentre l'illuminazione diminuisce, il segnale diventa più piccolo e il rumore, a causa dell'azione della correzione AGR e Gamma, di più.
Gamma dinamica
La gamma dinamica è il rapporto tra il massimo segnale possibile generato da un ricevitore leggero al proprio rumore. Per CCD, questo parametro è definito come il rapporto tra il pacchetto di carica più grande, che può essere accumulato in pixel al rumore della lettura. Più grande è la dimensione del CCD dei pixel, più elettroni possono essere tenuti in esso. Per diversi tipi di CCD, questo valore è da 75.000 a 500.000 e superiore. A 10 e-rumori (il rumore CCD è misurato negli elettroni E -) La gamma dinamica del CCD raggiunge il valore di 50000. Un grande intervallo dinamico è particolarmente importante per la registrazione di un'immagine in condizioni di strada durante la luce del sole o nelle condizioni notturne, quando C'è una grande caduta di illuminazione: luce intensa dalla lanterna e il lato ombretto arsi dell'oggetto. Per confronto: le migliori emulsioni fotografiche hanno una gamma dinamica di solo circa 100.
Per una comprensione più visiva di alcune caratteristiche dei ricevitori CCD e, soprattutto, la gamma dinamica, diamo un breve confronto di loro con le proprietà dell'occhio umano.
Occhio è la riproduzione della luce più universale.
Fino ad ora, il più efficace e perfetto, dal punto di vista della gamma dinamica (e, in particolare, dal punto di vista dell'efficacia del trattamento e del recupero dell'immagine), la riproduzione della luce è l'occhio umano. Il fatto è che l'occhio della persona combina due tipi di raffinatori: bastoncini e colonne.
I bastoncini hanno dimensioni ridotte e sensibilità relativamente bassa. Si trovano principalmente nella regione del punto giallo centrale e sono praticamente assenti sulla periferia della retina del fondo dell'occhio. Le bacchette sono ben distinte dalla luce con diverse lunghezze d'onda, o meglio il meccanismo di formare un segnale neurale diverso, a seconda del colore del flusso degli incidenti. Pertanto, in normali condizioni di illuminazione, l'occhio abituale ha una risoluzione massima angolare vicino all'asse ottico dell'obiettivo, la differenza massima delle sfumature di colore. Sebbene alcune persone abbiano deviazioni patologiche associate a una diminuzione e talvolta l'assenza della capacità di formare varie comunicazioni neurali a seconda della lunghezza della lunghezza d'onda. Questa patologia è chiamata Daltonismo. Le persone con visione acuta non sono praticamente senza ranchonics.
Le colonne sono distribuite quasi in modo uniforme in tutta la retina, hanno una dimensione maggiore e, quindi, maggiore sensibilità.
Sotto le condizioni dell'illuminazione della luce diurna, il segnale dai bastoncini supera significativamente il segnale dei coli, l'occhio è configurato per funzionare con illuminazione luminosa (la cosiddetta visione "giorno"). I bastoncini rispetto alle colonne hanno un livello maggiore di segnale "scuro" (nel buio vediamo false "scintille" luminose ").
Se hai una persona ferm-up con una visione normale da mettere nella stanza buia e darlo ad adattarsi ("Aspirarsi") al buio, quindi il segnale "scuro" dai bastoni diminuirà notevolmente e nella percezione di La luce inizierà a lavorare in modo più efficiente alle colonne di lavoro (visione "Twilight"). Nei famosi esperimenti di S.I.VAVOVOV, è stato dimostrato che l'occhio umano (l'opzione "colonne") è in grado di registrare separatamente 2-3 quantistici di luce.
Così, la gamma dinamica dell'occhio umano: dal sole splendente ai singoli fotoni, è 10 10 (cioè 200 decibel!). Il meglio in questo parametro con un ricevitore luminoso artificiale è un moltiplicatore di fotoelettroni (Feu). Nella modalità Account fotone, ha un intervallo dinamico fino a 10 5 (cioè 100 dB), e con un dispositivo di commutazione automatico per registrarsi alla modalità analogica, la gamma dinamica di Feu può raggiungere 10 7 (140 dB), che è a Migliaia di volte peggio della gamma dinamica dell'occhio umano.
La gamma di sensibilità spettrale delle bacchette è molto ampia (da 4200 a 6.500 angstroms) con un massimo di circa la lunghezza d'onda del 5550 Angstrom. L'intervallo spettrale di Columcia è più stretto (da 4200 a 5.200 angstroms) con un massimo alla lunghezza d'onda di circa 4.700 angstrom. Pertanto, quando si passa dalla visione del giorno al crepuscolo, una persona ordinaria perde la capacità di distinguere tra i colori (nessuna meraviglia: "di notte, tutti i gatti di zolfo"), e la lunghezza d'onda efficace si sposta nella parte blu nella zona di Fotoni ad alta energia. Questo effetto della sensibilità spettrale di spostamento è chiamato effetto purkiner. Hanno (indirettamente) hanno molte matrici CCD colorate, sbilanciate dal segnale RGB su bianco. Questo dovrebbe essere considerato quando si riceve e l'utilizzo di informazioni sul colore in sistemi televisivi con telecamere che non hanno una correzione automatica bianca.
Linearità e correzione gamma.
CCD ha un alto grado di linearità. In altre parole, il numero di elettroni raccolti in pixel è strettamente proporzionale al numero di fotoni nel CCD.
Il parametro "LENENZA" è strettamente correlato al parametro "Intervallo dinamico". Una gamma dinamica, come regola, può superare significativamente l'intervallo lineare se il sistema fornisce un hardware o un'ulteriore correzione del software del dispositivo nell'area non lineare. Di solito è facile regolare il segnale con una deviazione dalla linearità di non più del 10%.
Si osserva una situazione completamente diversa nel caso di emulsioni fotografica. Le emulsioni hanno una complessa dipendenza della reazione alla luce e nel migliore dei casi, consente di ottenere una precisione fotometrica del 5% e quindi solo in termini della sua gamma dinamica già ristretta. Il CCD è lineare con una precisione dello 0,1% in quasi l'intera gamma dinamica. Ciò consente relativamente facile di eliminare l'effetto dell'eterogeneità della sensibilità del campo. Inoltre, il CCD è stabile. La posizione del pixel separato è rigorosamente fissato nella fabbricazione del dispositivo.
Il Kinescope nel monitor ha una dipendenza di potenza dalla luminosità dal segnale (indicatore del grado 2.2), che porta a una diminuzione del contrasto in aree scure e per ingrandire brillare; Allo stesso tempo, come già notato, le moderne matrici CCD producono un segnale lineare. Per compensare la non linearità totale, il dispositivo è solitamente incorporato (correttore Gamma), un segnale con un indicatore di 1 / 2.2, I.e. 0,45. Alcune telecamere forniscono una selezione di coefficiente di predibilità, ad esempio, l'opzione 0.60 porta ad un aumento soggettivo di contrasto, il che rende l'impressione di un'immagine più "chiara". Effetto collaterale - Correzione Gamma significa un ulteriore aumento dei segnali deboli (in particolare, rumore), cioè. La stessa camera con il G \u003d 0,4 incluso sarà di circa quattro "più sensibili" che quando r \u003d 1. Tuttavia, ricordo ancora una volta che nessun amplificatore può aumentare il rapporto segnale-rumore.
Carica ondeggiante.
Il numero massimo di elettroni accumulato in pixel è limitato. Per matrici della qualità media della produzione e delle dimensioni tipiche, questo valore è di solito 200000 elettroni. E se il numero totale di fotoni durante l'esposizione (fotogramma) raggiunge il valore limite (200.000 o più con una potenza quantistica del 90% o più), il pacchetto di ricarica inizierà a fluire nei pixel adiacenti. I dettagli dell'immagine iniziano a fondersi. L'effetto è migliorato quando "superfluo" non viene assorbito dal corpo sottile del flusso di luce cristallino riflesso dal substrato di base. Con flussi di luce all'interno della gamma dinamica, i fotoni non raggiungono il substrato, sono quasi tutti (con una grande produzione quantistica) vengono trasformati in fotoelettroni. Ma vicino al limite superiore della gamma dinamica, si verifica la saturazione e i fotoni non transformati cominciano a "vagare" sul cristallo principalmente con la conservazione della direzione dell'ingresso iniziale nel cristallo. La maggior parte di questi fotoni raggiunge il substrato, si riflette e si riflette e ciò aumenta la probabilità di successiva trasformazione in fotoelettroni, pacchetti di carica eccessivamente rilevante già al confine della diffusione. Tuttavia, se uno strato assorbente viene applicato al substrato, il cosiddetto rivestimento anti-cancro (anti-Blocco), l'effetto di diffusione diminuirà notevolmente. Molte moderne matrici prodotte da nuove tecnologie hanno antibrumming, che è una delle componenti del sistema di compensazione della luce posteriore.
Stabilità e precisione fotometrica.
Anche le videocamere CCD più sensibili sono inutili per l'uso in condizioni di scarsa illuminazione, se hanno una sensibilità instabile. Stabilità: una proprietà integrale del CCD come strumento a stato solido. Qui, prima di tutto, il che significa la stabilità della sensibilità nel tempo. La stabilità temporanea viene controllata per le misurazioni del flusso da speciali fonti di radiazioni stabilizzate. È determinato dalla stabilità dell'uscita quantistica della matrice stessa e della stabilità del sistema elettronico di lettura, guadagnando e registrazione del segnale. Questa stabilità risultante del camcorder è il parametro principale quando si determina la precisione fotometrica, I.e. Accuratezza di misurare il segnale luminoso registrato.
Per i buoni campioni di matrici e sistema elettronico di alta qualità, la precisione fotometrica può raggiungere lo 0,4 allo 0,5%, e in alcuni casi, con condizioni ottimali, la matrice e l'uso di metodi speciali di elaborazione del segnale sono dello 0,02%. La precisione fotometrica risultante è determinata da diversi componenti principali:
- instabilità temporale del sistema nel suo complesso;
- eterogeneità spaziale di sensibilità e, soprattutto, disomogeneità di alta frequenza (cioè, dal pixel al pixel);
- efficienza quantistica del camcorder;
- l'accuratezza della digitalizzazione del segnale video per le videocamere digitali;
- la grandezza del rumore di diversi tipi.
Anche se la matrice CCD ha grandi disomogeneità in sensibilità, il loro effetto sulla precisione fotometrica risultante può essere ridotta da metodi speciali di elaborazione del segnale, a meno che, a meno che queste disomogeneità siano stabili nel tempo. D'altra parte, se la matrice ha un'elevata efficienza quantistica, ma l'instabilità del quale è grande, la precisione risultante della ricezione del segnale utile sarà bassa. In questo senso, per dispositivi di lavoro instabili, l'accuratezza della ricezione del segnale utile (o della precisione fotometrica) è più importante della caratteristica del rapporto segnale-rumore.
