Статьи о видео-камерах и мониторах

CMOS или CCD? Что лучше?

Отношение производителей конечной продукции к выбору между CCD и CMOS радикально поменялось в 2001 г., когда основные поставщики впервые высказали общую точку зрения, касающуюся разграничения сфер их применения. К тому времени стало очевидным, что CCD обеспечивает лучшие показатели при съемке динамичных и мелких объектов, поэтому ее предлагалось использовать для построения систем, требующих высокого качества изображения: цифровых фото- и видеокамер, медицинского оборудования и т. д. CMOS же отводилась ниша устройств, для которых критична конечная стоимость -- недорогие фотоаппараты, бытовая, офисная техника и игрушки.

Опыт производства, накопленный за годы развития CMOS, позволил с каждым новым поколением этих сенсоров существенно снижать фиксированные и случайные шумы, влияющие на качество картинки. Еще одно слабое место CMOS -- искажения, появляющиеся при захвате динамического изображения вследствие слабой чувствительности сенсора. В современных устройствах их удается избежать, а захват изображения без особых артефактов возможен со скоростью 15--30 кадров/с, и уже 0,3-мегапиксельные CMOS-сенсоры фактически были избавлены от этой проблемы.

Однако победа в конкуренции технологий, скорее всего, лежит в плоскости уменьшения площади пиксела. Для успеха на рынке 1-мегапиксельных при диагонали 1/4 дюйма площадь пиксела должна составлять не более 3 мкм2. При всех усилиях производителей CMOS удовлетворить таким требованиям они пока не могут, поэтому, как считают эксперты, по крайней мере в ближайшее время  в данной нише будет господствовать CCD.

Многие крупные производители компонентов выпускают и CMOS-сенсоры, и CCD-матрицы. Например, Sharp, крупнейший в мире поставщик модулей захвата изображения (и CCD, и CMOS), считает 2003 год эпохой настоящего расцвета технологии CCD.

К преимуществам CCD матриц относятся:

1. Низкий уровень шумов.

2. Высокий коэффициент заполнения пикселов (около 100%).

Основные характеристики видеокамеры Часть 1

Основой современной видеокамеры является так называемая ПЗС-матрица (ПЗС - прибор с зарядовой связью) или, что тоже самое, ССD-матрица – прямоугольная светочувствительная полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3 : 4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал.

ССD-матрица состоит из большого числа фоточувствительных ячеек (пиксел – элементов изображения), которое нередко указывается в паспорте на видеокамеру (например, 752 х 582). Ясно, что чем больше элементов преобразования, тем менее заметной будет дискретность результирующего изображения. Для того, чтобы повысить световую чувствительность каждой ячейки, нередко формируют специальную структуру, которая создает микролинзу перед каждой ячейкой. Для получения цветного изображения перед ячейками формируются микрофильтры основных цветов R, G, B (очевидно, что для цветных видеокамер количество результирующих ячеек будет в 3 раза меньше, чем у черно-белых видеокамер, а чувствительность ниже).

Основные характеристики видеокамеры Часть 2

4. Вторым по важности параметром видеокамер можно назвать минимальную освещенность - Minimum illumination (чувствительность - Sensitivity), которая характеризует способность видеокамеры наблюдать объекты в темноте (измеряется в люксах - лк). Чем меньше это значение, тем выше качество видеокамеры (обстановка на объекте становится все темнее, а изображение остается еще различимым). Для повышения чувствительности современных видеокамер используют следующие приемы, обеспечивающие их адаптацию к условиям освещенности:

- в черно-белых видеокамерах при низкой освещенности происходит переключение в режим пониженной разрешающей способности или возрастания времени накопления зарядов, что влечет за собой смазывание движущихся объектов (чувствительность разменивается либо на разрешающую способность, либо на быстродействие),

- цветные видеокамеры при низкой освещенности автоматически переходят в режим черно-белого изображения.

5.  Борьба с изменениями освещенности. В составе каждой ССD-видеокамеры имеется так называемый электронный затвор (ES – Electronic shutter) - это устройство, предназначенное для ее адаптации к вариациям освещенности. Данное устройство опрашивает ССD-матрицу короткими импульсами, причем, период следования импульсов может меняться. Благодаря этому осуществляется регулировка времени накопления зарядов, а значит, и уровень сигнала на выходе ССD-матрицы. Следует отметить, что электронный затвор, автоматически изменяющий период следования опросных импульсов в пределах от 1/50 с до 1/100000 с, имеется у всех современных видеокамер (поэтому указание данного параметра в техническом паспорте едва ли актуально).