специфические особенности, функции и принцип работы устройства
CMOS-матрица – это прибор, основной функцией которого является оцифровывание определенных параметров световых лучей, попавших на его поверхность. В современной фото- и видеоаппаратуре применяются два стандарта матриц: CMOS и CCD. Данная статья посвящена сравнению этих двух технологий.
Общая информация
Итак, CCD-матрица. Этот тип изначально считался наиболее качественным, но и более энергозатратным и дорогим. Принцип работы таких приборов основан на сборе всей картины в аналоговой версии, с последующей оцифровкой. CMOS-матрица, в отличие от ее конкурента, оцифровывает каждый пиксель в отдельности.
Сравнение двух технологий
CMOS-устройства изначально были менее энергопотебляющими и дешевыми, особенно это сказывалось при производстве приборов больших размеров, однако они уступали CCD по качеству. По сей день CCD-технологии отличаются более высококачественным изображением, их применяют в различных областях науки и промышленности, там, где к качеству картинки предъявляются наиболее высокие требования.
Например, в медицине.
Sony A7S: полный обзор, отзывы, фото, характеристики
Фотоаппарат Sony A7S, обзор которого представлен в данной статье, дебютировал на отечественном…
В последние годы у этого типа приборов значительно снизилась энергозатратность и стоимость, но и CMOS-матрица существенно продвинулась в своем развитии. К примеру, был усовершенствован и выведен на новый уровень стандарт качества изображения. Более того, был произведен технологический переворот в производстве сенсоров на базе CMOS-технологии, а именно: каждому пикселю изображения был внедрен для считывания транзисторный усилитель. Это позволило производить преобразование заряда в напряжение непосредственно в точке. Благодаря этому CMOS-матрица стала в один ряд с CCD-технологией. И теперь большинство современных аппаратов имеет в своей основе прибор на базе CMOS.
Преимущества CMOS-технологии
Подведя итог вышесказанному, можно суммировать достоинства таких приборов. Это невысокое энергопотребление в статическом режиме, дешевизна изготовления (особенно если учитывать большой размер CMOS-матрицы).
Ну а самым главным преимуществом является способность выдавать готовый цифровой сигнал, не требующий дополнительных преобразований.
Sony RX100. Цифровой фотоаппарат Sony RX 100 -…
Многих современных пользователей при выборе фотоаппарата интересует не только низкая стоимость и…
Использование CMOS-технологий в компьютерной технике
Каждый пользователь современного компьютерного оборудования ежедневно сталкивается с таким устройством, как web-камера. Но мало кто знает, что в ее основе заложен принцип CMOS-технологий. Web-камеры используют как отдельные функциональные устройства, так и встроенные, например, в ноутбуках. Такие приборы предназначены для работы с сетевыми мультимедийными приложениями. В состав упомянутых изделий входят: объектив, матрица, плата видеозахвата, оптический фильтр, блок сжатия изображения, процессор, флеш-память, web-сервер и сетевой интерфейс. Матрица является основой любой видеокамеры или фотоаппатара. Ведь от разрешения этого устройства будет зависеть качество передаваемого изображения.
Обычно этот параметр в веб-камерах лежит в интервале от 0,1 до 2 Мпикс. Однако в большинстве изделий он составляет 0,3 Мпикс. Еще одним показателем, определяющим веб-камеру, выступает формат кадра. Самой популярной является матрица CMOS 1/4. Существуют и другие форматы, но они встречаются реже (например, 1/3, 1/2 или 2/3 дюйма).
CCD или CMOS? Критерии выбора
Матрица – это основа любого фото- или видеоустройства. Она определяет качество и размер получаемого изображения. На сегодняшний день в изготовлении матриц используются два разных технологичных принципа — CCD и CMOS. Очень часто можно услышать вопрос: «Какую матрицу выбрать: CCD или CMOS?» Среди любителей фото- и видеотехники по этому поводу идут жаркие споры. В этой статье мы проведем обзор этих двух типов и попробуем разобраться, какая матрица лучше — CCD или CMOS.
Общая информация
Матрицы предназначены для оцифровки параметров световых лучей на их поверхности. Говорить о явном преимуществе одной из технологий не представляется возможным.
Можно проводить сравнение по конкретным параметрам и выявлять лидера в том или ином аспекте. Что касается предпочтений пользователей, то зачастую для них главным критерием является стоимость изделия, даже если оно будет уступать по качеству или техническим характеристикам своему конкуренту.
Тип матрицы монитора
Современные компьютеры совсем не похожи на те громоздкие медленные машины, которые, однако,…
Итак, давайте разберемся, что представляют собой оба типа устройств. CCD-матрица – это микросхема, которая состоит из светочувствительных фотодиодов; она создана на кремниевой основе. Особенность ее работы заключается в принципе действия устройства с зарядовой связью. CMOS-матрица – это прибор, созданный на основе полупроводниковых полевых транзисторов, имеющих изолированный затвор с каналами различной проводимости.
Принцип работы
Перейдем к выявлению отличий, которые помогут определиться в выборе: что же лучше — матрица CMOS или CCD? Главным различием этих двух технологий является принцип их работы.
CCD-устройства заряд от пикселей преобразуют в электрический потенциал, который усиливается за пределами светочувствительных сенсоров. В результате получается изображение в аналоговом виде. После этого проводится оцифровка всей картинки в АЦП. То есть прибор состоит из двух частей — непосредственно матрицы и преобразователя. CMOS-технология характеризуются тем, что производит оцифровывание каждого пикселя в отдельности. На выходе получается уже готовая цифровая картинка. То есть электрический заряд в пикселе матрицы накапливается в конденсаторе, с которого снимается электрический потенциал. Он передается на аналоговый усилитель (встроенный непосредственно в пикселе), после чего оцифровывается в преобразователе.
Лучшие веб-камеры: полный обзор, технические характеристики…
Попробуем разобраться и определиться, какая веб-камера лучше, и что выбрать из крайне обширного…
Что же выбрать: CCD или CMOS?
Одним из немаловажных параметров, которые определяют выбор между этими технологиями, является количество усилителей матрицы.
CMOS-устройства имеют большее количество этих приборов (в каждой точке), поэтому при прохождении сигнала несколько снижается качество картинки. Поэтому CCD-матрицы используют для создания изображений с высокой степенью детализации, например, в медицинских, исследовательских, промышленных целях. А вот CMOS-технологии применяют в основном в бытовой технике: веб-камерах, смартфонах, планшетах, ноутбуках и т. п.
Следующим параметром, который определяет, какой тип лучше — CCD или CMOS, — является плотность фотодиодов. Чем она выше, тем меньше фотонов «пропадет вхолостую», соответственно, изображение будет лучше. В этом параметре CCD-матрицы обходят своих конкурентов, так как предлагают макет, не имеющий таких зазоров, в то время как у CMOS они присутствуют (в них расположены транзисторы).
Тем не менее, когда перед пользователем встает выбор: какой тип матрицы — CMOS или CCD — приобрести, всплывает главный параметр – цена устройства. CCD-технология значительно дороже своего конкурента и энергозатратнее.
Поэтому устанавливать их там, где достаточно изображения среднего качества, нецелесообразно.
Принцип работы и особенности КМОП-сенсоров
- Служба поддержки
- Принцип работы
- Принцип работы и особенности КМОП-сенсоров
Принцип действия
Работая на фотоэлектрическом эффекте, датчики изображения преобразуют фотоны в электрический заряд. В отличие от ПЗС-сенсоров (устройств с зарядовой связью), КМОП-сенсоры (комплементарные металл-оксидные полупроводники) преобразуют заряд в напряжение прямо в пикселях. Усиление напряжения и квантование создают выходное цифровое значение.
Современные КМОП-сенсоры отличаются высокой частотой кадров и непревзойденным качеством изображения. В высокопроизводительных промышленных камерах они обеспечивают точную оценку изображения. В большинстве приложений ПЗС-датчики были заменены постоянно развивающимися технологиями.
На следующем рисунке показаны основные функции и основные характеристики датчиков CMOS.
1) Полная емкость [ e – ] и емкость насыщения [ e – ]
Думайте о пикселе как о колодце, а о емкости полного колодца – как о максимальном количестве электронов, которые могут храниться в этом колодце. Это соответствует максимальному количеству фотонов, которые генерируют такие электроны (освещенность насыщения). Способность к насыщению, фактически используемая для характеристики камеры, измеряется по-другому и непосредственно по изображениям с камеры. Это значение обычно меньше, чем емкость полной лунки. Это различие может вызвать дискуссию при сравнении данных датчика изображения и данных камеры. Высокая способность насыщения позволяет увеличить время экспозиции. Если пиксель переэкспонирован, он устанавливается на максимальное DN и не содержит полезной информации.
2) Порог абсолютной чувствительности (AST) [ e – ]
Порог абсолютной чувствительности описывает наименьшее количество фотонов изображения (минимальное детектируемое), при котором возможна дифференциация излучения камеры. на картинке от шумов. Это означает, что чем ниже порог, тем чувствительнее камера. Вы должны учитывать AST в условиях очень слабого освещения. Это более важно, чем обращение только к QE, поскольку AST сочетает в себе QE, темновой шум и дробовой шум (который вызван квантовой природой фотонов). Значение определяется из значения, при котором SNR равно 1 (сигнал равен шуму).
3) Временной темновой шум [ e – ]
Даже если датчик не освещен, каждый пиксель показывает (темный) сигнал. С увеличением времени экспозиции и температуры электроны генерируются в каждом пикселе без света.
Этот темновой сигнал изменяется,
который называется темновым шумом (измеряется в электронах). Для большинства приложений предпочтительнее низкий уровень темного шума. Темновой шум вместе с шумом фотонов и шумом квантования описывают шум камеры.
4 ) Динамический диапазон [дБ]
Динамический диапазон (DR) представляет собой отношение между насыщенным излучением и минимально обнаруживаемым излучением. DR измеряется в дБ. Камеры с высоким DR могут давать более подробную информацию об изображении для темных и ярких областей на одном изображении одновременно. Таким образом, высокий динамический диапазон особенно важен в приложениях с темными и яркими областями на одном изображении или с быстро меняющимися условиями освещения.
5) Квантовая эффективность [%]
Датчик изображения преобразует фотоны в электроны. Коэффициент преобразования, квантовая эффективность (КЭ), зависит от длины волны.
Чем больше фотонов преобразуется в электроны, тем более чувствителен к свету датчик и тем больше информации можно получить из изображения. Значения, измеренные в камере, могут отличаться от данных поставщика датчика изображения, поскольку в камере может использоваться защитное стекло или фильтры.
Отношение сигнал/шум (SNR) — это отношение между значением серого (с поправкой на темное значение) и шумом сигнала. Часто измеряется в дБ. SNR зависит в основном от K и темнового шума. SNR увеличивается с количеством фотонов. Максимальное отношение сигнал-шум (SNRmax) достигается при освещенности насыщения.
7) K-фактор (цифровой номер DN/ e – )
Камера преобразует электроны (e – ) от датчика изображения в цифровые числа (DN). Это преобразование описывается общим усилением системы K, измеренным в цифровом числе (DN) на электрон (e – ).
Для увеличения уровня серого на 1 DN требуется K электронов. К-фактор зависит от конструкции камеры. Немного увеличенный К-фактор может улучшить линейность за счет емкости насыщения.
Обзор производительности и сравнительный анализ
Чтобы обеспечить сопоставимость производительности среди производителей камер, стандарт EMVA 1288 Европейской ассоциации машинного зрения (EMVA) определяет единые, объективные методы измерения и классификации для датчиков изображения и камер в промышленности. Обработка изображения.
Наша брошюра EMVA Standard 1288 содержит обзор производительности серии LX, CX и EX, а также информацию о встроенных датчиках. Характеристики сенсора измерялись с помощью откалиброванного ACC3 (AEON Camera Calibrator Tool) в соответствии со стандартом EMVA 1288. В таблице представлены результаты с точки зрения квантовой эффективности, темнового шума, емкости насыщения или динамического диапазона.
Ассортимент продукции
Быстрые и надежные камеры с передовыми датчиками CMOS
Промышленные камеры
- До 24 MP и 891 FPS
- Sony Pregius, Pregius S, Starvis и Polarsens, на полупроводнике Python
- Global and Rolling Sensor мм, 40 × 40 мм
Быстрые и надежные CMOS-камеры с высоким разрешением
Промышленные камеры
- До 65 МП и 1622 кадров в секунду
- Sony Pregius, Sony Pregius S, Gpixel GMAX, ON Semiconductor PYTHON, ams CMV
- Глобальные датчики затвора
- GigE Vision, 10 GigE Vision, Camera Link
- 60 × 60 мм
Вас также может заинтересовать
Промышленные камеры
Промышленные камеры/обработка изображений
- До 65 мегапикселей и 1622 кадров в секунду
- Датчики CMOS с глобальным и скользящим затвором
- Интерфейс GigE Vision, USB3 Vision и Camera Link
Техническая информация
Получите дополнительную информацию об интеграции камеры, например, примечания по применению, примеры конфигурации программного обеспечения и ответы на часто задаваемые вопросы.
Инструменты
Промышленные камеры/обработка изображений
- Калькулятор частоты кадров
- Селектор объектива
- Селектор камеры
- Селектор VeriSens
Стартовые наборы
Промышленные камеры/обработка изображений
- Промышленные камеры
- Датчики технического зрения VeriSens
- Компоненты и программное обеспечение
- Свободный выбор камеры или датчика технического зрения
Загрузка программного обеспечения
Промышленные камеры и датчики технического зрения
Быстрая и простая интеграция промышленных камер Baumer? Установка и настройка датчиков технического зрения VeriSens всего за несколько минут? Начните прямо сейчас — программное обеспечение доступно для бесплатной загрузки.
НаверхКак работает камера CMOS?
Комплементарные датчики металл-оксид-полупроводник (КМОП) в настоящее время являются одними из наиболее широко используемых в камерах технологий.
Некоторые из преимуществ технологий CMOS для датчиков камеры включают их компактный размер, низкое энергопотребление и, как правило, экономичную архитектуру. 1
Что делает датчики CMOS такими компактными и энергоэффективными, так это интеграция электроники в сам датчик. Типичная КМОП-камера состоит из массива светочувствительных пикселей. Каждый пиксель содержит ряд транзисторов, которые состоят из фотодиода и усилителя.
Когда фотон попадает на поверхность фотодиода в датчике CMOS, материал, из которого сделан фотодиод, преобразует его в электрический заряд. Затем заряд может быть преобразован в напряжение, усиленное переданным. Поскольку каждый пиксель в CMOS-датчике имеет собственный транзистор, пиксель можно считывать отдельно и без необходимости использования какой-либо дополнительной считывающей электроники.
Основные характеристики КМОП-камер
Отсутствие необходимости в какой-либо дополнительной считывающей электронике является частью того, что делает КМОП-датчики быстрыми для считывания и такими компактными по конструкции.
Существуют различные конструкции затвора, которые можно использовать либо для одновременного считывания всех пикселей, быстрее, но с пониженным качеством изображения, либо в режиме скользящего затвора, когда пиксели считываются построчно, что позволяет избежать проблемы непрерывной экспозиции и считывания.
КМОП-камеры можно использовать для захвата света во многих различных областях электромагнитного спектра, от видимого света до рентгеновских лучей. В приложениях с видимым светом датчики CMOS можно комбинировать с микролинзами. В массиве микролинз каждая линза размещается вокруг датчика CMOS, чтобы направить свет на чувствительную часть датчика и увеличить коэффициент оптического заполнения устройства. В рентгеновском излучении это сложнее, так как меньше оптики, которая работает в этом режиме длины волны для создания микролинз, но датчик CMOS все еще можно использовать для прямого обнаружения рентгеновского излучения.
Знакомство с Bruker Skyscan
Bruker SkyScan — это настольный микро-КТ-сканер высокого разрешения (трехмерный рентгеновский микроскоп).
В основе этого устройства лежит 16-мегапиксельная CMOS-камера, которая позволяет напрямую обнаруживать рентгеновские лучи во время обработки изображений.
КМОП-датчик в Bruker SkyScan обеспечивает сверхэффективное время сканирования с помощью этого прибора. До 5 раз быстрее по сравнению с обычными сканерами, которые используют фиксированное положение камеры, Bruker SkyScan использует быстрое время считывания CMOS-камеры для эффективного сканирования как с точки зрения времени получения изображения, так и с точки зрения оптимизации параметров сканирования.
Bruker SkyScan достигает впечатляющего времени сбора данных благодаря использованию системы обратной связи с датчиком CMOS для настройки параметров автоматического сканирования. Это не только упрощает использование устройства, поскольку оператору приходится принимать меньше решений, но и означает, что для вас подбирается идеальное сочетание увеличения, энергии и фильтров, поэтому вы каждый раз получаете наилучшие результаты визуализации.