Aby przekonwertować strumień światła do sygnału elektronicznego, który jest następnie przetłumaczony na kod cyfrowy nagrany na karcie pamięci aparatu.
Matryca składa się z pikseli, cel każdego - do wyjścia sygnału elektronicznego na wyjściu, odpowiadającego liczbie światła spadającego na niego.
Różnica w matrycach CCD i CMOS - w metoda transformacji
uzyskane z sygnału pikseli. W przypadku CCD - konsekwentnie z minimalnym hałasem, w przypadku CMOS - szybko i przy mniejszym zużyciu mocy (a dzięki dodatkowym schematom liczba hałasu jest znacznie zmniejszona).
Jednak o wszystkim, w porządku ...
Odróżnij matryce CCD i CMOS
 |
CCD - Matrix.
Urządzenie z relacją ładującą (CCD, w języku angielskim - CCD) jest nazywany tak ze względu na sposób przeniesienia ładunku między elementami Photography - z pikseli do pikseli I ostatecznie, Wyjście ładowania czujnika .
Opłaty są przesuwane przez matrycę uderzeń od góry do dołu. Zatem ładunek przesuwa się natychmiast w dół kilku rejestrów (kolumn) natychmiast.
Przed opuszczeniem CCD - czujnik, ładunek każdego piksela jest zwiększona, a na wyjściu otrzymuje się sygnał analogowy o różnych napięciach (w zależności od ilości światła na pikselu). Przed przetwarzaniem ten sygnał jest wysyłany do oddzielny
(Poza chipa) konwerter analogowo-cyfrowy, a wynikowe dane cyfrowe są konwertowane na bajty reprezentujące obraz obrazu uzyskanego przez czujnik.
Ponieważ CCD przekazuje ładunek elektryczny, który ma niską odporność i jest mniej podatny na zakłócenia innych składników elektronicznych, wynikowy sygnał, co zawiera mniej niż różny hałas W porównaniu z sygnałem czujnika sygnału.
 |
 |
CMOS - Matrix.
W CMOS - Matrix. (Semiconductor Metal Metal Metal - CMOS, w języku angielskim - CMOS), znajduje się urządzenie przetwarzające obok każdego piksela (czasami zamontowany na samej matrycy), dzięki czemu wzrasta prędkość Systemy. Z powodu braku dodatkowych urządzeń przetwarzających, odnotowujemy niskie zużycie energii CMOS - Matrix.
Pewna idea procesu czytania informacji z macierzy można uzyskać z następującego filmu
Technologie są stale ulepszane, a obecność macierzy CMOS w aparacie lub kamera mówi o modelu wyższej klasy. Producenci często koncentrują się na modelach z macierzami CMOS.
Ostatnio rozwój matrycy CMOS z tylnym umieszczeniem przewodów, pokazujący najlepsze wyniki podczas fotografowania w warunkach słabego oświetlenia, a także o mniejszym poziomie hałasu.
Oddzielnie podejmowany element jest wrażliwy w całym widocznym zakresie widmowym, więc filtr światła jest używany na fotodiod kolorowych matryc CCD, które pomija tylko jeden z trzech kolorów: czerwony (czerwony), zielony (zielony), niebieski (niebieski) lub żółty (zielony), niebieski (niebieski) lub żółty ( Żółty), fioletowy (magenta), turkusowy (cyjan). Z kolei nie ma takich filtrów w czarno-białej matrycy CCD.
Urządzenie i zasada pikseli
Pixel składa się z substratu P pokrytego przezroczystym dielektrycznym, co powoduje, że elektroda odporna na światło tworzące potencjalne dołu.
Filtr światła może być obecny powyżej pikseli (stosowany w kolorowych matrycach) i zbierając obiektyw (stosowany w matrycach, w których elementy wrażliwe nie w pełni zajmują powierzchnię).
Na elektrody oświetleniowej znajdującej się na powierzchni kryształu złożona jest dodatni potencjał. Światło spadające na piksel wnikają głęboko w strukturę półprzewodnikową, tworząc parę elektron-otwór. Otrzymany elektron i otwór są zamontowane w polu elektrycznym: elektron jest przesuwany do obszaru przechowywania przewoźników (potencjalne dołu), a otwory płyną do podłoża.
Następujące cechy są nieodłączne dla pikseli:
- Pojemność potencjalnego dołu jest ilość elektronów, które mogą pomieścić potencjalne dołu.
- Wrażliwość widmowa pikseli jest zależność wrażliwości (stosunek wielkości fotokurnych do wielkości strumienia światła) z długości fali promieniowania.
- Skuteczność kwantowa (mierzona w procentach) - wartość fizyczna równa stosunku liczby fotonów, której absorpcja spowodowała tworzenie quasiparticles, do całkowitej liczby absorbowanych fotonów. W nowoczesnych matrycach CCD liczba ta osiąga 95%. Dla porównania ludzkie oko ma wydajność kwantową około 1%.
- Zakres dynamiczny - stosunek napięcia lub prąd nasycenia do średniego napięcia kwadratowego lub prądu ciemnego hałasu. Mierzone w DB.
Matryca CCD jest podzielona na łańcuchy, a z kolei każda linia jest uszkodzona na pikselach. Wiersze są podzielone między sobą warstwy stop (p +), które nie pozwalają na przepływ ładunków między nimi. Aby przesunąć pakiet danych, równolegle, jest również pionowy (POL. VCCD) i spójny, jest horyzontalny (ENG. HCCD) rejestry zmiany biegów.
Najprostszym cyklem rejestru przesunięcia trójfazowego zaczyna się od faktu, że dodatni potencjał jest dostarczany do pierwszej migawki, w wyniku czego utworzono pitę wypełnioną wynikami z powstałymi elektronami. Następnie damy drugą migawkę z potencjałem, wyższym niż na pierwszym, w wyniku tego, którego pod drugiej migawki powstaje głębszy potencjał, który płynie elektronom z pierwszej migawki. W celu kontynuowania ruchu ładunku powinien zmniejszyć potencjalną wartość na drugiej bramie i ssać potencjał na trzecim. Elektrony płyną pod trzecią migawką. Cykl ten trwa z witryny akumulacji do bezpośrednio odczytanego rezystora poziomego. Wszystkie elektrody poziomych i pionowych rejestrów ścinających fazy (faza 1, faza 2 i faza 3).
Klasyfikacja matryc CCD w chromatyczności:
- Czarny i biały
- Kolorowy
Klasyfikacja macierzy CCD według architektury:
Zielony kolor oznaczone komórki fetycznych, obszary szarej - nieprzezroczyste.
W przypadku matrycy CCD następujące cechy są nieodłączne:
- Skuteczność ładunku jest stosunek liczby elektronów na końcu ścieżki do częstości występowania numeru na początku.
- Współczynnik napełniania - stosunek obszaru wypełnionego elementów fotosencjonalnych do pełnego obszaru powierzchniowego powierzchni Matrix CCD.
- Ciemny prąd jest prądem elektrycznym, który płynie na elemencie wyczuwalne w przypadku braku spadających fotonów.
- Hałas czytania jest hałasem, który występuje w schematach konwersji i ulepszania.
|
Matryce krzywej. (Eng. Transfer ramek). |
|
 |
Korzyści:
Niedogodności:
|
|
Matryca z zaległością lub macierzą z buforowaniem kolumnami (ENG. Interline-Transfer). |
|
 |
Korzyści:
Niedogodności:
|
|
Matryca z transferem ramki cierpiącej lub macierzy z buforowaniem kolumnami (ENG. Interline). |
|
 |
Korzyści:
Niedogodności:
|
Zastosowanie macierzy CCD
 |
Aplikacja naukowa
|
 |
Aplikacja kosmiczna
|
 |
Aplikacja na skalę przemysłową
|
 |
Wniosek o ochronę obiektów
|
 |
Aplikacja w fotografii.
|
 |
Aplikacja medyczna
|
 |
Aplikacja samochodowa
|
Jak pojawia się zniekształcenie podczas fotografowania ruchomych obiektów na czujniku za pomocą migawki łańcuchowej:
Oddzielnie podejmowany element jest wrażliwy w całym widocznym zakresie widmowym, więc filtr światła jest używany na fotodiod kolorowych matryc CCD, które pomija tylko jeden z trzech kolorów: czerwony (czerwony), zielony (zielony), niebieski (niebieski) lub żółty (zielony), niebieski (niebieski) lub żółty ( Żółty), fioletowy (magenta), turkusowy (cyjan). Z kolei nie ma takich filtrów w czarno-białej matrycy CCD.
Urządzenie i zasada pikseli
Pixel składa się z substratu P pokrytego przezroczystym dielektrycznym, co powoduje, że elektroda odporna na światło tworzące potencjalne dołu.
Filtr światła może być obecny powyżej pikseli (stosowany w kolorowych matrycach) i zbierając obiektyw (stosowany w matrycach, w których elementy wrażliwe nie w pełni zajmują powierzchnię).
Na elektrody oświetleniowej znajdującej się na powierzchni kryształu złożona jest dodatni potencjał. Światło spadające na piksel wnikają głęboko w strukturę półprzewodnikową, tworząc parę elektron-otwór. Otrzymany elektron i otwór są zamontowane w polu elektrycznym: elektron jest przesuwany do obszaru przechowywania przewoźników (potencjalne dołu), a otwory płyną do podłoża.
Następujące cechy są nieodłączne dla pikseli:
- Pojemność potencjalnego dołu jest ilość elektronów, które mogą pomieścić potencjalne dołu.
- Wrażliwość widmowa pikseli jest zależność wrażliwości (stosunek wielkości fotokurnych do wielkości strumienia światła) z długości fali promieniowania.
- Skuteczność kwantowa (mierzona w procentach) - wartość fizyczna równa stosunku liczby fotonów, której absorpcja spowodowała tworzenie quasiparticles, do całkowitej liczby absorbowanych fotonów. W nowoczesnych matrycach CCD liczba ta osiąga 95%. Dla porównania ludzkie oko ma wydajność kwantową około 1%.
- Zakres dynamiczny - stosunek napięcia lub prąd nasycenia do średniego napięcia kwadratowego lub prądu ciemnego hałasu. Mierzone w DB.
Matryca CCD jest podzielona na łańcuchy, a z kolei każda linia jest uszkodzona na pikselach. Wiersze są podzielone między sobą warstwy stop (p +), które nie pozwalają na przepływ ładunków między nimi. Aby przesunąć pakiet danych, równolegle, jest również pionowy (POL. VCCD) i spójny, jest horyzontalny (ENG. HCCD) rejestry zmiany biegów.
Najprostszym cyklem rejestru przesunięcia trójfazowego zaczyna się od faktu, że dodatni potencjał jest dostarczany do pierwszej migawki, w wyniku czego utworzono pitę wypełnioną wynikami z powstałymi elektronami. Następnie damy drugą migawkę z potencjałem, wyższym niż na pierwszym, w wyniku tego, którego pod drugiej migawki powstaje głębszy potencjał, który płynie elektronom z pierwszej migawki. W celu kontynuowania ruchu ładunku powinien zmniejszyć potencjalną wartość na drugiej bramie i ssać potencjał na trzecim. Elektrony płyną pod trzecią migawką. Cykl ten trwa z witryny akumulacji do bezpośrednio odczytanego rezystora poziomego. Wszystkie elektrody poziomych i pionowych rejestrów ścinających fazy (faza 1, faza 2 i faza 3).
Klasyfikacja matryc CCD w chromatyczności:
- Czarny i biały
- Kolorowy
Klasyfikacja macierzy CCD według architektury:
Zielony kolor oznaczone komórki fetycznych, obszary szarej - nieprzezroczyste.
W przypadku matrycy CCD następujące cechy są nieodłączne:
- Skuteczność ładunku jest stosunek liczby elektronów na końcu ścieżki do częstości występowania numeru na początku.
- Współczynnik napełniania - stosunek obszaru wypełnionego elementów fotosencjonalnych do pełnego obszaru powierzchniowego powierzchni Matrix CCD.
- Ciemny prąd jest prądem elektrycznym, który płynie na elemencie wyczuwalne w przypadku braku spadających fotonów.
- Hałas czytania jest hałasem, który występuje w schematach konwersji i ulepszania.
|
Matryce krzywej. (Eng. Transfer ramek). |
|
|
|
Korzyści:
Niedogodności:
|
|
Matryca z zaległością lub macierzą z buforowaniem kolumnami (ENG. Interline-Transfer). |
|
 |
Korzyści:
Niedogodności:
|
|
Matryca z transferem ramki cierpiącej lub macierzy z buforowaniem kolumnami (ENG. Interline). |
|
|
|
Korzyści:
Niedogodności:
|
Zastosowanie macierzy CCD
 |
Aplikacja naukowa
|
|
|
Aplikacja kosmiczna
|
 |
Aplikacja na skalę przemysłową
|
 |
Wniosek o ochronę obiektów
|
|
|
Aplikacja w fotografii.
|
 |
Aplikacja medyczna
|
|
|
Aplikacja samochodowa
|
Jak pojawia się zniekształcenie podczas fotografowania ruchomych obiektów na czujniku za pomocą migawki łańcuchowej:
Wprowadzenie
W tym kursie, rozważę ogólne informacje o opłatach za pomocą opłaty, parametrów, historii stworzenia, cech współczesnych komorę CCD w środkowej części podczerwieni.
W wyniku prac kursu studiował literaturę na temat tworzenia, zasada działania, specyfikacje techniczne i stosowanie kamer CCD w środkowej przestrzeni IR.
CCD. Fizyczna zasada działania CCD. PZD-Matrix.
Urządzenie do ładowania (CCD) jest serią prostych struktur TIR (metal - dielektryk - półprzewodnik), utworzony na wspólnym podłożu półprzewodnikowym w taki sposób, że paski elektrod metalowych tworzą liniowy lub matrycowy regularny system, w którym odległości między Sąsiednie elektrody są wystarczającymi mężczyznami (rys. 1). Ta okoliczność określa fakt, że urządzenie określa wzajemny wpływ sąsiednich struktur TIR.
Rysunek 1 - Struktura CCD
Głównymi cechami CCD wrażliwych na foto - transformacja obrazów optycznych w sekwencję impulsów elektrycznych (wideo generacji), a także przechowywania i przetwarzania informacji cyfrowych i analogowych.
CCD jest wykonany na podstawie silikonu pojedynczego kryształu. Aby to zrobić na powierzchni płyty krzemowej, metoda utleniania termiczna tworzy cienką (0,1-0.15 μm) folii dielektrycznej dwutlenku krzemu. Proces ten jest przeprowadzany w taki sposób, aby zapewnić doskonałość sekcji półprzewodnikowej półprzewodników - dielektryk i zminimalizować stężenie rekombinujących centrów na granicy. Elektrody poszczególnych elementów TIR wykonane są z aluminium, ich długość wynosi 3-7 mikronów, szczelina między elektrodami wynosi 0,2-3 μm. Typowa liczba elementów TIR 500-2000 w liniowej i na Matrix CCD; Obszar płyty w ekstremalnych elektrodach każdej linii jest wytwarzany przez P-N - przejścia przeznaczone do wejścia - wyjście części ładunków (naładowanych pakietów) elektrycznych. W metodzie (wtrysku P - N-wejściowy). Z fotoelektrycznym. Wejście do pakietów CCD są oświetlone z przodu lub tylnej części. W przypadku oświetlenia czołowego elektrody aluminiowe stosuje się do uniknięcia skutków cieniowania elektrod, są one zwykle zastępowane folią silnego krzemu polikrystalicznego (policaminę), przezroczystego w widocznym i sąsiednim widmie IR.
Zasada działania CCD
Ogólna zasada CCD jest następująca. Jeśli negatywne napięcie jest stosowane do dowolnej metalowej elektrody metalowej CCD, a następnie pod działaniem pola elektrycznego pola elektrycznego, które są głównymi nośnikami w podłożu, opuścić powierzchnię głębokości półprzewodnika. Powierzchnia tworzy również wyczerpany obszar, który na diagramie energetycznym jest potencjalnym pitą dla nośników nieregularnych - otworów. Otwory w dowolnym miejscu do tego obszaru są przyciągane do interfejsu między dielektryczno-półprzewodnikiem i są zlokalizowane w wąskiej warstwie powierzchniowej.
Jeśli teraz do przylegającej elektrody do podłączenia ujemnego napięcia większej amplitudy, powstaje głębszy potencjał pit, a otwory poruszają się do niej. Stosowanie niezbędnych naprężeń do różnych elektrod CCD, możliwe jest zapewnienie przechowywania ładunków w niektórych w pobliżu obszarów powierzchniowych i ruchu kierunkowego ładunków wzdłuż powierzchni (ze struktury do struktury). Wprowadzenie pakietu ładowania (nagrywanie) może być przeprowadzane albo zlokalizowane przejście P-N, na przykład w pobliżu ekstremalnego elementu CCD lub generacji światła. Wyjście ładowania z systemu (odczyt) jest najprostszym sposobem na przeprowadzenie przez przejście P-N. W ten sposób CCD jest urządzeniem, w którym informacje zewnętrzne (sygnały elektryczne lub światła) jest przekształcane w opłaty pakiety przewoźników mobilnych, które są zdefiniowane w obszarach bliskowo-powierzchni, a przetwarzanie informacji prowadzi przez kontrolowany ruch tych pakietów powierzchnia. Oczywiście na podstawie CCD można budować systemy cyfrowe i analogowe. W przypadku systemów cyfrowych tylko fakt obecności lub braku otworów ładunków w jednym lub inny element CCD jest ważny, z analogicznym przetwarzaniem, radzą sobie z wartościami ruchomych ładunków.
Jeśli CCD wysokiego elementu lub matrycy ma wysłać strumień światła, część półprzewodnika, fotogeneracja par elektronów rozpocznie się w półprzewodnikach. Znalezienie wyczerpanego regionu CCD, nośniki są oddzielone, a otwory gromadzą się w potencjalnych studniach (wielkość zgromadzonej ładunku jest proporcjonalna do lokalnego oświetlenia). Po pewnym czasie (około kilku milisekund) obraz pakietów ładowania zostanie przechowywany w matrycy CCD w matrycy CCD odpowiadającej rozkładowi oświetlenia. Gdy impulsy zegara są włączone, pakiety ładowania przeniesie się do urządzenia wyjściowego odczytu, który konwertuje je do sygnałów elektrycznych. W rezultacie wyjście spowoduje sekwencję impulsów o innej amplitudzie, kopercie, która daje sygnał wideo.
Zasada działania CCD na przykładzie fragmentu ciągu Ciągła FPZ, kontrolowany przez obwód Trothota (trójfazowy), zilustrowano na rysunku 2. Podczas zegara I (percepcja, akumulacja i przechowywanie informacji wideo) do elektrod 1, 4, 7 jest stosowany przez t. N. Napięcie magazynowania UXP, naciskając główne nośniki - otwory w przypadku krzemu typu R - w głębokości półprzewodniku i tworzących obrzękowych warstw o \u200b\u200bgłębokości 0,5-2 μm - potencjalne doły do \u200b\u200belektronów. Oświetlenie powierzchni FPZ generuje nadmiarowe pary z otworami elektronowymi w objętości krzemu, a elektrony są dokręcone do potencjalnych dołów, są zlokalizowane w cienkim (0,01 μm) warstwę blisko powierzchni pod elektrodami 1, 4.7, sygnał formujący Pakiety ładowania.
Ładowanie aparatu komunikacyjnego podczerwieni
Rysunek 2 - Schemat pracy instrumentu trójfazowego z relacją ładującą - rejestr ścinania
Wartość ładunku w każdym pakiecie jest proporcjonalna do ekspozycji powierzchniowej w pobliżu tej elektrody. W dobrze utworzonych strukturach TIR, wygenerowane opłaty w pobliżu elektrod można utrzymywać stosunkowo długo, ale stopniowo ze względu na wytwarzanie nośników ładunków przez ośrodki zanieczyszczeń, wady objętości lub na obramowaniu rozdziału te opłaty gromadzą się w potencjalnych studniach do czasu Opłaty sygnałowe przekraczają i nawet całkowicie wypełnić doły.
Podczas TACT II (transfer ładowania) do elektrod 2, 5, 8 i tak dalej, napięcie odczytu jest wyższe niż napięcie pamięci masowej. Dlatego pod elektrodami 2, 5 i 8 pojawia się głębszy potencjał. Patelnie niż w elektronach 1, 4 i 7, a ze względu na bliskość elektrod 1 i 2, 4 i 5,7 i 8, bariery między nimi znikają, a elektrony płyną do sąsiednich, głębszych potencjalnych dołów.
Podczas zegara III napięcie na elektrodach 2, 5, 8 zmniejsza się do iz elektrod 1, 4, 7 jest usuwany.
T. o. Wszystkie pakiety ładujące są przenoszone wzdłuż ciągu PZS w prawo do jednego kroku równy odległości między sąsiednimi elektrodami.
We wszystkich czasie pracy w elektrodach, bezpośrednio nie podłączony do potencjałów lub, podtrzymywany jest mały napięcie przemieszczenia (1-3 b), które zapewniają wyczerpanie przewoźników ładunków całej powierzchni półprzewodnika i tłumienia skutków rekombinacji IT.
Powtarzanie procesu przełączania napięcia jest powtarzane, usuwanie przez skrajne przejścia R-H sekwencyjnie wszystkie pakiety ładujące, podekscytowane, np. Światło w ciągu. Jednocześnie pojawiają się impulsy napięciowe w obwodzie wyjściowym, proporcjonalne do wartości ładunku tego pakietu. Wzór oświetlenia jest przekształcony w ulgę do ładowania powierzchni, który po awansie wzdłuż całego wiersza jest przekształcana w sekwencję impulsów elektrycznych. Im większa liczba elementów w łańcuchu lub matrycy (odbiorniki numer 1-; 2-buforowane elementy; 3 - CCD, niekompletna transmisja pakietu ładowania z jednej elektrody do sąsiednich i wzmocnionych przez tę zniekształcenie informacji. Aby uniknąć zniekształceń Skumulowany sygnał wideo z powodu kontynuowania czasu oświetlenia oświetlenia, na Crystal FPZS tworzy przestrzennie oddzielone obszary percepcji - akumulacji i przechowywania - czytanie, aw pierwszym, aby zapewnić maksymalną fotomensywność, a drugi, przeciwnie, chroniony światło Rejestry, informacje są przesyłane przez wyjście 4 do schematu połączenia sygnału 5, nowa rama wideo gromadzi się w linii 1. FPZ z transferem ramy (Rysunek 3) Informacje postrzegane przez Matrix Akumulacji 7 jest szybko "resetowanie" w matrycy pamięci masowej 2, z którego zwolennika Jest czytany przez rejestr CCD 3; W tym samym czasie matryca 1 gromadzi nową ramkę.
Rysunek 3 - Akumulacja i odczyt informacji w linii liniowej (a), matrycy (b) instrumentu fotorodowego z oprawką i w instrumencie z wstrzyknięciem ładunku.
Oprócz najprostszej struktury (Figura 1), pozostałe typy ich typów uzyskano w szczególności instrumenty z elektrodami nakładającymi się z polikremum (Figura 4), w których aktywne pokazy zdjęć są dostarczane na całej powierzchni półprzewodniku i małego Gap między elektrodami i urządzeniami z asymetrią właściwości blisko powierzchni (na przykład, warstwa dielektryczna o zmiennej grubości - Rysunek 4), działający w trybie dwusuwowym. Funkcją zasadniczo jest strukturą CCD z kanałem objętościowy (Figura 4) utworzona przez dyfuzję zanieczyszczeń. Akumulacja, przechowywanie, przenoszenie ładowania występuje w objętości półprzewodnikowej, gdzie mniej niż na powierzchni, rekombinacja centrów i powyższej mobilności przewoźnika. Konsekwencją tego jest wzrost ilości wartości i zmniejszenie porównania ze wszystkimi odmianami CCD z kanałem powierzchniowym.
Rysunek 4 - Odmiany instrumentów z oprawą z kanałami powierzchniowymi i obszernymi kanałami.
W celu postrzegania obrazów kolorowych, stosuje się jeden z dwóch sposobów: oddzielenie strumienia optycznego przy użyciu pryzmatu na czerwono, zielony, niebieski, postrzeganie każdego z nich ze specjalnymi FPZ - kryształ, mieszanie impulsów ze wszystkich trzech kryształów w pojedynczy sygnał wideo; Stworzenie na powierzchni FPZ filtra folii lub mozaiki, tworząc raster wielokolorowych triad.
Nieznany Sergey Ivanovich.
Nikulin Oleg Yurevich.
Wspólnoty ładujące -
Podstawa nowoczesnego sprzętu telewizyjnego.
Główne cechy CCD.
W poprzednim artykule dokonano krótkiej analizy istniejących odbiorników półprzewodnikowych światła i struktura i zasada funkcjonowania instrumentów z relacją ładującą opisano szczegółowo.
W proponowanym artykule porozmawiamy o cechach fizycznych macierzy CCD i ich wpływu na ogólne właściwości gry telewizyjnej.
Liczba elementów Matrycy PZD.
Być może najbardziej "podstawową" cechami macierzy CCD są liczbą elementów. Z reguły, przytłaczająca liczba modeli ma standardową liczbę elementów koncentrowanych na standardowym telewizji: 512x576 pikseli (te macierze są zwykle używane w prostych i tanich systemach nadzoru wideo) i 768x576 pikseli (takie macierzy pozwalają uzyskać maksymalną rozdzielczość standardowy sygnał telewizyjny).
Największy produkowany i opisany CCD jest urządzeniem jedno-krystalicznym korporacji FORD Aerospace o powierzchni 4096x4096 pikseli z bokiem pikseli 7,5 mikronów.
Podczas wytwarzania wyjście wysokiej jakości urządzeń dużych rozmiarów jest bardzo niskie, więc podczas tworzenia kamery CCD do fotografowania obrazów o dużym formacie, stosuje się inne podejście. Wiele firm produkowanych jest z CCD z wnioskami zlokalizowanymi na trzech, dwóch lub jednej stronie (przytulna CCD). Z takich urządzeń zbierają mozaika CCD. Na przykład Loral Fairchild jest produkowany przez bardzo interesujące i obiecujące urządzenie 2048x4096 15 μm. Ustalenia tego CCD są wykonane na jedną wąską stronę. Osiągnięcia przemysłu rosyjskiego są nieco skromne. NPP "SILILA" (St. Petersburg) wytwarza CCD 1024x1024 16 μm z objętościowym kanałem ładowania ładunku, fazy wirtualnej i wyjść z jednej strony urządzenia. Taka architektura urządzeń pozwala zadokować się ze sobą z trzech boków.
Ciekawe jest zauważenie, że kilka wyspecjalizowanych odtwarzania światła domowego są tworzone na podstawie CCD Mosaik. Na przykład, z ośmiu CCD 2048x4096, Loral Fairchild jest montowany przez mozaikę 8192x8192 ze wspólnymi wymiarami 129x129 mm. Luki między poszczególnymi kryształami CCD są mniejsze niż 1 mm. W niektórych zastosowaniach stosunkowo duże luki (do 1 cm) nie są uważane za poważny problem, ponieważ kompletny obraz można uzyskać, sumując w pamięci komputera o kilku ekspozycjach, lekko przesunięty względem siebie, wypełniając luki. Obraz uzyskany przez mozaikę 8196x8196 zawiera 128 MB informacji, co odpowiada około 100-objętościowo-500 stron w każdym objętości. Chociaż liczby te są imponujące, są nadal małe w porównaniu do rozmiaru i rozdzielczości emulsji fotograficznych, które można wykonać przez ogromne prześcieradła. Nawet najbardziej gruboziarnisty film 35 mm zawiera do 25 milionów rozwiązanych ziaren (piksele).
Rozwiązywanie umiejętności gry telewizyjnej
Z liczby elementów macierzy CCD, jeden z podstawowych parametrów kamer - pozwolenie (lub rozdzielczość) zależy bezpośrednio. Zezwolenie komory na dodatkowo parametry parametrów obwodu przetwarzania sygnału elektronicznego i parametry optyki.
Rozdzielczość jest zdefiniowana jako maksymalna liczba pasm czarno-białych (tj. Liczba przejść z czarnego do białego lub z powrotem), która może być przesyłana przez kamerę i są rozróżniane przez system rejestracyjny w skrajnie wykrytym kontrascie.
Oznacza to, że komora umożliwia rozważenie ciemnych pionowych pociągnięć N / 2 na jasnym tle, układane w pudełku wpisanym w polu pola, jeśli paszport aparatu stwierdza, że \u200b\u200bjego rozdzielczość jest n, linie telewizyjne. W odniesieniu do standardowej tabeli telewizyjnej, obejmuje to następujące: Podnoszenie odległości i skupienie obrazu tabeli, konieczne jest zapewnienie, aby górne i dolne krawędzie obrazu tabeli na monitorze zbiegły się z konturami zewnętrznymi tabeli oznaczonych wierzchołkami czarno-białych pryzmatów. Następnie, po ostatecznym subfocusie, liczba jest odczytywana w miejscu pionowego klina, gdzie pionowe uderzenia są zatrzymane po raz pierwszy. Ostatnia uwaga jest bardzo ważna, ponieważ na obrazie pól testowych stołu z 600 lub więcej uderzeniami przerywane paski są często widoczne, co w rzeczywistości są fosa, utworzone przez kombinację częstotliwości przestrzennych tabeli i Siatka wrażliwych elementów macierzy CCD. Taki efekt jest szczególnie wyraźny w izbach z filtrami przestrzennymi o wysokiej częstotliwości.
Dla jednostki pomiaru uprawnień w systemach telewizyjnych, TVL (linia telewizyjna) jest akceptowana. Zezwolenie pionowe ze wszystkich kamer jest prawie takie same, ponieważ jest ograniczona do standardu telewizyjnego - 625 linii skanowania telewizji i nie mogą przekazać więcej niż 625 obiektów wzdłuż tej współrzędnej. Różnica w rozdzielczości poziomej jest to, że zazwyczaj jest wskazany w opisach technicznych.
W praktyce, w większości przypadków rozdzielczość linii telewizyjnych 380-400 jest wystarczająca dla zadań TeleNight Ogólnemu. Jednak w przypadku wyspecjalizowanych systemów telewizyjnych i zadań, takich jak telekomitory w dużej mierze przez jedną kamerę, oglądając duży obwód zmiennej powiększenia narożnego przez zmienną wzrost (zoom), śledzenie na lotniskach, stacjach kolejowych, berths, supermarketach, systemach do identyfikacji I rozpoznawanie numerów samochodów, systemy identyfikacji dla twarzy itp., Wymagana jest wyższa rozdzielczość (w tym celu stosuje się kamery z rozdzielczością 570 i więcej linii telewizyjnych).
Rozdzielczość komnaty kolorów jest nieco gorsza niż czarno-biała. Jest to konsekwencja faktu, że struktura pikseli macierzy PZS stosowanych w telewizji kolorowej różni się od struktury pikseli matryc czarno-białych. Mówiąc w figurowo, kolorowy piksel macierzy składa się z kombinacji trzech pikseli, z których każdy rejestruje światło w kolorze czerwonym (czerwonym) lub w kolorze zielonym (zielonym) lub w kolorze niebieskim (niebieskim) części widma optycznego. Zatem trzy sygnały (sygnał RGB) są usuwane z każdego elementu kolorowej matrycy CCD. Skuteczna rozdzielczość w tym powinna być gorsza niż czarno-białe matryce. Jednak w kolorowych matrycach, rozdzielczość pogarsza się mniej, ponieważ rozmiar ich pikselu w porównaniu z wielkością piksela podobnej matrycy czarno-białej jest półtora czasu, co prowadzi do pogorszenia tylko uprawnień tylko przez 30-40%. Negatywną stroną jest zmniejszenie czułości kolorowych macierzy, ponieważ skuteczny obszar rejestracji elementu obrazu staje się znacznie mniej mniej. Typowa rozdzielczość kamer kolorów wynosi 300 - 350 linii telewizyjnych.
Ponadto rozdzielczość kamery wpływa na pasmo częstotliwości sygnału wideo wystawionego przez kamerę. Aby przesyłać sygnał 300 telewizora, wymagany jest pasmo częstotliwości 2,75 MHz (150 okresów na 55 μs linii skanowania telewizji). Połączenie między pasmami częstotliwości częstotliwości (N PC) a rozdzielczością (TV) jest określony przez stosunek:
n PC \u003d (TVL / 2) x N
w przypadku gdy częstotliwość N PCC jest mierzona w MHz, rozdzielczość TVL w liniach telewizyjnych, częstotliwość małej litery Telzerosvert NS \u003d 18,2 kHz.
Obecnie opracowano wiele różnych wzmacniaczy półprzewodnikowych o dobrej odpowiedzi częstotliwości, więc przepustowość wzmacniaczy kamer jest zwykle znacznie znacznie (1,5-2 razy) przekracza niezbędne, aby w żaden sposób nie wpłynie na ostateczną rozdzielczość systemu. Więc pozwolenie jest ograniczone do topologii dyskrecji regionu odbioru światła matrycy CCD. Czasami fakt zastosowania dobrego wzmacniacza elektronicznego nazywany jest pięknymi słowami, takimi jak "Ulepszenie rozdzielczości" lub "Ulepszenie krawędzi", które można przetłumaczyć jako "kontrast rozdzielczości" i "podkreślone granice". Konieczne jest, aby uświadomić sobie, że podejście to nie poprawia się samej rezolucji, a zatem poprawi się tylko przejrzystość transferu granic czarno-białych, a nie zawsze.
Jednakże istnieje jeden przypadek, gdy żadne sztuczki nowoczesnej elektroniki umożliwiają podniesienie przepustowości sygnału wideo powyżej 3,8 MHz. Jest to kompozytowy kolor wideo. Ponieważ sygnał koloru jest przesyłany na nośniku (w standardowym poziomie PAL - w częstotliwości około 4,4 MHz), sygnał jasności jest przymusowo ograniczony przez pasmo 3,8 MHz (ściśle mówiący, standard zakłada filtry grzebieniowe do oddzielania koloru i jasności Sygnały, ale prawdziwy sprzęt ma po prostu filtry LF). Odpowiada to rozdzielczości około 420 TVL. Obecnie niektórzy producenci deklarują uchwałę swoich kolorowych komnat 480 TVL i więcej. Ale z reguły nie koncentrują się na fakcie, że to pozwolenie jest realizowane tylko wtedy, gdy sygnał jest usuwany z wyjścia Y-C (S-VHS) lub komponentu (RGB). W tym przypadku sygnały jasności i chroma są przesyłane przez dwa (Y-C) lub trzy (RGB) indywidualne kable z aparatu do monitora. Jednocześnie monitor, a także wszystkie urządzenia pośrednie (przełączniki, multipleksery, nagrywarki wideo) powinny mieć również wejścia / wyjścia jak Y-C (lub RGB). W przeciwnym razie pojedynczy przetwarzanie elementu pośredniego kompozytowy sygnał wideo ograniczy przepustowość o wymienionych 3,8 MHz i sprawi, że wszystkie koszty na drogich izbach bezużytecznych.
Efektywność kwantowa i wyjście kwantowe kamery CCD.
W sprawie efektywności kwantowej zrozumiemy stosunek liczby zarejestrowanych ładunków do liczby fotonów na regionie czopowym kryształu CCD.
Jednak koncepcje wydajności kwantowej i wyjście kwantowe nie powinny być mylone. Wyjście kwantowe to stosunek liczby fotoelektronów utworzonych w półprzewodniku lub w pobliżu jego granicy w wyniku efektu fotograficznego, do liczby fotonów spadających na ten półprzewodnikowy.
Wydajność kwantowa jest wydajnością kwantową częścią badania przesiewowego odbiornika, pomnożone przez współczynnik konwersji ładunku fotorektronów do zarejestrowanego korzystnego sygnału. Ponieważ ten współczynnik jest zawsze mniejszy niż jeden, wydajność kwantowa jest również mniejsza niż wyjście kwantowe. Jest to szczególnie duże rozróżnienie dla urządzeń o niskim systemie nagrywania sygnału.
Zgodnie z wydajnością kwantową CCD nie ma równych. Dla porównania, z każdej 100 fotonów wchodzących do oka uczniów, tylko jeden jest postrzegany przez siatkówkę (wydajność kwantowa wynosi 1%), najlepsi fotoemale mają wydajność kwantową o powierzchni 2-3%, urządzenia elektroporuum (na przykład fotomultinowanie) - Do 20%, to parametr może osiągnąć 95% z typową wartością z 4% (stosowane niska jakości CCD, z reguły, w tanich kamerach wideo "żółty" montaż) do 50% (typowa niezbędna kamera wideo Zachodnia ). Ponadto szerokość zakresu długości fali, do której reaguje oko, jest znacznie niż na CCD. Spektralny zakres fotokatów tradycyjnych kamer próżniowych i photoemulsions jest również ograniczony. CCD reaguje na światło z długościami fal od jednostek Angstrom (Gamma i X-Ray) do 1100 Nm (promieniowanie IR). Ten ogromny zakres jest znacznie większy niż zakres widmowy dowolnego innego detektora, znanego do tej pory.
Figa. 1. Na przykład wydajność kwantowa matrycy CCD.
Wrażliwość i zakres widmowy
Wraz z koncepcjami wydajności kwantowej i wyjścia kwantowego, inny ważny parametr kamer jest szczelnie podłączony - czułość. Jeśli wydajność kwantowa i wyjście kwantowe działają, głównie deweloperzy i projektanci nowych systemów telewizyjnych, a następnie inżynierów radiowych, serwisu i projektantów pracowników bezpośrednich w przedsiębiorstwach cieszą się wrażliwością. W istocie, czułość i wyjście kwantowe odbiornika są połączone przez funkcję liniową. Jeśli wyjście kwantowe wiąże liczbę odbierania światła fotonowego i liczbę fotoelektronów generowanych przez te fotony w wyniku efektu zdjęć, wówczas czułość określa odpowiedź recyklingu światła w jednostkach elektrycznych pomiarów (na przykład w MA ) do pewnej wartości przepływu światła padającego (na przykład, w W lub w LC / S). W tym przypadku koncepcja czułości bolometrycznej jest rozdzielona (czyli całkowitą czułość odbiorcy w całym zakresie widmowym) i monochromatyczne, mierzone, z reguły, w przepływie szerokości widmowej promieniowania 1 nm (10 Angstrom ). Kiedy mówią, że wrażliwość odbiorcy przy długości fali (na przykład 450 nm) oznacza to, że wrażliwość jest ponownie obliczana na przepływie w zakresie od 449,5 nm do 450,5 nm. Taka definicja czułości mierzona w MA / W jest jednoznaczna i nie powoduje żadnych zamieszania podczas korzystania z niego.
Jednak dla konsumentów technologii telewizyjnych stosowanych w systemach bezpieczeństwa, częściej używają innej definicji czułości. Najczęściej wrażliwości zrozumieć minimalne oświetlenie w temacie (oświetlenie scen), w którym można rozróżnić między przejściem z czerni do białego lub minimalnego oświetlenia na matrycy (oświetlenie obrazu).
Z teoretycznego punktu widzenia byłoby bardziej poprawne, aby wskazać minimalne oświetlenie na matrycy, ponieważ w tym przypadku nie jest konieczne, aby rozczarowanie właściwości użytej obiektywu, odległości do obiektu i jego współczynnika odbicia (czasami ten współczynnik jest Nazywany słowem "Albedo"). Albedo jest zwykle określany na określonej długości fali, chociaż istnieje taka koncepcja jako bolometryczny albedo. Bardzo trudno jest obiektywnie działać z definicją wrażliwości na podstawie oświetlenia w obiekcie. Jest to szczególnie dotknięte, projektowanie systemu telewizyjnego wykrywania na dużych odległościach. Wiele matryc nie może zarejestrować wizerunku osoby, która znajduje się 500 metrów, nawet jeśli jest zapalona bardzo jasne światło. *
Uwaga
* Zadania tego rodzaju pojawiają się w praktyce telewizji bezpieczeństwa, zwłaszcza w miejscach ze zwiększonym zagrożeniem terroryzmu itp Testystemy tego rodzaju zostały opracowane w 1998 r. W Japonii i przygotowują się do produkcji masowej.
Ale użytkownik z wyborem kamery jest wygodniejszy do pracy z oświetleniem obiektu, który wie z góry. Dlatego zazwyczaj oznaczają minimalne oświetlenie w obiekcie, mierzone w znormalizowanych warunkach - współczynnik odbicia obiektu 0,75 i obiektywu obiektywu 1.4. Formuła łącząca oświetlenie przy obiekcie i na matrycy jest pokazana poniżej:
IIMAGE \u003d iscene x r / (p x f2)
gdzie IIMAGE, IScene - oświetlenie macierzy CCD i obiektu (tabela 1);
R jest współczynnikiem odbicia obiektu (tabela 2);
P - Numer 3.14;
F - obiektyw obiektywu.
IIMAGE i IScene wartości są zazwyczaj więcej niż 10 razy.
Oświetlenie jest mierzone przez B. apartamenty. Zestaw -oświetlenie stworzone przez źródło punktów do jednej świecy międzynarodowej w odległości jednego metra na powierzchni prostopadle do promieni światła.
Tabela 1. Przybliżone oświetlenie obiektów.
| Na ulicy (szerokość Moskwy) | |
| Bezchmurny słoneczny dzień | 100 000 LUX. |
| Słoneczny dzień z jasnymi chmurami | 70 000 luksów. |
| To paskudny dzień | 20 000 LUX. |
| Wczesny poranek | 500 LUX. |
| Zmierzch | 0,1 - 4 apartamenty |
| "Białe noce"* | 0,01 - 0,1 LUX |
| Wyczyść noc, księżyc w pełni | 0,02 Luxe. |
| Noc, księżyc w chmurach | 0,007 luxe. |
| Ciemna noc chmur | 0,00005 Luxe. |
| W pokoju | |
| Pokój bez Windows | 100 - 200 luksusu |
| Dobrze oświetlony pokój. | 200 - 1000 Suite |
* "Białe noce" - warunki oświetlenia, które spełniają Cywilne Twilights, tj. Gdy słońce trumie pod horyzontem bez uwzględnienia refrakcji atmosferycznej o nie więcej niż 6 °. To prawda dla Petersburga. Dla Moskwy warunki tak zwanej "nawigacji białe noce" są wykonywane, tj. Gdy napęd słońca jest zanurzony w nie więcej niż 12 °.
Często wrażliwość komory jest wskazywana dla "akceptowalnego sygnału", w którym sygnał jest przeznaczony, gdy stosunek sygnału do hałasu wynosi 24 dB. Jest to empirycznie określona wartość graniczna hałasu, w której obraz może być napisany do filmu wideo i mam nadzieję zobaczyć coś podczas gry.
Inny sposób na określenie "akceptowalnego" skali sygnału - IRE (Instytut Inżynierów Radiowych). Pełny sygnał wideo (0,7 V) jest akceptowany na 100 jednostek IRE. "Dopuszczalny" jest sygnałem około 30 IRE. Niektórzy producenci, w szczególności burle, wskazują na 25 IRE, niektóre - dla 50 IRE (poziom sygnału -6 dB). Wybór "akceptowalnego" poziomu określa stosunek sygnału do hałasu. Łatwo jest zwiększyć sygnał elektroniczny. Problem polega na tym, że hałas też wzrośnie. Najwyższa czułość wśród matryc CCD z masowej produkcji jest obecnie obsługiwana przez hiper-miała matrycy Sony, która ma mikroleny na każdej komórce fuzjankowej. Są one używane w większości kamer wysokiej jakości. Odmiana parametrów zbudowanych na bazach podstawowych oznacza głównie zaburzenie w podsumowaniu producentów, aby określić koncepcję "dopuszczalny sygnał".
Dodatkowym problemem z definicją wrażliwości jest związany z faktem, że jednostka wymiarów określana jest do promieniowania monochromatycznego o długości fali 550 nm. W związku z tym sens ma sens, aby zwrócić szczególną uwagę na tak charakterystyczną zależność spektralnej wrażliwości kamery. W większości przypadków wrażliwość czarno-białych komnat jest niezbędna, w porównaniu do ludzkiego oka, rozciągnięta do zasięgu podczerwieni do 1100 nm. W niektórych modyfikacjach czułość w regionie w pobliżu podczerwieni jest jeszcze wyższa niż w widocznym. Te kamery są zaprojektowane do pracy z reflektorami na podczerwień, aw niektórych parametrach zbliżają się do urządzeń Night Vision.
Wrażliwość widmowa kamer kolorów z grubsza zbiega się z ludzkim okiem.
Figa. 2. Przykład czułości widmowej kolorowej matrycy CCD z standardowymi paskami RGB.
Tabela 2. Przykładowe wartości współczynników odbicia różnych obiektów.
| Obiekt | Współczynnik odbicia (%) |
| Śnieg | 90 |
| Biała farba | 75-90 |
| Szkło | 70 |
| Cegła | 35 |
| Trawa, drzewa | 20 |
| Ludzka twarz | 15 – 25 |
| Kamienny węgiel, grafit * | 7 |
* Interesujące jest zauważenie, że współczynnik odbicia powierzchni księżycowej wynosi również około 7%, tj. Księżyc jest w rzeczywistości czarny.
Wzmianka specjalna zasługuje na komory ultra-wysokiej wrażliwych, w rzeczywistości, które są kombinacją konwencjonalnej komory i urządzenia nocnego (na przykład, mikrochannel elektronicznie konwertera optycznego - EOPE). Takie kamery mają unikalne właściwości (wrażliwość na 100 - 10.000 razy wyższa niż zwykle, aw zasięgu środkowym podczerwieni, w których obserwuje się maksimum promieniowania ludzkiego ciała, sama jest świecące), ale z drugiej strony i wyjątkową kapryśność - Czas porażki operacyjnej wynosi około jednego roku, a kamery nie powinny być zawarte po południu, zaleca się nawet zamknąć obiektyw w celu ochrony wypalenia katody EOP. Przy minimalnym konieczne jest zainstalowanie soczewek z automatyczną grupą membrany do F / 1000 lub więcej. Podczas pracy kamera musi regularnie zamienić trochę, aby uniknąć "zapłonu" obrazu na katodzie EOP.
Interesujące jest zauważenie, że w przeciwieństwie do matryc CCD, katody EOP są bardzo wrażliwe na maksymalne oświetlenie. Jeśli obszar fetyczny kamery CCD po jasnym oświetleniu jest stosunkowo łatwy do powrotu do pierwotnego stanu (prawie nie jest to okropne oświetlenie), a następnie katodę EOP po jasnym oświetleniu przez bardzo długi czas (czasami 3-6 godziny) "przywrócone". Podczas tego odzyskiwania, nawet gdy okno wejściowe jest zamknięte, pozostały obraz "kodowany" jest odczytywany z katody EOP. Z reguły, po dużym oświetleniu, ze względu na skutki reabsorpcji (uwalnianie gazów pod wpływem bombardowania ścian kanałów kanałów przyspieszonych elektronów) na dużym obszarze płytki mikrochanny ostro zwiększa dźwięki EUC, w szczególności, multielektroniczny i joniczny. Te ostatnie objawiają się w postaci częstych jasnych błysków o dużej średnicy na ekranie monitora, który ostro utrudnia podświetlenie użytecznego sygnału. Dzięki jeszcze większym strumieniom wejściowym, nieodwracalne procesy mogą wystąpić zarówno z katodą, jak i z ekranem luminescencyjnym wylotowym ESA: Pod wpływem dużego strumienia jest awaria ("spalanie") ich poszczególnych sekcji. Dzięki dalszej pracy obszary te mają zmniejszoną czułość wadą w przyszłości do zera.
W większości unikalnych wrażliwości, stosuje się wzmacniacze jasności z wylotowymi ekranami luminescencyjnymi o żółtym lub żółto-zielonym blasku. Zasadniczo poświata tych ekranów można uznać za monochromatyczne źródło promieniowania, które automatycznie prowadzi do definicji: systemy tego typu mogą być monochromatyczne (tj. Czarno-białe). Biorąc pod uwagę tę okoliczność, wybrane są twórcy systemów, a odpowiednie macierze CCD są wybierane: przy maksymalnej czułości w żółto zielonej części widma i brakiem czułości w zakresie IR.
Negatywną konsekwencją wysokiej czułości macierzy w zakresie IR jest zwiększona uzależnienie od hałasu urządzenia od temperatury. Dlatego macierze IR stosowane do pracy w wieczornym i nocnym czasie bez wzmacniaczy jasności, w przeciwieństwie do systemów telewizyjnych z ESO, zaleca się ostygnięcie. Główną przyczyną przesunięcia wrażliwości kamery CCD w regionie IR w porównaniu z innymi odbiornikami półprzewodnikowymi promieniowania związane jest z faktem, że bardziej czerwone fotony przenikają dalej do krzemu, ponieważ przezroczystość krzemu jest większa w regionie długiego fali i na w tym samym czasie prawdopodobieństwo uchwycenia fotonu (przekształcanie go w fotoelektron) espirujące jedność.
Figa. 3. Zależność głębokości absorpcji fotonów w krzemie z długości fali.
W przypadku światła o długości fali, ponad 1100 Nm krzem jest przezroczysty (energia czerwonych fotonów nie wystarczy, aby utworzyć parę elektron-otwór w krzemie), a fotony o długości fali mniejszej niż 300-400 nm są wchłaniane w cienkie Warstwa powierzchniowa (już na polinie struktury elektrod) i nie osiąga potencjału.
Jak wspomniano powyżej, para nośników elektronów jest generowana, gdy foton jest absorbowany, a elektrony zbierane są pod elektrodami, jeśli wchłanianie fotonów wystąpiło w wyczerpanym obszarze warstwy epitaksji. Dzięki takiej strukturze CCD wydajność kwantowa można uzyskać około 40% (teoretycznie na tej granicy wydajność kwantowa wynosi 50%). Jednak elektrody polikencyjne są nieprzezroczyste do światła o długości fali w skrócie, 400 nm.
Aby uzyskać większą czułość w zakresie krótkoterminowej, powłoka CCD jest często stosowana z cienkowymi warstwami substancji, które absorbują fotony niebieskie lub ultrafioletowe (UV) i ponowne emitują w widocznym lub czerwonym zakresie długości fali.
Hałas nazywany jest dowolnym źródłem niepewności sygnału. Możesz wybrać następujące typy szumów CCD.
Hałas fotonowy. Jest to konsekwencja dyskretnego charakteru światła. Każdy proces dyskretny podlega prawu (statystykom) Poissona. Photon Strumień (S - liczba fotonów objętych częścią czujnika odbiornika na jednostkę) podąża również za tym statystykami. Według niego hałas fotonowy jest równy. W ten sposób stosunek sygnału do hałasu (wskazany jako stosunek S / N Sygnał / szum) dla sygnału wejściowego będzie:
S / n \u003d\u003d.
Hałas ciemnego sygnału. Jeśli wejście matrycy nie podaje sygnału światła (na przykład, jest szczelnie zamknięte lekką pokrywę obiektywu kamery), a następnie na wyjściu systemu otrzymujemy tak zwany "Ciemne" ramki, nazywane jest szumem śniegu. Głównym składnikiem ciemnego sygnału jest emisja termoelektroniczna. Dolna temperatura, dolny i ciemny sygnał. Emisja termoelektroniczna podlega również statystykom Poissona i jego hałasem jest:, gdzie N t jest liczbą elektronów generowanych termicznie w ogólnym sygnale. Z reguły, we wszystkich stosowanych w systemach telewizyjnych bezpieczeństwa, kamery CCD są używane bez aktywnego chłodzenia, w wyniku czego ciemny hałas okazuje się jednym z głównych źródeł hałasu.
Hałas transferu. Podczas transferu pakietu ładowania na elementach PZD niektóre elektrony zostaną utracone. Jest przechwycony w wadach i zanieczyszczeń, które istnieją w krysztale. Ta nieefektywność przenoszenia losowo zmienia się w funkcji ilości przenośnych ładunków (N), liczby transferów (n) i nieefektywności oddzielnego ustawy o przeniesieniu (E). Jeśli założymy, że każdy pakiet jest przenoszony niezależnie, hałas transferu może być reprezentowany przez następujące wyrażenie:
s \u003d.
Przykład: dla nieskuteczności transferu 10 -5, 300 portów i liczbę elektronów w opakowaniu 10 5, ruch transferu będzie 25 elektronów.
Hałas czytania. Gdy sygnał nagromadzony w elemencie CCD pochodzi z matrycy, napięcie jest konwertowane na napięcie i jest wzmocniony, dodatkowy hałas, zwany hałasem czytania pojawia się w każdym elemencie. Hałas czytania może być reprezentowany jako jakiś poziom hałasu podstawowego, który jest obecny nawet na obrazie z zerowym poziomem ekspozycji, gdy matryca jest w całkowitej ciemności, a hałas ciemnego sygnału wynosi zero. Typowy hałas czytania dla dobrych próbek CCD wynosi 15-20 elektronów. W najlepszych próbkach CCD produkowanych przez FORD Aerospace na Technologii Skipper, hałas odczytu jest mniejszy niż 1 elektron, a niefektywność transferu wynosi 10 -6.
Hałas zrzutu lub KTC-Hałas. Przed wprowadzeniem węzła wykrywania ładowania sygnału należy wyświetlić poprzedni ładunek. Wyznacza to resetowy tranzystor. Poziom resetowania elektrycznego zależy od temperatury i pojemności węzła wykrywania, co przyczynia się:
s r \u003d,
gdzie k jest stałą Boltzmanna.
W przypadku typowej wartości zbiornika 0,1PF w temperaturze pokojowej hałas wylotowy wynosi około 130 elektronów. KTC-hałas można całkowicie tłumiony przez specjalną metodę przetwarzania sygnału: podwójna skorelowana próbka (DKV). Metoda DKV skutecznie eliminuje sygnały o niskiej częstotliwości zwykle wprowadzane przez łańcuchy dostaw.
Od głównego obciążenia w systemie telewizji zabezpieczającej spada w ciemnym dniu (lub słabo oświetlonych pomieszczeń), szczególnie ważne jest zwrócenie uwagi na kamery wideo o niskiej pętli, które mają większe wykorzystanie wydajności w niskich warunkach oświetleniowych.
Parametr opisujący względną ilość hałasu, jak wspomniano powyżej, nazywany jest stosunek sygnału do hałasu (S / N) i jest mierzony w decybelach.
S / n \u003d 20 x dziennik (<видеосигнал>/<шум>)
Na przykład, sygnał / szum równy 60 dB oznacza sygnał 1000 razy więcej hałasu.
Gdy stosunek sygnału / szumu 50 dB i tym bardziej na monitorze będzie widoczny czyste zdjęcie bez widocznych objawów hałasu, przy 40 dB - błyski są czasami zauważalne, przy 30 dB - "śnieg" na ekranie, na 20 DB - Obraz jest prawie niedopuszczalny, chociaż duże kontrastowe obiekty przez solidne "śnieżne" welon, aby zobaczyć nadal możliwe.
W danych opisanych w opisach izb, wartości sygnału / hałasu są określone dla optymalnych warunków, na przykład, gdy luksusowa macierz jest oświetlona, \u200b\u200ba gdy automatyczna regulacja wzmocnienia i korekcji gamma jest obrócona poza. Ponieważ oświetlenie zmniejsza się sygnał staje się mniejszy i hałas, ze względu na działanie korekty Agra i Gamma, więcej.
Zakres dynamiczny
Zakres dynamiczny jest stosunek maksymalnego możliwego sygnału generowanego przez odbiornik światła do własnego hałasu. W przypadku CCD ten parametr jest zdefiniowany jako stosunek największego pakietu ładunku, który można nagromadzić w piksela do hałasu odczytu. Im większy rozmiar CCD Pixel, tym więcej elektronów można w niej przechowywać. Dla różnych typów CCD wartość ta wynosi od 75 000 do 500 000 i wyższych. Przy 10 E - hałas (hałas CCD jest mierzony w elektronach E -) zakres dynamiczny CCD osiągnie wartość 50000. Duży zakres dynamiczny jest szczególnie ważny dla rejestracji obrazu w warunkach ulicznych podczas jasnego światła słonecznego lub w warunkach nocnych, kiedy Istnieje duża kropla oświetlenia: jasne światło z latarni i nieoświetlonej części cienia obiektu. Dla porównania: Najlepsze emulsje fotograficzne mają zakres dynamiczny tylko około 100.
Aby uzyskać bardziej wizualne zrozumienie niektórych cech odbiorników CCD, a przede wszystkim zakres dynamiczny, podajemy krótkie porównanie ich z właściwościami ludzkiego oka.
Oko jest najbardziej uniwersalną reprodukcją światła.
Do tej pory najbardziej skuteczne i doskonałe, z punktu widzenia zakresu dynamicznego (a w szczególności z punktu widzenia skuteczności przetwarzania i odzyskiwania obrazu), lekka reprodukcja jest ludzkim okiem. Faktem jest, że oko osoby łączy dwa rodzaje rafinerów: kije i kolumny.
Pałeczki mają mały rozmiar i stosunkowo niską czułość. Znajdują się głównie w regionie Central Yellow Spot i są praktycznie nieobecne na obrzeżach siatkówki dna oczu. Wands są dobrze wyróżniające światłem o różnych długościach fal, lub raczej mechanizm tworzenia innego sygnału neuronowego, w zależności od koloru przepływu padającego. Dlatego w normalnych warunkach oświetlenia zwykłe oko ma maksymalną rozdzielczość kątową w pobliżu osi optycznej obiektywu, maksymalna różnica w odcieniach kolorów. Chociaż niektórzy ludzie mają patologiczne odchylenia związane ze spadkiem, a czasami brak zdolności do tworzenia różnych komunikacji nerwowej w zależności od długości długości fali. Ta patologia nazywa się Daltonaizmem. Ludzie z ostrą wizją są praktycznie żadne ranchonika.
Kolumny są rozprowadzane prawie równomiernie w całej siatkówce, mają większy rozmiar, a zatem większą czułość.
W warunkach oświetlenia dziennego sygnał z pałeczek znacznie przekracza sygnał z Colums, oko jest skonfigurowany do pracy z jasnym oświetleniem (tzw. "Dzień" Vision). Pałeczki w porównaniu z kolumnami mają większy poziom sygnału "Dark" (w ciemności widzimy fałszywe jasne "iskry").
Jeśli masz osobę zatrzymującą z normalną wizją, aby umieścić w ciemnym pomieszczeniu i dać go dostosować ("przyzwyczaić się do") do ciemności, a następnie "Ciemny" sygnał z pałeczek znacznie zmniejszy i w postrzeganiu Światło zacznie bardziej skuteczniej pracować do kolumn pracy ("zmierzch" Vision). W słynnych eksperymentach S.I.vavovov udowodniono, że ludzkie oko (opcja "kolumny") jest w stanie zarejestrować oddzielne 2-3 kwantowe światła.
W ten sposób dynamiczny zakres ludzkich oka: z jasnego słońca do indywidualnych fotonów, wynosi 10 10 (to znaczy 200 decybeli!). Najlepsze w tym parametrze ze sztucznym odbiornikiem światła jest mnożnik fotoelektronowy (FEU). W trybie konta fotonowego ma przedział dynamiczny do 10 5 (tj. 100 dB), a dzięki automatycznym urządzeniu przełączającym, aby zarejestrować się w trybie analogowym, dynamiczny zakres FEU może osiągnąć 10 7 (140 dB), co jest tysiąc razy gorzej niż dynamiczny zakres niż ludzkie oko.
Zakres czułości widmowej pałeczki jest bardzo szeroki (od 4200 do 6500 Angstromów) maksymalnie o długości fali 5550 Angstromu. Gama widmowa Columcia jest węższa (od 4200 do 5200 Angstromów) maksymalnie przy długości fali około 4700 Angstromów. Dlatego, gdy przechodząc z Vision Wizja do Zmierzchu, zwykła osoba traci zdolność rozróżnienia kolorów (nic dziwnego: "W nocy, wszystkie koty siarki") i skuteczną długość fali przesuwa się w niebieską część w obszarze fotony o wysokiej energii. Ten wpływ przenoszenia czułości widmowej nazywa się efektem Purkinier. One (pośrednio) mają wiele kolorowych matryc CCD, niezrównoważony sygnałem RGB na białym tle. Należy to rozważyć podczas odbierania i przy użyciu informacji o kolorach w systemach telewizyjnych z kamerami, które nie mają automatycznej korekcji białej.
Korekta liniowość i gamma.
CCD ma wysoki stopień liniowości. Innymi słowy, liczba elektronów zebranych w pikselach jest ściśle proporcjonalna do liczby fotonów na CCD.
Parametr "Lincence" jest ściśle związana z parametrem "Dynamic Zakres". Zakres dynamiczny, z reguły, może znacznie przekraczać zakres liniowy, jeśli system zapewnia sprzęt lub dalszą korektę oprogramowania urządzenia w obszarze nieliniowym. Zwykle łatwo jest dostosować sygnał z odchyleniem od liniowości o nie więcej niż 10%.
W przypadku emulsji fotograficznych obserwuje się zupełnie inna sytuacja. Emulsje mają złożoną zależność reakcji na światło i, najlepiej, umożliwia osiągnięcie dokładności fotometrycznej 5%, a następnie tylko pod względem jej wąskiego zakresu dynamicznego. CCD jest liniowy o dokładności 0,1% w prawie całym zakresie dynamicznym. Pozwala to na stosunkowo łatwe do wyeliminowania efektu heterogeniczności wrażliwości pola. Ponadto CCD jest stabilny. Położenie oddzielnego piksela jest ściśle ustalane w produkcji urządzenia.
Kineskope na monitorze ma zależność zasilania od jasności z sygnału (wskaźnik stopnia 2.2), co prowadzi do zmniejszenia kontrastu w ciemnych obszarach i powiększyć jasny; Jednocześnie, jak już zauważono, nowoczesne matryce CCD wytwarzają sygnał liniowy. Aby zrekompensować całkowitą nieliniowość, urządzenie jest zwykle osadzone (korektor gamma), sygnał z wskaźnikiem 1/2,2, tj. 0,45. Niektóre kamery zapewniają wybór współczynnika predyszekowości, na przykład, opcja 0,60 prowadzi do subiektywnego wzrostu w przeciwieństwie do tego, co sprawia, że \u200b\u200bwrażenie bardziej "Clear" obrazu. Efekt uboczny - Korekta gamma oznacza dodatkowy wzrost słabych sygnałów (w szczególności hałas), tj. Ta sama komora z dołączonym G \u003d 0,4 będzie około czterech kolejnych "bardziej wrażliwa" niż gdy r \u003d 1. Jednak po raz kolejny pamiętam, że żaden wzmacniacz może zwiększyć stosunek sygnału do hałasu.
Opłata za kołysanie.
Maksymalna liczba elektronów zgromadzonych w pikseel jest ograniczona. Dla macierzy średniej jakości produkcji i typowych rozmiarów wartość ta wynosi zwykle 200000 elektronów. A jeśli całkowita liczba fotonów podczas ekspozycji (rama) osiąga wartość graniczną (200 000 lub więcej z wyjściem kwantowym 90% lub więcej), pakiet ładowania zacznie płynąć do sąsiednich pikseli. Szczegóły obrazu zaczynają się łączyć. Efekt wzmacnia się, gdy "zbędne" nie jest absorbowany przez cienkie korpus przepływu światła krystalicznego odbite od podłoża podstawowego. Z strumieniami światła w zakresie dynamicznym fotony nie osiągnęły podłoża, są one prawie wszystkie (z dużym wyjściem kwantowym) są przekształcane w fotoelektrony. Ale w pobliżu górnej granicy zakresu dynamicznego, występuje nasycenie i nieprawidłowe fotony zaczynają "wędrować" na krysztale głównie z zachowaniem kierunku początkowego wejścia do kryształu. Większość z tych fotonów osiąga substrat, jest ona odzwierciedlona, \u200b\u200ba to zwiększa prawdopodobieństwo późniejszej transformacji w fotoelektrony, przerywane pakiety ładowania już na granicy rozprzestrzeniania się. Jednakże, jeśli warstwa pochłaniająca jest stosowana do podłoża, tak zwana powłoka przeciwnowotworowa (anty-Bluming), efekt rozprzestrzeniania znacznie się zmniejszy. Wiele nowoczesnych macierzy produkowanych przez nowe technologie ma przeciwko ogromne, co jest jednym ze składników systemu kompensacji światła tylnego.
Stabilność i dokładność fotometryczna.
Nawet najbardziej wrażliwe kamery CCD są bezużyteczne do stosowania w warunkach słabego oświetlenia, jeśli mają niestabilną czułość. Stabilność - integralna właściwość CCD jako instrumentu stałego stanu. Tutaj, przede wszystkim, co oznacza stabilność czułości w czasie. Tymczasowa stabilność jest sprawdzana pod kątem pomiarów przepływu ze specjalnych stabilizowanych źródeł promieniowania. Jest określany przez stabilność wyjścia kwantowego samego matrycy i stabilności elektronicznego systemu czytania, zdobywania i rejestracji sygnału. Ta wynikająca stabilność kamery jest głównym parametrem przy określaniu dokładności fotometrycznej, tj. Dokładność pomiaru nagranego sygnału światła.
W przypadku dobrych próbek macierzy i wysokiej jakości układu elektronicznego, dokładność fotometryczna może osiągnąć 0,4 - 0,5%, aw niektórych przypadkach, przy optymalnych warunkach, matrycy i stosowanie specjalnych metod przetwarzania sygnału wynoszą 0,02%. Uzyskana dokładność fotometryczna jest określona przez kilka głównych składników:
- czasowa niestabilność systemu jako całość;
- przestrzenna heterogeniczność czułości, a przede wszystkim niejednorodność wysokiej częstotliwości (tj. Z pikseli do pikseli);
- efektywność kwantowa kamery;
- dokładność cyfryzacji sygnału wideo dla cyfrowych kamer wideo;
- wielkość hałasu różnych typów.
Nawet jeśli matryca CCD ma duże niejednorodność wrażliwości, ich wpływ na wynikową dokładność fotometryczną można zmniejszyć za pomocą specjalnych metod przetwarzania sygnału, chyba że oczywiście te niejednorodności są stabilne w czasie. Z drugiej strony, jeśli matryca ma wysoką wydajność kwantową, ale niestabilność jest duża, uzyskaną dokładność odbioru przydatnego sygnału będzie niskie. W tym sensie dla niestabilnych urządzeń roboczych, dokładność odbioru przydatnego sygnału (lub dokładności fotometrycznej) jest ważniejsza niż charakterystyka stosunku sygnału do hałasu.
