Технология расширения динамического диапазона WideLux в камерах Vision Hi-Tech
В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Для камер видеонаблюдения существует проблема получения качественного изображения в кадре с большим диапазоном яркости, а следовательно, освещенности на объекте. Это стало особенно актуально с уменьшением формата ПЗС и появлением CMOS-сенсоров
CMOS-сенсоры обладают существенно меньшим динамическим диапазоном по сравнению с ПЗС с большой площадью пикселя. С переходом на цифровые системы с минимальным квантованием 8 бит, которое обеспечивало только 256 уровней яркости, проблемы с передачей контраста и полутонов только увеличились. В настоящее время типовым является 10-, 12- и даже 14-битное преобразование, но реальный диапазон изменения яркости или освещенности, например на границе помещения и большого окна или двери, слишком велик для адекватной передачи системами видеонаблюдения.
Эти проблемы вызвали разработку различных технологий расширения динамического диапазона телекамер.
Как бороться с засветкой изображения
Технология компенсации заднего света (BLC) позволяет адекватно передать центральную сюжетную часть кадра за счет потери периферийной информации. Она обеспечивает настройку диафрагмы или экспонирования по яркости центральной части кадра. Компенсация заднего света с маскированием особенно ярких фрагментов (HSBLC) позволяет не только передать затемненные участки путем повышения их яркости с игнорированием фрагментов по краям кадра, но «закрасить» одним, как правило, темным тоном особо яркие зоны.
Классический WDR – довольно эффективный метод, основанный на поочередном сканировании каждого полукадра с различным временем накопления. Как правило, это максимальное время накопления для полукадра в 1/50 с и достаточно малое время, около 1/4000 с, для следующего полукадра. При этом DSP «склеивает» части изображений с переменным контрастом, отбрасывая сильно затемненные или засвеченные участки кадра.
Эта операция расширяет динамический диапазон в кадре на 35–40 дБ. Правда, при этом несколько снижается чувствительность за счет уменьшения суммарного времени накопления. Кроме того, фрагментарно снижается вертикальное разрешение. Это очевидно, поскольку в предельном случае для кадра из очень яркой и очень темной половины мы получим по вертикали только полукадровое разрешение по вертикали.
Соотношение между длинной и короткой экспозициями определяет расширение динамического диапазона камеры. Система сканирования Double Scan WDR для матриц ICX212/3BK имеет довольно большое (до 80 крат) соотношение длинного и короткого интервалов, что хорошо только для случаев с очень большим разбросом освещенности.
Компания Vision Hi-Tech для расширения динамического диапазона использует новую технологию WideLux, которая основана на уникальном встроенном временном генераторе, позволяющем работать ПЗС на двойной скорости сканирования в ситуациях, требующих расширения динамического диапазона изображения.
Система сканирования WideLux
Система сканирования WideLux имеет гибкое сближение временных интервалов сканирования, что расширяет возможности камеры при разнообразных условиях перепада освещенности.
На рис. 1 приведено соотношение интервалов накопления технологий Double Scan и WideLux. При снижении освещенности камера WideLux переходит в режим одиночного сканирования, что увеличивает чувствительность более чем в 2 раза. Таким образом, камера WideLux использует режим двойного сканирования в условиях значительного перепада освещенности и режим одиночного сканирования для условий с недостаточной освещенностью.
Симметричное использование полукадров при двойном сканировании увеличило и выровняло вертикальное разрешение кадра, доведя его до 600 ТВЛ, что соответствует стандарту разложения телевизионного сигнала. Улучшение разрешения можно измерить в виде произведения количества линий по горизонтали и по вертикали, в так называемых TVL². Сравнение показывает общее увеличение разрешения в 1,6 раза.
- Цветная камера высокого разрешения: 560 ТВЛ (H) х 400 ТВЛ (V) = 224 000 ТВЛ2.
- WideLux-камера: 600 ТВЛ (H) х 600 ТВЛ (V) = 360 000 ТВЛ2.
Технология D-WDR
Кроме технологий BLC, Double Scan, WideLux, существуют технологии цифрового расширения динамического диапазона D-WDR и улучшения передачи градации яркости через расширение битности квантования, адаптивной оптимизации формы амплитудных характеристик каналов яркости и цветности. Например, D-WDR с DSP Nextchip, Monalisa, Winner III/IV/V.
Результаты сравнительных испытаний четырех камер – стандартной, Double Scan WDR, WideLux WDR, D-WDR WinnerV – приведены на рис. 2 и 3. Изображения наглядно демонстрируют высокую эффективность камеры WideLux. В итоге мы имеем множество преимуществ камер WideLux.
Преимущества камер WideLux
- Цена камеры стала привлекательной, так как в ней вместо ПЗС Double Scan ICX212/3BK используется ПЗС Single Scan ICX638/9AKA.
- Чувствительность в 2 раза выше относительно Double Scan WDR.
- Суммарное разрешение увеличилось в 1,6 раза.
- Гибкое соотношение интервалов сканирования позволяет лучше обрабатывать разнообразные условия перепада освещенности.
СИСТЕМА СБ, ООО
123022 Москва,
Звенигородское ш., 3а
Тел.: (495) 771-6722 (многоканальный),
(499) 788-6125
Факс: (495) 771-6722
E-mail: [email protected]
www.systemasb.ru
Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #3, 2011
Посещений: 6687
В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Архив рубрик
Все рубрики
Всего рубрик: 59
Всего статей: 2686
Всего авторов: 1190
Всего изданий: 141
Строка курсивом (65)
«Big Freeze» по-русски», или На «кабельной улице» праздник?
«Если мы не изобрели пороха, то значит, что нам это не было приказано!»
«Жизнь побуждает нас ко многим добровольным поступкам» — нам пишут
«И слово новое — «гуманность» уж повторяет генерал!» — нам пишут
«Носимый без надобности набрюшник — вреден!»
«Объединение Тео и Гукона» — нам пишут
«Страшен сон, да милостив Бог!»
25 Кадр (37)
«Ателевидение» для Абхазии
«Неоновка» и усиленный паек
1 Гтц=?
B России и СНГ появится развлекательный телеканал E! Entertainment
DirectOut Technologies EXBOX.
UMA. 32-канальный USB-аудиоинтерфейс
Винчестер и четыре бабушки-волшебницы
Восток — дело тонкое…
События (466)
«Digital TV Russia’2008: конкуренция, конвергенция, кооперация»
«Moscow Teleshow»: контентная весна — 2007
«Moskow Teleshow» — интерес растет!
«Multiplay’2007»: операторы платных цифровых услуг объединяют свои усилия
«Би-би-си» запустила мобильную версию своего сайта
«Норильск-Телеком»: централизованное управление телекоммуникациями
«ОВАКО»: экспансия в регионы
Исследование (6)
Европейский телевизионный размер
Новые формы потребления контента
Россия в рейтингах развития цифровой экономики
Рынок онлайн-видео в России по итогам 1H 2018 года (предварительные итоги)
ТВ-реклама в регионах: каждый второй ролик с нарушением плана
Топ-менеджеры рассказали о карьерных планах
Оборудование для радиовещания (16)
Начните с главного
Новое оборудование для радио-и телевизионного вещания
Оборудование для цифрового вещания с повышенной энергетической эффективностью
Перспективы радиобизнеса в новых экономических условиях
Принципы построения сетей FM-радиостанций
Проект «под ключ» для белорусского «Дома Радио»
Радиал — антенный помощник радиовещателя!
Производство новостей (1)
Как построить комплекс производства новостей?
Новые продукты (273)
«Реставрация» антенн метрового диапазона
«Стрим Лабс» на IBC2007
«Восьмой» – он всем родной!
«Пушечный выстрел» от компании Sennheiser
«Триколор ТВ» развивает цифровое телерадиовещание в Сибири
«Триколор ТВ» – об итогах года прошедшего и о планах на будущее
Цифровое телевещание (6)
Внедрение цифрового телевещания: мнения
Внедрение цифрового телевизионного вещания в России
Переключаемся на цифру
Подводя итоги выставки IBC
Помехоустойчивое кодирование в стандартах передачи цифрового телевидения: DVB-Т1, -T2, -S2, -С2 и DTMB
Цифровое будущее России
Проекты и решения (2)
Премьеры-2012.
Проекты и продукты. Быстрее, легче, эффективнее
ПТС ТВЧ от «Компании ОВАКО»
Оборудование для видеомонтажа (2)
Быстрее! Выше! Сильнее!
Состояние и перспективы развития производства в формате High Definition
Оборудование для передачи сигнала (39)
«Компания Бродкаст Арсенал» представляет радиовещательное оборудование RVR Elettronica S.p.A
«Компания Бродкаст Арсенал» представляет радиовещательное оборудование RVR Elettronica S.p.A.
DRM и сомнительная реклама
Антенно-фидерные устройства для радиовещания
Антенные системы для радиовещания
Аппаратура для организации высококачествнных каналов передачи сигналов звукового вещания
Аппаратура цифровой передачи сигналов звукового вещания
Дайджест (31)
«Триколор ТВ» отметил главное спортивное событие года улучшением качества вещания
«Триколор ТВ» смотрит каждый четвертый россиянин
25 — 26 июля состоялся съезд Ассоциации кабельных операторов Дальнего Востока
DIVA отметила первый день рождения
MULTISERVICE-2012 собрал более 250 специалистов со всей России
OCEAN TV и Русский парусный клуб приглашают всех игроков медиарынка принять участие в первой медиарегате
Анатолию Лысенко – 75!
Новости (1)
Давайте делать журнал вместе!
Малобюджетное производство в HD-формате (3)
Знакомьтесь — HD
Лучшее портативное HD-решение в отрасли
Семейство виртуальных студий «Фокус» — лучше один раз увидеть
Действующие лица (28)
MKKP — всем юбилеям юбилей
Будущее вещания
Дело всей моей жизни (к 60-летию деятельности в области телевидения).
Часть 1
Дело всей моей жизни (к 60-летию деятельности в области телевидения). Часть 2
Если СМИ сегодня называет себя независимым, оно лукавит
Как меняется рынок телекома
Как я был прогнозистом
Производство (6)
Digital Intermediate: технологии на службе у творчества
Кино- и ТВ-аксессуары от «Компании ОВАКО»
Нелинейная обработка цифровых киноматериалов в студиях постпродакшн
Новая «фабрика грез»: что-то в работе, что-то монтируется
Объективный взгляд на оптику электронного кинематографа
Системы стабилизации движения
и радиоконтроль параметров объектива
IBC 2010: основные моменты
ROHDE & SCHWARZ
АННИК-ТВ, ООО
Измерительное оборудование для цифрового телевидения
Измерительные приборы для контроля цифрового телевещания (наземного, спутникового и кабельного)
Коммутационно-распределительное оборудование
КОСМОС, НТЦ, ОАО
Производство для вещательного телевидения (2)
Вещательные серверы
Расширение линейки
программных продуктов The tvSuite
Обзоры, прогнозы, мнения (58)
«Быть в тренде» или Продвижение в социальных медиа
«Лед тронулся, господа присяжные заседатели! Лед тронулся!»
«Ничего не будет.
Ни кино, ни театра, ни книг, ни газет – одно сплошное телевидение»
«По чеснаку»
2016 год – ожидания
2017 – прогнозы, ожидания, перспективы
38 попугаев и одно крылышко, или Сколько вешать в граммах?!
Оборудование для линейного монтажа (2)
Линейный монтаж в цифровую эпоху?
Новая идеология монтажа
Постпроизводство (3)
Компания ОВАКО для постпроизводства
Обработка пленки и тиражирование
Эффективные решения для кинопроизводства
Multiplay (3)
Multipiay
Итоги Форума Multiplay
Форум MultiPlay
Тематические каналы (2)
24 часа актуальной документалистики от НКС
Мы стремимся развлекать наших зрителей
Облака (1)
Облачное телевидение.
Введение в тему
Прикладное видеопроизводство (1)
«Форвард Голкипер» — система для многоканальной записи и замедленного воспроизведения повторов в прямом эфире
Техника для кинопроката (9)
В пятерке лидеров рынка
Кинопоказ в России
Контроль качества цифровых киноизображений в структуре студии постпродакшн
Мама, хочу попасть в кино!
Параметры и инсталляционные особенности видеопроекторов
Правительство Испании поддерживает индустрию кинематографа
Система подсчета зрителей в кинозалах Orwell 2k-Cinema
Профессиональное HDTV-производство (6)
12-камерная HDTV-ПТС U5HD
HDTV уже не за горами
Выбор съемочного оборудования для ТВЧ
Новые системы для HD/SD-монтажа в любой среде постпроизводства
Просто о ТВЧ
Семейство систем Avid NewsCutter
Детское ТВ (4)
В мире детей
Новый телесезон на Cartoon Network
Телесезон 2011–2012 на канале Gulli: больше премьер, больше развлечений!
Телесезон 2011–2012 на канале TiJi Малыши исследуют мир
Экономика и менеджмент (316)
«8-3-9» — считалка утренней свежести
«Вавилонская башня», или информационный конвейер
«Здравствуй, радость моя!»
«Орион Экспресс»: от Москвы до Чукотки
«Скоро мы увидим вещи, которые пока не можем даже представить»
«Триколор ТВ» блокирует пиратские сайты
«Триколор ТВ» формирует основу бизнес-модели государства
Кодирующее оборудование (13)
Gigasat — мобильные решения для доставки сигнала
Абонент и интерактивность
Возможности профессиональных кодеров
Интегрированная платформа для цифрового телерадиовещания
Комплексное решение Thomson для систем IP TV
Новая продукция Grass Valley для платформ цифрового ТВ
Оборудование и технологии для повышения эффективности канального кодирования и модуляции в системах фифрового ТВ-вещания
Смежное производство (4)
Matrox Axio LE:
удобная, мощная, многофункциональная
Доставка контента
Задача не из легких
Хранение и передача видеоинформации в форматах высокой четкости
Оборудование для нелинейного монтажа (3)
Программно-аппаратный комплекс для монтажа и обработки видео Video Toaster [4] LIVE; Программно-аппаратный комплекс для захвата и монтажа видео HD CineWave HD
Системы от Avid Technology — комплексные решения для медиапроизводства
Системы хранения информации
Колонка эксперта (25)
«Их» праздник
Cоздание спецэффектов и 3D-графики с точки зрения специалиста
Анализируя это и то
Демпингуют аутсайдеры
Десять фраз, которые заставят вас полюбить хейтеров.
Простая инструкция для тех, кто не хочет стать жертвой жесткого хейта
Закат муниципального вещания?
Как выжить независимым телепроизводителям в кризисное время
Кинопроизводство (5)
HD-производство: универсальный подход
Кинопленка была, есть и будет
О состоянии российской киноиндустрии, возможностях и перспективах ее развития до 2015 года
Прогресс — всего лишь способ выразиться
Успешное кино — это кино, которое «проговаривает время»
ВС-клуб (5)
«Подводные камни» электронных хранилищ
BC-клуб
В новую пятилетку — с цифровым качеством
Оптимален ли выбор системы NICAM
Тот, кто не смотрит вперед, оказывается позади
ИТ-интеграция (1)
InterEthernet – новая глобальная мультисервисная система связи XXI века
Регулирование и стандарты (180)
В разработке закона «О КТВ» придется сделать паузу!
«Опасные» поправки к закону
«Школьник ТВ»-назад в будущее!
DRM совершенствуется
DRM-формат на российском радиопространстве
Ultra HD-телевидение – реальность и перспективы
vidau Systems: новые возможности внестудийного производства
Работы и услуги (1)
Постпродакшн: в России или за рубежом?
Управление (1)
Борьба с демпингом в индустрии звукорежиссуры
Коммутационно-распределительное оборудование, аксесуары (9)
Государственная сеть радиовещания на частотах ниже 30 МГц: состояние и необходимость модернизации
Далекое близкое радио
Как мы слушаем радио
Концепция индивидуального (любительского) радиовещания.
Школьные радиокружки
Мелочи жизни радио
Организация звукового канала для вещания
Радиовещание в сетях кабельных и спутниковых операторов
Передающее оборудование (21)
«Компания Бродкаст Арсенал»- цифровые ТВ-передатчики Electrosys S.r.l., Италия
Аналогово-цифровой телевизионный передатчик МВ/ДМВ; Цифровой телевизионный передатчик МВ/ДМВ; Кодеры MPEG-2 (от 1 до 4) с мультиплексором и модулятором COFDM
Быть или не быть?..
Внимание: цифровые передатчики!
Индивидуальные установки для приема эфирного сигнала цифрового ТВ населением
ИРТЫШ, ОМПО, ФГУП
Комплекс формирования транспортного потока
для эфирного цифрового вещания
Выставки (2)
NATEXPO 2017. Что нового?
Польза и эффективность отраслевых мероприятий
Мастер класс (3)
Русский infotainment.
Часть 1
Русский infotainment. Часть 2
Человек с камерой
Вспомогательное оборудование (3)
Вещательная инфраструктура на базе IT: почувствуйте разницу
Видеосерверы в ТВ-вещании:
информация для оптимального выбора
Технологическая мебель Ant — то, что хочет заказчик
Радиостудийное оборудование (14)
Ramsa: комфорт в звуке
Акустика. Искусство, близкое к шаманству
Ближе к микрофону!
Выбор микшерной консоли для радиостанции
Голос радио
Кто подумает обо всем
Не студия красит человека, а человек студию
Техническое обозрение (2)
Не за горами эра 3D-телевидения
Эфирные и студийные микшеры
Другие статьи (1)
Охранитель наследияОборудование и технологии (514)
Информационные системы управления предприятием в телерадиовещании
«Каналы и тракты звукового вещания.
Типовые структуры. Основные параметры качества. Методы измерений»
«Видау Системс»: проекты 2010 года
15 лет Аналитическому центру «Видео Интернешнл» (АЦВИ)
20 лет вместе. К юбилею первых продаж JVC Professional в России
3D-телевидение в операторских сетях (DVB, IP)
3D-телевидение: анатомия конфликта Часть 1
Автоматизированные системы радиовещания (9)
Автоматизация вещания сегодня и завтра
Автоматизация вещания: реалии и перспективы
Автоматизация радиовещания: цель или средство?
Автоматизированное удаленное вещание
Внедрение систем автоматизации радиокомплекса
Какой должна быть система автоматизации?
Приемники для цифрового телевидения (16)
Абонентские ТВ-приставки»Телеком-ЛС» —
основа перехода к цифровому ТВ-вещанию в России
Аппаратура приема и декодирования сигналов цифрового телевидения
Аппаратура приема и декодирования сигналов цифрового телевидения
Выбор цифровых ресиверов
для больших корпоративных спутниковых сетей
ИРТЫШ, ОМПО, ФГУП
КОСМОС НТЦ, ОАО
Методы оптимизации и оценки качества технических средств формирования, распространения и отображения ТВ-информации
Студийно-производственное оборудование (15)
«Форвард ТС» — технологии и решения для организации телевизионного вещания в цифровом формате
«Форвард ТС» – технологии и решения для организации телевизионного вещания в цифровом формате
FUJINON (EUROPE) GMBH
Автоматизированные системы вещания
Анатомия безленточных съемочных технологий
Безленточные технологии вещания
Видеомикшер KAHUNA
Журналистские комплекты (мобильное оборудование) (3)
Плюс немного удачи
Саунд-чека не будет!
Студия на колесах
Нам пишут (30)
«Комета», или Путь радиолюбителя
«Бросая в воду камешки, смотри на круги, ими образуемые!»
Административное регулирование в сфере СМИ на примере Липецкой области
В поисках ответа натолкнешься на вопросы
Игры в кубики.
Часть 1
Игры в кубики. Часть 2
Кое-что о любителях и профессионалах
Контент (164)
«Content Show’2008» — право выбора Часть 1
«Все было впервые и вновь …»
«Санта-Барбара» пришла и победила
«Content Show’2008» — право выбора
«Ах, сериал, сериал, сериал…», или Почему снимают, показывают и смотрят телесериалы
«Витрина ТВ» – пополнение среди телемагазинов
«И о погоде!», или Новая эра прямого эфира
Broadcasting-регион (7)
Кабельное телевидение выходит на новые рубежи
КТВ переходит в наступление
Мощный импульс в ТВ-вещании
Первый шаг – самый трудный
Региональная телерадиосеть: от стратегии к тактике
Цифровое «телемасло»
Цифровой джем
Машина времени (59)
«Смертельно опасное» кабельное телевидение! К 70-летию отечественного кабельного телевидения
«Радио – наше все!»
«Телевидение и радио могут всё.
..» К 90-летию Н.Н. Месяцева
80 лет отечественному телевидению
Август 91, черно-белое ТВ
Академик умного телевидения
Александр Понятов: русский триумф на чужбине
Заметки телезрителя (3)
Заметки телезрителя
Заметки телезрителя
Что вижу, о том пишу
Гуманитарные технологии (59)
«Джинса» в законе
«Невидимые» творцы телевизионного эфира. Часть 1
«Невидимые» творцы телевизионного эфира. Часть 2
Апокалипсис грядущих дней, или Частной жизни больше нет
Вернутся ли на радио дикторы?
Всем, всем, всем: «UK3AAH»…
Дети и реклама: зарубежный взгляд на проблему
Copyright © 2018 Broadcasting.Ru
Политика конфиденциальности
3 забытых метода улучшения динамического диапазона
Изучайте музыку и аудиопроизводство | iZotope Tips and Tutorials
Ник Месситт, участник iZotope
23 сентября 2021 г.
Поделись
Никогда не пропусти статью!
Подпишитесь на нашу рассылку и получайте учебные пособия и советы на свой почтовый ящик.
Эта статья ссылается на предыдущую версию Neutron. Узнайте о Neutron 4 и его мощных функциях, включая Assistant View, Target Library, Unmask и другие, нажав здесь.
Вот закулисный взгляд на то, что мы делаем здесь, в блоге iZotope: для статьи, которую я написал о распространенных ошибках сжатия, я первоначально перечислил следующий совет:
«Когда многие инженеры говорят «сжатие», они имеют в виду «нисходящее сжатие». Другими словами, снижение уровня сигнала выше порога, установленного на вашем компрессоре, чтобы сделать более громкие вещи тише. Но слишком часто мы забываем о восходящей компрессии, когда более тихие звуки поднимаются до пороговой точки; эта техника может быть весьма удобна в определенных ситуациях для более прозрачного эффекта (ее также можно аппроксимировать параллельным сжатием, если у вас нет под рукой восходящего компрессора).
Точно так же расширение — как восходящее, так и нисходящее — может сильно помочь вашему миксу. Если мне дали глухой звук малого барабана, я мог бы не использовать статический эквалайзер, а расширить его вверх. Таким образом, чем сильнее ударит барабанщик, тем больше атаки, щелчка и других вкусностей я могу извлечь, оставляя неприятные резонансы в покое для призрачных нот и более мягких ударов.
Давайте рассмотрим три других динамических процесса, которые часто упускают из виду при микшировании и продюсировании, и посоветуем, как их использовать.
Попробуйте Music Production Suite Pro бесплатно и изучите все эти и другие концепции в Neutron и Ozone Pro. Плюс доступ к более чем 30 стандартным отраслевым плагинам, производственным курсам, пользовательским пресетам и бесплатным образцам пакетов.
Попробуй бесплатно
1. Восходящее сжатие Вкратце, в том, что мы обычно называем «сжатием», сигнал понижается по уровню, когда он пересекает установленный порог.
Точнее, это называется «нисходящее сжатие».
Восходящее сжатие, однако, работает с противоположного конца спектра: когда тихий сигнал падает ниже заданного порога, его уровень повышается.
Если у вас есть практические знания о расширении (рассмотренные позже, не волнуйтесь), вам будет прощено почесать затылок. Конечно, это должно быть расширение, верно? В конце концов, вы повышаете сигнал, а не опускаете его.
На этот вопрос я бы ответил, что вы должны учитывать определяющий контекст сигнала в целом: при восходящем сжатии общий динамический диапазон материала все еще сокращается, а не расширяется. В этом и есть разница. Да, более низкий уровень теперь громче, но более высокий уровень остается прежним, и чистый эффект? Динамический диапазон был сжат — как и при обычном старом сжатии.
Мне нравится использовать повышающий компрессор на любой комнатной дорожке, которая недостаточно просторна. Возьмем комнатные микрофоны барабанной установки: в студии, возможно, барабанная будка была довольно маленькой, что приводило к закрытому звуку.
Использование восходящего компрессора в этом сценарии может позволить вам выделить атмосферу — пространство между транзиентами — и получить более просторное ощущение в вашем треке.
Вы можете сказать, почему бы не использовать для этого переходный формирователь? Вы, конечно, могли бы, но они, как правило, не очень прозрачны; они часто могут добавлять искажения. Иногда мне нравится это искажение. Но иногда это неуместно, и тогда восходящий компрессор — ваш друг.
Вы также можете использовать повышающий компрессор для создания звука комнатного микрофона, когда в сеансе фактически не использовались комнатные микрофоны. На самом деле, недавно я сделал это на миксе, превратив запасной том-микрофон в эмбиент.
Позвольте мне объяснить: я микшировал концертный трек для инди-группы Leland Sundries, и мне нужно было больше комнатного тона, чем было предусмотрено в записи. Мне не нравилось то, что мне давала искусственная реверберация, так как это был сценарий живого микса с плотным микрофоном.
К счастью для меня, рэковый том на этой мелодии ни разу в песне не прозвучал — ни разу! Вместо этого микрофон уловил странно сбалансированную картину всей установки: бочка, малый барабан, хэт, тарелки и напольный том были представлены в превосходных пропорциях.
Но звучало не очень просторно. Сжатие трека с помощью понижающего компрессора не сработало бы, потому что это сделало бы акцент на переходных процессах, а я стремился к промежуткам между переходными процессами. С направленным вверх компрессором я смог усилить звучание бочки и малого барабана, усилить сплэш тарелок и подчеркнуть другие реверберации в помещении.
Если вы хотите попробовать это сами, это возможно со многими популярными программными компрессорами. Компрессор в Neutron можно переключить в восходящий режим при использовании отрицательных коэффициентов.
Другие производители подключаемых модулей также поставляют компрессоры, которые работают восходящим образом; если вы видите значение диапазона в вашем компрессоре, и регулятор диапазона может быть ориентирован как в положительном, так и в отрицательном направлении вокруг нулевой точки, то, скорее всего, процессор может обеспечить этот вариант при сжатии.
Просто убедитесь, что во время экспериментов обращайте особое внимание на параметры порога, атаки и восстановления и убедитесь, что используете очень низкие коэффициенты (иначе это трудно контролировать). Чтобы успешно выполнить восходящее сжатие, требуется точное прикосновение, потому что то, как транзиенты реагируют на этот процесс, несколько противоречит здравому смыслу — т. е. вам, вероятно, понадобится более быстрая атака, чем вы думаете, и релиз также будет вести себя по-другому. Я склонен использовать значения быстрой атаки и настройки быстрого и среднего быстрого восстановления при использовании восходящего сжатия.
В сценариях с микрофоном в барабанной комнате многополосная восходящая компрессия также может быть вашим другом, позволяя вам избежать слишком сильного воздействия на тарелки и позволяя вам вникать в малый барабан и томы. Однако ваш пробег может варьироваться — на самом деле, вы можете вообще не иметь восходящего компрессора в своем арсенале…
.
..Или так вы могли бы подумать, если бы не читали этот урок!
Оказывается, вы можете использовать параллельное сжатие, чтобы аппроксимировать большую часть того, что может дать восходящее сжатие. Работает следующим образом:
Отправка инструмента или стереошины на компрессор на вспомогательной дорожке. Установите очень низкий порог, чтобы компрессор работал постоянно, снижая усиление как на тихих, так и на громких пассажах. Вопреки тому, как вы могли бы использовать компрессор на самом треке, вы бы использовали очень быстрое время атаки, и, если вы похожи на меня, то есть обычно предпочитаете более быстрые релизы для музыкальной помпы, вы можете использовать более медленные релизы, чем вы обычно используете; Ключевым моментом здесь является настройка параметров релиза, чтобы они не вносили искажений.
Эти настройки, прослушанные в соло, могут звучать не очень музыкально, но когда вы смешаете параллельную компрессию с незатронутым сигналом, вы начнете чувствовать, как это работает: потому что компрессор включается на высокой скорости в громкие моменты.
, вы не заметите параллельный трек, когда музыка действительно горячая; однако, когда уровень музыки снижается, параллельный трек будет более слышимым и поддержит общий уровень материала. Результат? Нижние уровни были подняты почти так же, как при восходящем сжатии.
Что такое расширитель? Следите за тем, как Сэм Лус демистифицирует динамическую обработку, продолжая использовать расширители. Узнайте, что такое экспандеры и как они увеличивают динамический диапазон сигнала, и узнайте для себя, как можно использовать экспандеры при микшировании и мастеринге для создания более связной песни.
2. Расширение вверхРасширение вверх в ключевом отношении сродни обычному старому сжатию: оно влияет на более громкий сигнал, когда он пересекает порог. Однако вместо того, чтобы подавлять сигнал, расширитель увеличивает уровень звука. Именно здесь процесс и получил свое название — он расширяет общий динамический диапазон сигнала.
Сколько именно определяется, отчасти соотношением.
Соотношения при сжатии выражаются целыми числами больше единицы (т. е. 2:1), как вы прекрасно знаете. Однако в расширении верхняя часть отношения обычно выражается в долях от единицы. Так что, если ваш компрессор может дать вам соотношение 0,5:1, то, скорее всего, в этот момент он расширяется.
Мы могли бы углубиться в математику, почему это так, но давайте вместо этого рассмотрим лучшие варианты использования. Хорошим кандидатом на восходящее расширение был бы сильно сжатый трек малого барабана, который кажется лишенным жизни — что-то, что вы получили от плохой записи. Используя восходящий эспандер, вы можете в некоторой степени воссоздать ощущение того, что ловушка выпрыгивает на вас.
Хитрость заключается в том, чтобы обойти порог в тот момент, когда удар малого барабана будет чуть-чуть громче, чем окружающая звуковая информация (остальная утечка барабана, другими словами). Когда вы найдете эту золотую середину, настройки атаки, релиза и отношения помогут вам сформировать и усилить этот первоначальный удар.
Более короткое время атаки быстрее захватит удар, а более быстрое время восстановления быстрее вернет его к исходной громкости. Обратное, конечно, верно. Электрические басы, которые были раздавлены во время плохих сессий записи, также могут выиграть от расширения, используемого таким образом.
Можно также использовать параметры атаки и восстановления расширения, чтобы захватывать неожиданные части сигнала и повышать их, тем самым создавая неестественный/нестандартный эффект в эстетических целях. Представьте, если бы драматический удар тома повышался по уровню не от удара тома, а от возникающего в результате звона. Это было бы странно… но это могло бы быть потрясающе! Вы могли бы добиться этого эффекта с более медленной атакой, потому что экспандер все равно будет реагировать на начальный переходный процесс. Просто он отреагирует гораздо позже, чем вы ожидаете. Такого рода трюки могут сработать с экспериментальным камнем, который производит Deerhoof.
Также стоит отметить, что восходящие экспандеры можно творчески использовать на сэмплированном материале, чтобы добавить отскок, которого раньше просто не было.
Все, что вам нужно сделать, это найти элемент в этом образце, центрировать порог вокруг этого элемента и настроить другие параметры, чтобы выделить его.
Лично я часто использую восходящее расширение в мультидиапазоне. Выведение корпуса малого барабана только на сильных ударах может быть легко достигнуто с помощью восходящего экспандера, зацикленного в диапазоне 100–220 Гц. Вы также можете использовать эту технику, чтобы выявить теплоту тонкой гитары со слишком сильной атакой медиатора, особенно если вы подключите экспандер к самым хрупким частотам гитары. Таким образом, когда появляется чрезмерный шум медиатора, атака почти одновременно поднимает приятную середину.
Вариантов реализации множество. Просто имейте в виду, что расширение часто ведет себя противоположно традиционному сжатию. Например, если вы используете гримированное усиление для повышения уровня сжатого инструмента, вам может понадобиться ослабить уровень расширенного звука, чтобы он не подскакивал в усилении.
Просто не забудьте создать запас перед этим в цепи сигнала, чтобы избежать клиппирования.
Расшир. дальше вниз к уровню шума. Вы, вероятно, довольно часто используете нисходящее расширение, хотя можете и не знать об этом — это тот самый процесс, который приводит в действие обычный нойзгейт.
Тем не менее, расширение вниз можно использовать не только для стробирования. Вместо того, чтобы сразу убивать посторонние звуки, вы можете использовать нисходящее расширение в качестве более тонкого и прозрачного формирователя транзиентов. Это мало чем отличается от компрессии вверх, которую также можно использовать как переходный формирователь. Просто подумайте об этом так: направленный вверх компрессор похож на повышение параметра сустейна в транзиент-шейпере, в то время как нисходящий экспандер мало чем отличается от понижения параметра сустейна.
Для барабанных сэмплов это может оказаться особенно полезным. Скажем, у вас есть луп с потрясающим ощущением, но вы хотите подчеркнуть его переходные процессы и приглушить атмосферу.
Вы можете использовать нисходящее расширение, чтобы сформировать затухание окружения, тем самым подчеркивая переходные процессы в процессе вычитания. Это может звучать менее искаженно на слух, чем при использовании плагина Transient Shaping или традиционного нойзгейта для достижения того же эффекта. Это также может звучать очень искаженно, если вы используете быстрое время восстановления (что может быть забавно).
Расширение вниз, как и его вариант вверх, также хорошо работает в многополосных настройках. Если у вас есть утечка бочки или хай-хэта на малом барабане, многополосное расширение вниз может помочь убрать его из микса. Просто установите процессор на самые низкие частоты для удара или на самые высокие частоты для шляпы. Это не решит проблему полностью, но вы сможете ее укротить. Вы также можете использовать расширители на 808, чтобы быстро убрать их с пути другой басовой информации. Это полезно в хип-хопе.
Вот еще один многополосный трюк: можно использовать многополосный расширитель вниз как динамический эквалайзер, хотя, конечно, он будет действовать парадоксально, из-за принципиальной разницы в работе; в то время как динамический эквалайзер будет ослаблять частоты, когда они сильнее ударяют, многополосный понижающий расширитель будет обрезать частоты, когда они заметно тише.
Зачем нам использовать такую технику? Допустим, у вас есть автобус, в котором пыхтит целая куча гитар. В диапазоне 200–400 Гц они звучат потрясающе, но только тогда, когда песня набирает обороты. Когда эти гитары звучат мягче, их толщина мешает остальной части микса, возможно, потому, что барабанщик играет тише, а малый барабан не так сильно прорезает звук.
Это случай использования многополосного нисходящего расширителя поверх динамического эквалайзера: когда гитары сильно бьют, объемность слышна во всей красе, но в более тихие моменты эти отрывистые частоты звучат более приглушенно. Конечно, не стоит быть слишком резким. Все, что вам нужно сделать, это сбрить пару дБ или около того.
Заключение Сжатие в его классической форме — прекрасная вещь, но не единственная. И стоит отметить, что традиционные методы сжатия используются так долго, что даже некоторым производителям EDM надоело подавлять сигналы. К чему они обратились вместо этого? По словам Эндрю Эйзеля, у которого я брал интервью для статьи о микшировании электронной музыки, ответ заключается в расширении.
Да, приливы меняются, и этот прилив может поворачиваться… вверх. Итак, когда дело доходит до динамических процессов для целей смешивания, мы в iZotope искренне надеемся, что мы, кхм, расширили ваши знания.
- Микширование аудио
- Сжатие
- Набор для музыкального производства
- Средний
- нейтрон
- Ник Месситт
- Аудио динамика
Поделиться
Мы производим инновационные аудиопродукты, которые вдохновляют людей и позволяют им творить.
Подпишитесь на нашу рассылку
Получайте главные новости недели и специальные предложения скидок прямо в свой почтовый ящик.
Вы можете отписаться в любое время.
Подпишитесь на нас
- Твиттер
- Фейсбук
- Инстаграм
- YouTube
Copyright © iZotope, Inc., 2001–2023. Все права защищены.
Условия эксплуатации
политика конфиденциальности
Уведомление о файлах cookie
Не разглашайте мою личную информацию
Лицензионное соглашение
Условия подписки
Доступность
Отменить подписку
Метод расширения динамического диапазона для датчиков изображения CMOS с двойным хранением заряда в пикселе и множественной выборкой
- Список журналов
- Датчики (Базель)
- PMC3663033
(Базель).
2008 март; 8 (3): 1915–1926.
Опубликовано в Интернете 18 марта 2008 г. doi: 10.3390/s8031915
, 1, * , 2 и 2
9 Информация об авторских правах и правах на авторство
5
Представлена методика расширения динамического диапазона для КМОП-датчиков изображения с двойным хранением заряда в пикселе и методикой многократной выборки. Каждый пиксель содержит фотодиод и накопительный диод, соединенный с фотодиодом через разделительный затвор. Чувствительность сигнального заряда в накопительном диоде можно контролировать либо с помощью разделительного затвора, который ограничивает протекание заряда в накопительный диод, либо путем управления временем накопления в накопительном диоде. Смоделирована работа управления чувствительностью с помощью методов разделительного затвора и установлено, что блокирующий слой на накопительном диоде играет важную роль для высокой управляемости чувствительности накопительного диода. Изготовлен и измерен прототип чипа для тестирования множественных кратковременных накоплений.
Ключевые слова: Датчик изображения, широкий динамический диапазон, множественная выборка, размытие движения
Датчики изображения с широким динамическим диапазоном требуются для многих приложений, таких как цифровые камеры, системы безопасности, автомобили и промышленные камеры. Однако существуют трудности с выполнением всех требований высокой чувствительности, низкого уровня шума, достаточно широкого динамического диапазона и небольшого размытия движения. Сообщалось о многих методах расширения динамического диапазона датчиков изображения CMOS. Нелинейные отклики, такие как логарифмический отклик [1] и корректировка производительности скважины [2], полезны для расширения динамического диапазона с относительно простой структурой и обработкой. Однако эти методы несовместимы с технологией закрепленных фотодиодов, которая является ключевой технологией для датчиков изображения с низким уровнем шума. Другая группа методов динамического расширения использует несколько сигналов времени экспозиции в одном кадре [3-5] и может использовать штыревые фотодиоды.
Однако использование нескольких сигналов с разным временем экспозиции создает проблему размытия изображения в движении. Техника, использующая конденсатор интегрирования с переполнением в пикселях [6,7], имеет превосходные свойства с точки зрения низкого уровня шума за счет использования закрепленных фотодиодов и небольшого размытия движения. Однако в этом методе динамический диапазон определяется размером конденсатора в пикселе.
В этой статье предлагаются методы расширения широкого динамического диапазона для гибкого управления динамическим диапазоном и уменьшения размытия при движении. Пиксель содержит два накопителя заряда, фотодиод и накопительный диод. Накопительный диод подключен к фотодиоду через разделительный затвор SP. Для расширения динамического диапазона датчика затвор SP на короткий промежуток времени многократно открывается в течение периода накопления в фотодиоде, чтобы позволить заряду, сгенерированному на фотодетекторе между затвором SP и фотодиодом, течь в накопительный диод.
Поскольку зарядом накопительного диода также можно управлять с помощью времени накопления в накопительном диоде, динамический диапазон можно расширить за счет комбинации управления затвором SP и короткого времени накопления в накопительном диоде. Заряд сигнала за короткое время накопления в накопительном диоде считывается несколько раз в одном кадре. С другой стороны, заряд в фотодиоде накапливается длительное время, максимально за период кадра для достижения высокой чувствительности. Считываемые множественные сигналы с коротким временем накопления накопительного диода и сигнал с большим временем накопления фотодиода синтезируются во внешней системе.
Предлагаемые методы позволяют гибко управлять динамическим диапазоном для большинства приложений. Кроме того, длительность накопления сигнала в накопительном диоде может быть примерно уравнена с длительностью фотодиода, и может быть уменьшена проблема неестественного размытия движения. Работа регулятора чувствительности с разделительным затвором подтверждается моделированием устройства.
Функция многократного кратковременного накопления была подтверждена реализованной в прототипе микросхемы. Далее описываются структура пикселя, методы расширения динамического диапазона, улучшение управляемости SP-затвора и реализация прототипа сенсорного чипа.
Упрощенная структура (вид сверху) предлагаемого пикселя и его поперечное сечение по линии aa’ показаны на соответственно. Пиксель состоит из двух штыревых диодов, PD и SD, которые предназначены для фотодиода и накопительного диода соответственно. Область SD соединена с областью PD через разделительные ворота, SP и два типа слоя n-типа формируются под слоем p+ в области PD. Относительно слабо легированный слой n-типа между затворами PD и SP является фотодетектором для сигналов SD и PD. Электроны текут в область SD, когда ворота SP открыты. Передаточные затворы TX1 и TX2 используются для считывания зарядов сигналов в PD и SD соответственно. Заряды передаются в общую плавающую диффузию (n+), а сигналы напряжения считываются через буфер истокового повторителя в пикселе.
Открыть в отдельном окне
(а) Упрощенная структура и (б) Сечение по линии aa’ предполагаемого пикселя.
Важнейшей задачей при работе с данным датчиком является контроль чувствительности заряда сигнала в СД. Для управления чувствительностью сигнального заряда в СД можно использовать два метода. Один из них осуществляется путем управления воротами SP, а другой — путем управления временем накопления в SD.
3.1. Регулятор чувствительности с стробом SP
показывает принцип управления чувствительностью SD-сигнала с помощью SP-ворота. Если строб SP точно контролирует чувствительность в SD, изображение с широким динамическим диапазоном с небольшим размытием движения возможно только при управлении стробом SP. показывает временную диаграмму изображения с широким динамическим диапазоном с управлением стробом SP. Максимальное время накопления в PD может быть установлено на период кадра, T F , что составляет 33 мс при 30 кадрах в секунду. Ворота SP многократно открываются на короткий промежуток времени, T SP при каждом цикле считывания сигнала одной строки, период которой обозначен T H .
Коэффициент расширения динамического диапазона R DE определяется как
RDE=QPDQSD
(1)
где Q PD и Q SD — фотоиндуцированные заряды в PD и SD соответственно. Q PD выражается как
Q P D = S P D T F
(2)
где S PD — чувствительность ФР. Q SD выражается как
QSD=SSDTF(TSPTH)+SSDCTF
(3)
где S SD — чувствительность SD, а S SDC — чувствительность SD при закрытом затворе SP. S SDC возникает из-за носителей, генерируемых светом, проникшим в SD и рассеянным из глубины пикселя. Р DE присвоено
RDE=SPDSSD(TSPTH)+SSDC.
(4)
Для эффективного управления необходимо минимизировать S SDC . Если S SDC = 0, R DE можно эффективно регулировать соотношением T SP /T H .
Открыть в отдельном окне
Направление потоков заряда при открытии и закрытии затвора ИП.
Открыть в отдельном окне
Время накопления и считывания предлагаемого контроля чувствительности со стробом SP.
3.2. Множественное кратковременное накопление и хранение стробируемого заряда в SD
показывает время накопления и считывания для комбинации нескольких кратковременных накоплений и стробируемого хранения заряда в SD. В этом методе время накопления заряда в области частичного разряда устанавливается равным полному периоду кадра, T F , для достижения высокой чувствительности, в то время как время накопления заряда в SD устанавливается на более короткое время, T S . Кратковременное накопление в СД и считывание повторяются M раз. Во время Т S , ворота SP многократно открываются на короткий промежуток времени, T SP .
Открыть в отдельном окне
Время накопления и считывания предлагаемых множителей короткое накопление и стробированный заряд
Коэффициент расширения динамического диапазона в этом методе определяется выражением
RDE=QPDQSD
(5)
где Q PD выражается как
Q P D = S P D T F
(6)
и Q SD определяется как
QSD=SSDTS(TSPTH)+SSDCTS.
(7)
Таким образом, коэффициент расширения динамического диапазона может быть выражен как
RDE=TFTS×SPDTH(SSDTSP+SSDCTH).
(8)
Используя короткое накопление, R DE можно настроить на большой коэффициент, даже если S SDC недостаточно мал.
Многократная выборка коротких сигналов накопления в SD имеет два преимущества. Одним из них является уменьшение размытия движения в синтезированном изображении с широким динамическим диапазоном, поскольку при добавлении нескольких сигналов накопления продолжительность захвата изображения в PD и SD может быть одинаковой.
объясняет влияние множественной выборки на уменьшение эффекта размытия при движении в синтезированном изображении с широким динамическим диапазоном. Когда движущийся световой узор захватывается линейным датчиком, длинный накопленный сигнал L имеет трапециевидную форму. С другой стороны, короткие сигналы накопления S1~S4 имеют прямоугольную форму. Однако добавление коротких сигналов накопления, показанное внизу, имеет форму, подобную L.
Открыть в отдельном окне
Движущаяся световая картина, зафиксированная линейным датчиком.
Напротив, при реализации методов двойной и множественной выборки [3,5] разница в продолжительности захвата изображения между самым длинным сигналом накопления и самым коротким сигналом накопления вызывает появление размытия движения на синтезированных изображениях.
Еще одним достоинством метода множественной выборки является уменьшение провала SNR [8] на границе областей высокой и низкой освещенности при переключении времени накопления с T F до T S . Если в шуме преобладает фотонный дробовой шум, он определяется выражением
SNRdip=10log10(TFTS×SPD(SSD+SSDC)×1M)
(9)
где T F и S PD – время накопления и чувствительность ЧР, а T S и S SD — это те же SD соответственно. Следовательно, провал SNR улучшается на 10log 10 M дБ при использовании M-временной выборки.
Для улучшения управляемости затвора SP или увеличения коэффициента чувствительности S SD /S SDC полезно формирование блокирующего слоя под SD, который блокирует рассеянные фотоэлектроны из глубины пикселя, как показано на . Под областью SD формируется относительно сильно легированный p-слой, область ямы p-типа. Разница в концентрации легирования между ямой p-типа и подложкой p-типа создает потенциальный барьер для электронов, генерируемых глубоко внутри, препятствуя движению электронов в однородную область.
Открыть в отдельном окне
Движение фотоэлектронов, диффундирующих из глубины пикселя на поверхность.
Эффект блокирующего слоя подтвержден моделированием устройства. На рисунке показаны параметры размера, использованные в моделировании. показывает результат моделирования, чтобы показать эффективность блокирующего слоя. На нем показано движение фотоэлектрона, диффундировавшего из глубины пикселя на поверхность, в случае пикселя с [] и без [] блокирующего слоя, сформированного под СД, соответственно.
При использовании блокирующего слоя фотоэлектрон, диффундировавший из глубины пикселя, достигает области ФД, а если блокирующий слой не используется, то попадает в область СД.
Table 1.
Size parameters in the simulations
| Pixel size | 7.5 μ m × 7.5 μ m |
| PD size | 3.8 μ m 2 |
| SD Size | 2,6 мкм M 2 |
| Aperture | .0230 SDC /S PD в зависимости от длины волны света для пикселя с блокирующим слоем и без него под SD. Без блокирующего слоя коэффициент чувствительности сильно зависит от длины волны света. С блокирующим слоем чувствительность при закрытом затворе SP имеет относительно низкую чувствительность и меньше зависит от длины волны падающего света.Открыть в отдельном окне Чувствительность при закрытии ворот SP. Имитация управления чувствительностью в СД с стробом СП. В моделировании используется блокирующий слой под SD. показывает отношение чувствительности как функцию длины волны падающего света, когда затвор SP закрыт (S SDC /S PD ) и открытые (S SD /S PD ). В моделировании период открытия затвора SP, T SP , устанавливается равным полному периоду в каждом цикле считывания сигнала одной строки, T H , а период полного кадра, T F , устанавливается равным 33 РС. Результат моделирования показывает соотношение чувствительности S SD /S PD , которым можно эффективно управлять с помощью вентиля SP. SSDSSDC=SSD/SPDSSDC/SPD (10) рассчитывается как от 5 до 14 в зависимости от длины волны падающего света. Для удовлетворения требований как широкого динамического диапазона, так и небольшого размытия движения очень важна возможность управления чувствительностью SD с помощью стробирования SP. Используя блокирующий слой, можно значительно повысить управляемость чувствительностью SD с SP-затвором. Открыть в отдельном окне Чувствительность при открытии и закрытии ворот SP. Предложенная структура пикселя требует дополнительных шагов процесса для управления чувствительностью логического элемента SP. В качестве предварительного исследования для достижения этой конечной цели реализован прототип КМОП-датчика изображения, использующий стандартный КМОП-датчик изображения. В стандартной технологии КМОП-сенсора изображения слабо легированная область n-типа в PD и область p-типа под SD не могут быть созданы. Эквивалентная структура пикселей показана на . Свет в основном излучается в область ЧР, а в область СД поступает только световой поток рассеяния. показана микрофотография прототипа датчика изображения CMOS с широким динамическим диапазоном и технологией 0,18 μ мкм. Шаг пикселя составляет 7,5 мкм мкм. Светосила составляет 17,5 %, а в верхней части конструкции используется микролинза. Открыть в отдельном окне Реализована эквивалентная структура пикселей. Открыть в отдельном окне Изготовленная микросхема датчика изображения CMOS с широким динамическим диапазоном Датчик содержит регистры сдвига по вертикали и горизонтали, усилители столбцов с шумоподавлением и выходные буферы. Массив пикселей подключен к усилителям столбцов с шумоподавлением, где шум сброса и шум фиксированной структуры подавляются с использованием метода коррелированной двойной выборки (CDS). Управляющие импульсы для микросхемы генерируются внешней платой FPGA, так что синхронизацией накопления и считывания можно управлять с помощью соответствующей программы Verilog HDL. показывает время накопления и считывания фактически реализованного датчика. В реализованной пиксельной структуре время накопления заряда в ПД установлено равным полному периоду кадра, T F , что составляет 33 мс при 30 кадрах в секунду, и вывод считывается один раз за кадр, в то время как время накопления заряда в SD установлено более короткое время, T S , которое составляет 100 мкс на подкадр. Следовательно, отношение T F к T S равно 330. Кратковременное накопление в SD и считывание повторяются несколько раз за кадр, т.е. четыре раза в . Открыть в отдельном окне Время накопления и считывания реализованного датчика. Линейность выходных сигналов PD и SD датчика изображения измеряется, как показано на рис. Открыть в отдельном окне Измеренные выходы PD и SD с четырехкратной дискретизацией. Открыть в отдельном окне Измеренное отношение сигнал-шум прототипа датчика изображения. От , провал SNR без многократной выборки составляет 38 дБ. Используя четырехкратную выборку в сигнале SD, провал SNR уменьшается до 32 дБ. Таким образом, провал SNR улучшается на 6 дБ, и это объясняется расчетом по уравнению. (9). Провал SNR зависит от выбора T F /T S , и если применение датчика с широким динамическим диапазоном не допускает большого провала SNR, отношение T F /T S должно быть уменьшено, и результирующий динамический диапазон также уменьшается. Открыть в отдельном окне Измеренный коэффициент расширения динамического диапазона с использованием 4 выборок. Описаны методы расширения динамического диапазона для КМОП-датчиков изображения с двойным хранением заряда в пикселе и множественной выборкой. Были обсуждены два типа методов расширения динамического диапазона; регулировка чувствительности с разделительным затвором и многократными короткими накоплениями в накопительном диоде. Эта работа поддерживается Инициативой кластера знаний Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии. 1. Шеер Д., Дириккс Б., Мейнантс Г. Датчик с произвольным адресом 2048 × 2048 активных пикселей. IEEE транс. Электрон. Устройства. 1997; 44:10, 1716–1720 гг. [Google Scholar] 2. Декер С., МакГрат Р.Д., Бремер К., Содини К.Г. Матрица изображений CMOS 256 × 256 с широким динамическим диапазоном пикселей и цифровым выходом, параллельным столбцам. IEEE J. Твердотельные схемы. 1998;33(12):2081–2091. [Google Scholar] 3. Ядид-Пехт О., Фоссум Э.Р. Широкий внутрисценовый динамический диапазон CMOS APS с использованием двойной выборки. IEEE транс. Электронные устройства. 1997; 44:10, 1721–1723. [Google Scholar] 4. Ян Д.С. Д., Эль Гаммаль А., Фаулер Б., Тиан Х. КМОП-датчик изображения 640 × 512 с АЦП на уровне пикселей с плавающей запятой со сверхшироким динамическим диапазоном. IEEE J. Твердотельная схема. 1999; 34:12, 1821–1834 гг. [Google Scholar] 5. Пак Дж. Х., Масе М., Кавахито С., Сасаки М., Вакамори Ю., Охта Ю. Подробная оценка датчика изображения CMOS с широким динамическим диапазоном. Расширение динамического диапазона: Технология расширения динамического диапазона WideLux в камерах Vision Hi-Tech Пролистать наверх
|
Соотношение чувствительности S SD /S SDC определяется выражением
Поэтому в микросхеме-прототипе тестируется управление чувствительностью по времени накопления и количеству моментов считывания только в СД.
Выходы аналоговых датчиков подключены к 12-битному АЦП на плате камеры для тестирования.
Интенсивность света регулируется нейтральными фильтрами и диафрагмой в фильтрующей коробке. Результаты измерений показывают, что датчик изображения имеет достаточную линейную характеристику. Линейность до 22 лк и 15 000 лк достигается в выходных сигналах PD и SD соответственно. Характеристика SNR предлагаемого датчика изображения показана на . Минимальный уровень освещенности, когда ОСШ равен 0 дБ, составляет 0,03 лк, а максимальный уровень освещенности составляет 15 000 лк. Суммарный динамический диапазон с сигналами PD и SD составляет 114 дБ.
Используя множественную выборку, можно увеличить динамический диапазон по сравнению со случаем одиночной выборки при условии того же SNR в точке переключения. Из уравнения Согласно (9), расширение динамического диапазона с использованием многократной выборки M раз равно M, если в шуме преобладает фотонный дробовой шум. С другой стороны, если преобладает случайный шум считывания, коэффициент расширения динамического диапазона с использованием M выборок равен
М. показывает измеренный коэффициент расширения динамического диапазона до Т Ф /Т С . В результате измерения коэффициент составляет от 2,75 до 3,45, в зависимости от выбора T F /T S .
Было смоделировано управление чувствительностью с помощью метода разделительного затвора, и результаты моделирования показывают, что отношение чувствительности сигнала запоминающего диода к сигналу фотодиода можно контролировать с помощью разделительного затвора. Формирование блокирующего слоя под накопительным диодом необходимо для повышения управляемости разделительным затвором. Реализован чип-прототип для тестирования расширения динамического диапазона с помощью множественных коротких сигналов накопления. Экспериментальные результаты показывают, что реализованный датчик имеет линейную реакцию с уровнем освещенности, а метод многократной выборки для коротких сигналов накопления позволяет гибко управлять динамическим диапазоном и уменьшает провал отношения сигнал/шум в точке переключения длинного сигнала накопления. к короткому сигналу накопления в синтезированном изображении с широким динамическим диапазоном.
