Ccd матрица сканера: CCD- 6 500 . — ForOffice

Технологии сканирования: CIS или CCD

Технологии сканирования значительно изменились и улучшились за последние 10-15 лет. То, что в начале 90-ых предназначалось для широкоформатного сканирования на рынке систем автоматизированного проектирования (CAD), стало востребовано на других рынках и для других задач в области CAD, GIS и репрографии.Graphtec позиционирует свои сканеры высокого разрешения с технологией CIS, фактически как стандарт для решения любых задач в указанных областях. В частности Graphtec является лидером по 5 ключевым показателям:

• Максимальная  геометрическая точность сканирования

• Максимальная надежность

• Максимальная производительность

• Минимальная стоимость технологии

• Минимальная полная стоимость владения

Graphtec демонстрирует всему миру, что CIS технология — это будущее широкоформатного сканирования. Ниже пойдет речь о каждом из 5 перечисленных пунктов, а также о технологиях лежащих в основе CIS и CCD сканеров. Пять ключевых пунктов, приведенных выше это то, что делает сканеры Graphtec наиболее привлекательными для покупателей с точки зрения получения реальной ощутимой выгоды.

Высочайшая геометрическая точность сканирования

Как показано более подробно в разделе «Обзор CIS-технологии», датчики CIS сканера расположены вдоль всей линии сканирования и каждый фотоэлемент считывает точку, находящуюся на линии сканирования непосредственно над собой в масштабе 1:1. Эта важная отличительная особенность — ключевой фактор, обеспечивающий высочайшую геометрическую точность CIS сканеров Graphtec. Сканеры на основе CCD используют от 1 до 4 датчиков шириной от 50 до 75 мм, следовательно, 42”- документ должен быть уменьшен до ширины 50-75 мм, в результате чего ухудшается геометрическая точность. Высокая геометрическая точность, резкость и четкость изображения — это обязательные требования для сканеров, работающих в области GIS.

Высочайшая  надежность и производительность сканирования

Высокая надежность и производительность сканирования – ключевые причины для выбора Graphtec CIS-технологии. CIS-технология обеспечивает ощутимые преимущества перед  CCD- технологией, которые делают  сканер максимально подходящим для применения в любой сфере с самыми высокими требованиями к производительности и надежности:

• В кописалонах, где простой означает потерю прибыли и заказчиков.

• В сервисных бюро по сканированию, где малая производительность приводит к возрастанию стоимости труда и увеличению времени выполнения работ.

• В области CAD для быстрого и высокоточного сканирования чертежей.

Благодаря высокой интегрированности элементов, CIS-технология использует достаточно простую схему считывания изображения. CCD-технология имеет гораздо более сложную природу. Этот факт делает CIS сканеры значительно более надежными, с низким уровнем отказов. Неудивительно, что реальное изучение полной стоимости владения для широкоформатных сканеров, четко показывает, что сканеры Graphtec по этому показателю имеют гораздо лучшие позиции, по сравнению с CCD сканерами.

Кроме того, CIS технология обладает рядом отличий от CCD, которые определяют ее существенные преимущества по показателям общей производительности перед  CCD технологией.  Большинство CCD-сканеров требуют длительного времени прогрева для того, чтобы стабилизировать работу источника света. Обычно время прогрева может быть около часа, что значительно снижает дневную производительность. Если использовать сканер без ожидания, то качество цвета может быть ухудшено, в силу нестабильности работы источника света  в этот период. Другая выявленная проблема CCD технологии это необходимость постоянного контроля на предмет наличия разрывов в местах “склейки” изображения, а также необходимость регулярной калибровки цвета.

Технология CCD

Технология CIS

Проблема разрывов в местах “склейки” может возникнуть, если оператор передвинет сканер или в результате повышения или понижения температуры в помещении, где установлен сканер. Вследствие большого фокусного расстояния порядка 1 метра, даже малые изменения температуры или небольшие сдвиги несущих деталей могут приводить к видимым эффектам “склейки”. Представьте себе 2-х или 3-х человек стоящих рядом и пытающихся сделать один панорамный фотоснимок. Эффект “склейки” на сканерах с технологией CCD требует от конечного пользователя использовать специальный шаблон, программное обеспечение для проведения калибровки на предмет устранения разрывов. Весь этот процесс занимает 10-20 минут, что мешает работе кописалонов и сервисных бюро. Сканеры Graphtec на базе технологии CIS могут потребовать калибровки только после замены стекла оригинала. CIS-элементы сканеров Graph-tec калибруются на предмет разрывов один раз на заводе, и благодаря короткому фокусному расстоянию и компактности, они нечувствительны к изменениям температуры или перемещению сканера.

Другая проблема CCD технологии это необходимость частой цветовой калибровки. Для этой технологии совершенно в порядке вещей то, что калибровка проводится ежедневно. Производители CCD сканеров рекомендуют делать ее каждый раз после чистки стекла от пыли и грязи и  заявляют, что между калибровками могут проходить месяцы, однако,  опыт конечных пользователей говорит об ином. Указанием к необходимости калибровки служат полоски и другие нежелательные дефекты, появляющиеся на сканах.

Технология CCD

Технология CIS

Эти полоски могут быть удалены путем тщательной очистки пользователем стекла и последующей процедурой калибровки длительностью 10-20 минут. Поскольку источник света в технологии CIS имеет больший ресурс и более стабилен, то калибровки для CIS сканеров требуется проводить гораздо реже, уменьшая при этом потери времени.

 

Потери времени	CCD-технология	CIS-технология
Калибровка для устранения «эффекта склейки»	10-20 мин	не требуется
Цветокалибровка	10-20 мин	редко
Время прогрева	1 час после запуска	15 сек.

Ясно, что CIS-технология лучше подходит для использования в бизнесе, где пользователь рассчитывает на сканирование без частого обслуживания и, следовательно, с максимальной выгодой.

Минимальная стоимость технологии

Конструкция сканера Graphtec на основе технологии CIS значительно менее сложная для производства, чем конструкция CCD-сканера. Основная причина – отсутствие оптической системы и сложной логики для компенсации врожденных недостатков CCD технологии, поэтому CIS-технология гораздо более доступна для бизнеса по сравнению с более дорогой технологией CCD.

Минимальная полная стоимость владения

Полная стоимость владения — другая важная характеристика. Во-первых, она включает  стоимость приобретения сканера. Во-вторых, не менее важной является стоимость владения сканером в течение срока его эксплуатации.  CIS-технология всегда имела, в качестве преимущества, низкую стоимость производства, поэтому обеспечивала более низкую начальную стоимость для покупателя, по сравнению с CCD-технологией. Это подтверждается мнением большинства промышленных экспертов. Что касается стоимости владения сканером, то здесь существует всего 3 фактора, которые принимаются во внимание:

Сканеры с технологией CIS потребляют всего 1/3 часть от энергии, которую потребляют сканеры CCD. Кроме того, источник света LED работает только в течение собственно процесса сканирования. Источник света CCD-сканера должен работать, до тех пор, пока сканер не перейдет в режим ожидания. Все сканеры Graphtec совместимы с программой Energy Star, потребляя в режиме ожидания менее 12 Вт. Хотя некоторые новые CCD сканеры совместимы с Energy Star, они все еще имеют серьезные недостатки. Чтобы достичь соответствия они должны выключать источник света. Когда CCD сканер выходит из режима ожидания, он должен разогреться в течение вплоть до одного часа, для того, чтобы пользователь мог производить качественное сканирование. Это делает преимущество соответствия Energy Star на CCD сканерах сомнительным.

Количество отказов и стоимость заменяемых запасных частей это то, что существенно влияет на стоимость владения. CCD технология, которая отличается относительно более высокой сложностью монтажных плат, демонстрирует более высокий уровень отказов, чем CIS технология. Ресурс флуоресцентной лампы CCD сканеров составляет примерно 8000 часов. Ресурс LED источника света сканеров Graphtec c CIS технологией превышает 50000 часов. Стоимость замены других ключевых деталей, стекла экспонирования находится в диапазоне $500-700 для CCD сканеров и примерно $490 для CIS сканеров Graphtec. Также при сравнении стоимости  замены фотодатчиков оказывается, что CCD технология более дорогая. Типовой модуль CIS в сканерах Graphtec имеет стоимость замены порядка $500. Сравнимый CCD модуль с комплектом управляющих плат имеет стоимость замены порядка $800.

Таким образом, CIS технология не только имеет более низкую стоимость приобретения, но также более низкий уровень отказов и стоимость замены деталей, что говорит о полном превосходстве по показателю полной стоимости владения.

При рассмотрении стоимости владения на рынке США можно также включить в нее стоимость сервисного контракта. Анализ полной стоимости владения основан на среднем 5-летнем сервисном соглашении. Если брать за 100% стоимость сервиса для сканеров Graphtec с CIS технологией, то можно оценить стоимость сервиса для CCD сканеров как 175-220%.

Низкая цена CIS сканеров Graphtec — это отражение более высокой надежности и низкой стоимости комплектующих, делающих также менее дорогим обслуживание по сравнению со сложными CCD сканерами.

 

Технология сканирования	Полная стоимость владения за 5 лет — сервисное обслуживание
CIS-технология	100% (установлена для сравнения)
CCD-технология	175-200%

Понятие технологии сканирования 

Сканер состоит из источника света одного или более датчиков изображения и оптической системы. Это справедливо для обеих конкурирующих на рынке технологий. CIS технология (Contact Image Sensors — Контактные датчики изображения) и FIS технология (Focused Image Sensors — Фокусируемые датчики изображения).

CIS датчик находится в близком контакте с изображением во время сканирования. CCD фокусируемый датчик изображения требует гораздо большего   фокусного расстояния  по  сравнению с CIS технологией. Большее фокусное расстояние обычно достигается за счет преломляемой оптики, направляющей свет через серию зеркал, для того чтобы создать фокусное расстояние длиной примерно 1 метр.

В отличие от цифровой камеры, которая содержит матрицу датчиков изображения, широкоформатный сканер использует линейные датчики изображения. Это практичное и экономичное решение. Датчики изображения считывают одну линию сканируемого документа в то время, когда тот проходит в зоне считывания.

На сегодняшний день фокусируемые датчики изображения используют для считывания  принцип CCD (Charge Couple De-vice – приборо-зарядная связь). В свою очередь в технологии CIS могут использоваться либо датчики ПЗС, либо CMOS-датчики. Возникает некоторая путаница в названиях, потому что термином  CCD (ПЗС) обозначается как технология сканирования, так и сами датчики считывающие изображение. В технологии CIS от Graphtec для считывания изображения также используются датчики CCD.

Обе технологии начали развиваться  в шестидесятых годах и обе используют CCD датчики. Отличия в методологии, в которой использованы эти датчики: Контактной или Фокусируемой. Хотя обе технологии разделяют некоторые основные концепции, обе они имеют свои преимущества и недостатки.

Чтобы упростить обсуждение мы будем обозначать как CCD технологию Фокусируемых датчиков изображения и как CIS – технологию Контактных датчиков изображения.

Обзор CIS технологии

CIS технология неуклонно улучшается с шестидесятых годов. В настоящее время CIS широко распространена в настольных МФУ все в одном копир/принтер/сканер, настольных сканерах, факсах, а также находит новое применение в считывателях чеков, в торговых автоматах и т. п. Она используется повсеместно в Вашей жизни, и Вы видите ее в работе!

В девяностых годах CIS технология стала использоваться в сегменте широкоформатных сканеров и “перешла дорогу” традиционной для того времени CCD –технологии.

CIS сканирующая система обычно использует светоизлучающие диоды (LED) для подсветки документа. Излучаемый LED-источником свет проходит через световод, чтобы обеспечить равное распределение света по всей линии сканирования. Затем свет отражается от документа и улавливается стеклянной стержневой линзой, направляющей свет по направлению к датчикам, которые считывают пиксел. CIS датчик(и) изображения распределяются вдоль всей ширины сканирования и считывают 1:1 текущую линию сканирования. Это важная особенность  – ключевой фактор высочайшей геометрической точности достигаемой CIS сканерами.

 

LED свет – это наборы  красного, зеленого и синего света, которые включаются в цикле по кругу с тем, чтобы выделять красную, зеленую и синюю составляющие изображения. Для обеспечения точного черно-белого и цветного сканирования CIS технология внутренне считывает информацию о сером тоне с 14-16 битами и цветную информацию с 42-48 битами, передавая лучшие 8 бит серого тона и лучшие 24 бита цвета в приложение.

Обзор CCD-технологии

Основанная на фокусировании технология, использующая CCD датчики изображения, была доминирующей на протяжении восьмидесятых и девяностых годов. Однако в основном в силу ценового фактора она постепенно уступает рынок другим технологиям, таким как CIS.

CCD сканирующая система использует протяженный источник дневного света для подсветки сканируемого изображения. Свет отражается от оригинала и передается через отверстие, систему зеркал и линз на CCD камеры (от 1 до 4) Система зеркал требуется для того, чтобы создать фокусное расстояние примерно 1 метр.  Ширина CCD-камер  50-75 мм. Каждая из низ состоит из 3 или 4 линейных датчиков. Перед каждым датчиком установлен один из  цветовых фильтров: красный, зеленый и синий для выделения соответсвующей составляющей света. Дополнительный четвертый датчик улавливает только монохроматическую составляющую.

 

В CCD камере З линейных цветовых датчика  пространственно разнесены друг относительно друга. Во время сканирования красная составляющая будет считываться в позиции [x,y] и в то же время синяя составляющая в позиции [x,y + смещение], а зеленая в позиции [x,y + 2*смещение]. Таким образом, CCD система требует сложной обработки данных на уровне прошивки для компенсации или интерполяции этого смещения.

Для обеспечения точного считывания черно-белого и цветного сигнала CCD технология обычно захватывает по серому тону 12-16 бит информации, по цвету – 36-48 бит, передавая лучшие  8 бит по серому и лучшие 24 бита по цвету в приложение.

Преимущества технологии CIS

В силу того, что CIS технология не использует никаких линз и зеркал, сканеры, сделанные по этой технологии гораздо менее дорогие, чем CCD сканеры, которые требуют дорогих оптических элементов для уменьшения линии сканирования до размеров 50-75 мм, а также преломляемой оптики для создания необходимого фокусного расстояния.

CIS имеет очевидное преимущество в компактности сканеров и требуемом месте для установки, которые вполовину меньше, чем у наиболее компактного CCD сканера.

Далее, благодаря тому, что в CIS технологии пиксели считываются 1:1, она имеет гораздо более высокую геометрическую точность сканирования, чем CCD.

Хорошо известно, что CCD  сканеры имеют  сферические ошибки по краям линз. Это означает, что размер пикселя меняется в разных точках линзы, что, конечно, очень нежелательно с точки зрения качества. Эта проблема решаемая. Однако, что бы сделать это требуется сложная и мудреная логика аппаратных алгоритмов. CIS технология не страдает от сферических ошибок характерных для CCD сканеров и не требует никаких коррекций, связанных с этими ошибками.

Другая проблема, которая была обнаружена у CCD сканеров оптический спад света по краям датчиков. Этот спад происходит благодаря меньшему свету полученному от краев камеры по сравнению с серединой камеры и может достигать 35% потере интенсивности. Хотя современные CCD сканеры компенсируют этот недостаток, это требует опять же дополнительной и более сложной аппаратной логики, которая дополнительно удорожает CCD технологию.

Благодаря относительно большому фокусному расстоянию CCD сканеров они также более чувствительны к проблемам разрывов в местах склейки, чем CIS сканеры. Небольшое изменение температуры или передвижении CCD сканера потребует калибровки на предмет устранения разрывов в местах склейки. Проблема разрывов проявляется как видимое расхождение линий.

Проблема разрывов в местах склеек на CCD сканерах видна на линии и буквах.Само предложение  программного обеспечения для калибровки для устранения дефектов склейки с CCD сканерами, оставляет негативный отпечаток с точки зрения качества и производительности всего сканера.

CIS сканеры Graphtec откалиброваны на заводе и не требуют перекалибровки силами заказчиков.Конструкция всего CIS сканера значительно менее сложная, чем CCD-сканера, что выгодно для заказчика с точки зрения его цены и надежности. Таблица ниже суммирует преимущества CIS сканера по отношению к CCD.

В заключении можно подвести итог и отобразить его в виде следующей таблицы:

	Преимущества	Недостатки
CIS Contact Image Sensors Контактные датчики изображения	Меньшая стоимость Высокая надежность Высокая производительность Компактность Не требует калибровки устраняющей эффект склейки Высокий контраст, резкость линий Нет искажений на линзах	Чувствительность к глубине резкости Меньшее отношение Сигнал/Шум вследствие используемого источника света
CCD Focused Image Sensors Фокусируемые датчики изображения	Высокое отношение сигнал/шум вследствие используемого источника света Относительная нечувствительность к глубине резкости	Высокая стоимость Более сложная и хрупкая технология Большие габариты Требует частой калибровки Меньший контраст (расплывчатые линии) Неизбежное искажение на линзах

 

CCD или CMOS? Что лучше?

В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Сенсор изображения является важнейшим элементом любой видеокамеры. Сегодня практически во всех камерах используются датчики изображения CCD или CMOS. Оба типа датчика выполняют задачу преобразования изображения, построенного на сенсоре объективом, в электрический сигнал. Однако вопрос, какой датчик лучше, до сих пор остается открытым

Н.И. Чура
Технический консультант
ООО «Микровидео Группа»

CCD является аналоговым датчиком, несмотря на дискретность светочувствительной структуры. Когда свет попадает на матрицу, в каждом пикселе накапливается заряд или пакет электронов, преобразуемый при считывании на нагрузке в напряжение видеосигнала, пропорциональное освещенности пикселей. Минимальное количество промежуточных переходов этого заряда и отсутствие активных устройств обеспечивают высокую идентичность чувствительных элементов CCD.

CMOS-матрица является цифровым устройством с активными чувствительными элементами (Active Pixel Sensor). С каждым пикселем работает свой усилитель, преобразующий заряд чувствительного элемента в напряжение. Это дает возможность практически индивидуально управлять каждым пикселем.

Эволюция CCD

С момента изобретения CCD лабораторией Белла (Bell Laboratories, или Bell Labs) в 1969 г. размеры сенсора изображения непрерывно уменьшались. Одновременно увеличивалось число чувствительных элементов. Это естественно вело к уменьшению размеров единичного чувствительного элемента (пикселя), а соответственно и его чувствительности. Например, с 1987 г. эти размеры сократились в 100 раз. Но благодаря новым технологиям чувствительность одного элемента (а следовательно, и всей матрицы) даже увеличилась.

Что позволило доминировать
С самого начала CCD стали доминирующими сенсорами, поскольку обеспечивали лучшее качество изображения, меньший шум, более высокую чувствительность и большую равномерность параметров пикселей. Основные усилия по совершенствованию технологии были направлены на улучшение характеристик CCD.

Как растет чувствительность
По сравнению с популярной матрицей Sony HAD стандартного разрешения (500х582) конца 1990-х гг. (ICX055) чувствительность моделей более совершенной технологии Super HAD выросла почти в 3 раза (ICX405) и Ex-view HAD – в 4 раза (ICX255). Причем для черно-белого и цветного варианта.

Для матриц высокого разрешения (752х582) успехи несколько менее впечатляющие, но если сопоставлять модели цветного изображения Super HAD с самыми современными технологиями Ex-view HAD II и Super HAD II, то рост чувствительности составит в 2,5 и 2,4 раза соответственно. И это несмотря на уменьшение размеров пикселя почти на 30%, поскольку речь идет о матрицах самого современного формата 960H с увеличенным количеством пикселей до 976х582 для стандарта PAL. Для обработки такого сигнала Sony предлагает ряд сигнальных процессоров Effio.

Добавилась ИК-составляющая
Одним из эффективных методов роста интегральной чувствительности является расширение спектральных характеристик чувствительности в область инфракрасного диапазона. Это особенно характерно для матрицы Ex-view. Добавление ИК-составляющей несколько искажает передачу относительной яркости цветов, но для черно-белого варианта это не критично. Единственная проблема возникает с цветопередачей в камерах «день/ночь» с постоянной ИК-чувствительностью, то есть без механического ИК-фильтра.

Развитие этой технологии в моделях Ex-view HAD II (ICX658AKA) в сравнении с предыдущим вариантом (ICX258AK) обеспечивает рост интегральной чувствительности всего на 0,8 дБ (с 1100 до 1200 мВ) с одновременным увеличением чувствительности на длине волны 950 нм на 4,5 дБ. На рис. 1 приведены характеристики спектральной чувствительности этих матриц, а на рис. 2 – отношение их интегральной чувствительности.

Оптические инновации
Другим методом роста чувствительности CCD являются увеличение эффективности пиксельных микролинз, светочувствительной области и оптимизация цветовых фильтров. На рис. 3 представлено устройство матриц Super HAD и Super HAD II, показывающее увеличение площади линзы и светочувствительной области последней модификации.

Дополнительно в матрицах Super HAD II значительно увеличено пропускание светофильтров и их устойчивость к выцветанию. Кроме того, расширено пропускание в коротковолновой области спектра (голубой), что улучшило цветопередачу и баланс белого.

На рис. 4 представлены спектральные характеристики чувствительности матриц Sony 1/3″ Super HAD (ICX229AK) и Super HAD II (ICX649AKA).

CCD: уникальная чувствительность

В совокупности перечисленных мер удалось добиться значительных результатов по улучшению характеристик CCD.

Сравнить характеристики современных моделей с более ранними вариантами не представляется возможным, поскольку тогда не производились цветные матрицы широкого применения даже типового высокого разрешения. В свою очередь, сейчас не производятся черно-белые матрицы стандартного разрешения по новейшим технологиям Ex-view HAD II и Super HAD II.

В любом случае по чувствительности CCD до сих пор являются пока недостижимым ориентиром для CMOS, поэтому они все еще широко
используются за исключением мегапиксельных вариантов, которые очень дорого стоят и применяются в основном для специальных задач.

CMOS: достоинства и недостатки

Сенсоры CMOS были изобретены в конце 1970-х гг., но их производство удалось начать только в 1990-е по причине технологических проблем. И сразу наметились их основные достоинства и недостатки, которые и сейчас остаются актуальными.

К достоинствам можно отнести большую интеграцию и экономичность сенсора, более широкий динамический диапазон, простоту производства и меньшую стоимость, особенно мегапиксельных вариантов.

С другой стороны, CMOS-сенсоры обладают меньшей чувствительностью, обусловленной, при прочих равных условиях, большими потерями в фильтрах структуры RGB, меньшей полезной площадью светочувствительного элемента. В результате множества переходных элементов, включая усилители в тракте каждого пикселя, обеспечить равномерность параметров всех чувствительных элементов значительно сложнее в сравнении с CCD. Но совершенствование технологий позволило приблизить чувствительность CMOS к лучшим образцам CCD, особенно в мегапиксельных вариантах.

Ранние сторонники CMOS утверждали, что эти структуры будут гораздо дешевле, потому что могут быть произведены на том же оборудовании и по тем же технологиям, что и микросхемы памяти и логики. Во многом данное предположение подтвердилось, но не полностью, поскольку совершенствование технологии привело к практически идентичному по сложности производственному процессу, как и для CCD.

С расширением круга потребителей за рамки стандартного телевидения разрешение матриц стало непрерывно расти. Это бытовые видеокамеры, электронные фотоаппараты и камеры, встроенные в средства коммуникации. Кстати, для мобильных устройств вопрос экономичности довольно важный, и здесь у CMOS-сенсора нет конкурентов. Например, с середины 1990-х гг. разрешение матриц ежегодно вырастало на 1–2 млн элементов и теперь достигает 10–12 Мпкс. Причем спрос на CMOS-сенсоры стал доминирующим и сегодня превышает 100 млн единиц.

CMOS: улучшение чувствительности

Первые образцы камер наблюдения конца 1990-х – начала 2000-х с CMOS-матрицами имели разрешение 352х288 пкс и чувствительность даже для черно-белого варианта около 1 лк. Цветные варианты уже стандартного разрешения отличались чувствительностью около 7–10 лк.

Что предлагают поставщики
В настоящее время чувствительность CMOS-матриц, безусловно, выросла, но не превышает для типовых вариантов цветного изображения величины порядка нескольких люксов при разумных величинах F числа объектива (1,2– 1,4). Это подтверждают данные технических характеристик брендов IP-видеонаблюдения, в которых применяются CMOS-матрицы с прогрессивной разверткой. Те производители, которые заявляют чувствительность около десятых долей люкса, обычно уточняют, что это данные для меньшей частоты кадров, режима накопления или по крайней мере включенной и достаточно глубокой АРУ (AGC). Причем у некоторых производителей IP-камер максимальная АРУ достигает умопомрачительной величины –120 дБ (1 млн раз). Можно надеяться, что чувствительность для этого случая в представлении производителей предполагает пристойное отношение «сигнал/шум», позволяющее наблюдать не один только «снег» на экране.

Инновации улучшают качество видео
В стремлении улучшить характеристики CMOS-матриц компания Sony предложила ряд новых технологий, обеспечивающих практическое сравнение CMOS-матриц с CCD по чувствительности, отношению «сигнал/шум» в мегапиксельных вариантах.

Новая технология производства матриц Exmor основана на изменении направления падения светового потока на матрицу. В типовой архитектуре свет падает на фронтальную поверхность кремниевой пластины через и мимо проводников схемы матрицы. Свет рассеивается и перекрывается этими элементами. В новой модификации свет поступает на тыльную сторону кремниевой пластины. Это привело к существенному росту чувствительности и снижению шума CMOS-матрицы. На рис. 5 поясняется различие структур типовой матрицы и матрицы Exmor, показанных в разрезе.

На фото 1 приведены изображения тестового
объекта, полученные при освещенности 100 лк (F4.0 и 1/30 с) камерой с CCD (фронтальное освещение) и CMOS Exmor, имеющих одинаковый формат и разрешение 10 Мпкс. Очевидно, что изображение камеры с CMOS по крайней мере не хуже изображения с CCD.

Другим способом улучшения чувствительности CMOS-сенсоров является отказ от прямоугольного расположения пикселей с построчным сдвигом красного и синего элементов. При этом в построении одного элемента разрешения используются по два зеленых пикселя – синий и красный из разных строк. Взамен предлагается диагональное расположение элементов с использованием шести соседних зеленых элементов для построения одного элемента разрешения. Такая технология получила название ClearVid CMOS. Для обработки предполагается более мощный сигнальный процессор изображений. Различие структур расположения цветных элементов иллюстрируются рис. 6.

Считывание информации осуществляется быстродействующим параллельным аналого-цифровым преобразователем. При этом частота кадров прогрессивной развертки может достигать 180 и даже 240 кадр/с. При параллельном съеме информации устраняется диагональный сдвиг кадра, привычный для CMOS-камер с последовательным экспонированием и считыванием сигнала, так называемый эффект Rolling Shutter – когда полностью отсутствует характерный смаз быстро движущихся объектов.  

На фото 2 приведены изображения вращающегося вентилятора, полученные CMOS-камерой с частотой кадров 45 и 180 кадр/с.

Полноценная конкуренция

В качестве примеров мы приводили технологии Sony. Естественно, CMOS-матрицы, как и CCD, производят и другие компании, хотя не в таких масштабах и не столь известные. В любом случае все так или иначе идут примерно одним путем и используют похожие технические решения.

В частности, известная технология матриц Panasonic Live-MOS также существенно улучшает характеристики CMOS-матриц и, естественно, похожими методами. В матрицах Panasonic уменьшено расстояние от фотодиода до микролинзы. Упрощена передача сигналов с поверхности фотодиода. Уменьшено количество управляющих сигналов с 3 (стандартные CMOS) до 2 (как в CCD), что увеличило фоточувствительную область пикселя. Применен малошумящий усилитель фотодиода. Используется более тонкая структура слоя датчиков. Сниженное напряжение питания уменьшает шум и нагрев матрицы.

Можно констатировать, что мегапиксельные матрицы CMOS уже могут успешно конкурировать с CCD не только по цене, но и по таким проблемным для этой технологии характеристикам, как чувствительность и уровень шума. Однако в традиционном CCTV телевизионных форматов CCD-матрицы остаются пока вне конкуренции.

Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #5, 2011
Посещений: 111141

Автор Чура Н.И.Технический консультант ООО «Система СБ» и ООО «Микровидео /Группа». Всего статей:  57

В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

matrix%20ccd%20scanner%20epson спецификация и примечания по применению

MFG и тип ПДФ Теги документов org/Product»>

2000 — Матрица 3х3

Аннотация: 3F84 ADMC331 6F26 0x3242

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

ADMC331
АН331-15
матрица 3×3
3Ф84
ADMC331
6Ф26
0x3242

схема контактов светодиодного матричного дисплея

Резюме: 14-контактный точечный матричный светодиодный дисплей схема c код DOT LED MATRIX 5 x 8 светодиодный точечный матричный график светодиодного матричного дисплея 14-контактный DOT MATRIX 5*7 светодиодный точечный матричный дисплей 5 x 7 точечный матричный дисплей с общим катодом 5 x 7 DOT MATRIX DIAGRAM 5 *7 светодиодный матричный дисплей

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

С-120
МатрицаRev220706D
схема выводов светодиодного матричного дисплея
Схема светодиодного дисплея с 14-контактной точечной матрицей
c код DOT LED MATRIX
5 x 8 светодиодная точечная матрица
схема светодиодного матричного дисплея
14-контактный матричный
5*7 светодиодная точечная матрица
5 x 7 точечный матричный дисплей с общим катодом
МАТРИЧНАЯ ДИАГРАММА 5 x 7
5*7 светодиодный матричный дисплей org/Product»>

350778-1

Резюме: 1-480701-0 A1458 A1456-ND a1448n 1-480701-9 A14280-ND A14282-ND A1449-ND A1451

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

УЛ94-ВО
А25395-НД
А25396-НД
УЛ94В-0.
А25397-НД
А25398-НД
А25399-НД
А25400-НД
А25401-НД
А25402-НД
350778-1
1-480701-0
А1458
А1456-НД
а1448н
1-480701-9
А14280-НД
A14282-НД
А1449-НД
А1451

2000 — матрица 3х3

Аннотация: матричный код 3F84 6F26 ADMC300 3×3

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

ADMC300
АН300-15
матрица 3×3
3Ф84
6Ф26
ADMC300
матричный код 3×3

2003 — Контроллер ЖК-дисплея

Аннотация: матричный ЖК-дисплей 2LINE NJU6405 NJU6406 NJU6407 NJU6407B NJU6408 NJU6409 NJU6417B

Текст: Нет доступного текста файла

ОригиналPDF

NJU6404
NJU6405
NJU6406
24 символа/2 строки
NJU6407
NJU6407B
NJU6408
NJU6409
NJU6417
NJU6417B
ЖК-контроллер символов
точечная матрица
ЖК 2LINE
NJU6405
NJU6406
NJU6407
NJU6407B
NJU6408
NJU6409
NJU6417B org/Product»>

2010 — Матричный светодиодный дисплей ДРАЙВЕР

Реферат: DB82 BD26502GUL диод da85 DB46 DAE4 DB33 принципиальная схема DB83 матричный драйвер светодиодного дисплея DB33 DIODE

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

БД26502ГУЛ
10041EAT01
БД26502ГУЛ
17-канальный
VCSP50L4
Р1010А
Матричный светодиодный дисплей DOT DRIVER
ДБ82
диод да85
ДБ46
DAE4
Принципиальная схема DB33
ДБ83
Драйвер матричного светодиодного дисплея
DB33 ДИОД

2009 — АН3807

Аннотация: Матрица MPC5500 3×3

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

АН3807
MPC5500
АН3807
матрица 3×3

диодная матрица

Резюме: ti736 TI-73 TI732 1800T ti73

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

ТИ-73.
ИНН73.
ТИ-73
диодная матрица
ти736
ТИ-73
ТИ732
1800 т
ти73

2012 — 8X8 СВЕТОДИОДНЫЙ МАТРИЧНЫЙ ДИСПЛЕЙ

Аннотация: 11-контактный 7-сегментный светодиодный дисплей 0,56 4-разрядный 7-сегментный светодиодный дисплей

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

BL-AC1Z10
BL-AC1Z18x2
БЛ-AC1Z18x4
БЛ-AC1Z20
БЛ-АР02З1212
БЛ-АР02З1407
БЛ-АР03З2207
БЛ-АР05З3007
БЛ-АР05З3707
БЛ-АР05З5706
8X8 СВЕТОДИОДНЫЙ МАТРИЧНЫЙ ДИСПЛЕЙ
11-контактный 7-сегментный светодиодный дисплей
0,56 4-разрядный 7-сегментный светодиодный дисплей
11-контактный 7-сегментный светодиод
LED пиранья супер флюс
RGB-светодиод Пиранья
СМД 3528 РГБ
BL-FL7680
4-значный 7-сегментный светодиод
2-ЗНАЧНЫЙ 7-СЕГМЕНТНЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ ДИСПЛЕЙ

1999 — 14-контактный DOT MATRIX

Резюме: LCD 4 X 20 LCD 2LINE lcd 16 pin 15 pin матричный lcd 2 x 8 драйвер NJU6432 lcd 16-символьный контроллер символов LCD

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

NJU6460A
16 символов/1 строка
NJU6420B
NJU6423B/BL/BS
NJU6406B
NJU6466
NJU6425
NJU6427
NJU6426
NJU6467
14-контактный матричный
ЖК-дисплей 4 х 20
ЖК 2LINE
16-контактный ЖК-дисплей
15-контактная точечная матрица
ЖК 2 х 8
NJU6432
жк драйвер
16 символов
ЖК-контроллер символов org/Product»>

1995 — ф6аб

Реферат: Диодная матрица DAT MATRIX ADSP-21000 core i7 регистрирует

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

АДСП-21000
EMBREE91]
f6ab
ДАТ МАТРИЦА
диодная матрица
регистры ядра i7

2004 — ФДБА

Аннотация: Архитектура AN2691 APR39 DSP56300 DSP56311 DSP56321 DSP56321RM DSP563XX

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

DSP563xx
ДСП56311,
DSP56321
ФДБА
АН2691
39 апреля
DSP56300
DSP56311
DSP56321
DSP56321RM
Архитектура DSP563XX

1999 — АП-928

Реферат: SRC14 AP-803 AP928 Диодная матрица CRAMER AP803 243637 SRC14-10 243637-001

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

АП-928
АП-928
SRC14
АП-803
AP928
диодная матрица
КРАМЕР
AP803
243637
СРЦ14-10
243637-001 org/Product»>

2004 — Архитектура DSP563XX

Реферат: диод b34 FDBA AN2691 APR39 DSP56300 DSP56321 DSP56321RM DSP563xx dc555

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

АН2691
DSP563xx
Архитектура DSP563XX
диод б34
ФДБА
АН2691
39 апреля
DSP56300
DSP56321
DSP56321RM
dc555

2004 — Недоступно

Резюме: нет абстрактного текста

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

2013 – Недоступно

Резюме: нет абстрактного текста

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

БД26503ГУЛ
БД26503ГУЛ
17-канальный
VCSP50L3
R1102A org/Product»>

1998 — Матрица 32 x 32

Резюме: E1465A E1466A Z2220A HP E1465A 0B3

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

16×16
E1465A
E1465A
E1401B
13 слотов
Матрица 32 х 32
E1466A
Z2220A
HP E1465A 0B3

2011 — Недоступно

Резюме: нет абстрактного текста

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

ИС31ФЛ3730
ИС31ФЛ3730
КФН-24

NJU6408

Резюме: NJU6405 NJU6406 NJU6407 NJU6407B NJU6409NJU6417 NJU6417B NJU6418 NJU6419

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

NJU6404
NJU6405
NJU6406
24 символа/2 строки
NJU6407
NJU6407B
NJU6408
NJU6409
NJU6417
NJU6417B
NJU6408
NJU6405
NJU6406
NJU6407
NJU6407B
NJU6409
NJU6417
NJU6417B
NJU6418
NJU6419 org/Product»>

2013 — DB82

Резюме: нет абстрактного текста

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

БД26503ГУЛ
БД26503ГУЛ
17-канальный
VCSP50L3
ДБ82

2003 — Контроллер ЖК-дисплея

Реферат: NJU6408 12-символьная 16-символьная диодная матрица NJU6405 точечная матрица NJU6406 NJU6407

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

NJU6404
NJU6405
NJU6406
24 символа/2 строки
NJU6407
NJU6407B
NJU6408
NJU6409
NJU6417
NJU6417B
ЖК-контроллер символов
NJU6408
12 символов
16 символов
символ
диодная матрица
NJU6405
точечная матрица
NJU6406
NJU6407

2009 — 1080P

Резюме: LMH0346 485G 720P DS38 DS38EP100 DS80 DS80EP100 LMH0340 LMH0341

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

ЛМХ0346,
200 мВ
100 мВ
LMH0346
LMH0356
СД384ЕВК
LMH0384)
СД346ЕВК
LMH0346)
ДС38ЭП100ЕВК
1080P
485 г
720P
ДС38
ДС38ЭП100
ДС80
ДС80ЭП100
LMH0340
LMH0341 org/Product»>

эквивалент транзистораi

Аннотация: ТИ-89 ТИ-92

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

15ДАТАМА
ТИ-89/ТИ-92
эквивалент транзистора
ТИ-89
ТИ-92

1998 — E1466A

Резюме: Z2220A HP E1465A 0B3 4×256 E1465A

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

E1466A
E1466A
E1401B
13 слотов
95/НТ
5965-5592Е
4×256
Z2220A
HP E1465A 0B3
E1465A

2011 — 8*8 светодиодная матрица 24 контакта

Аннотация: 8 * 8 светодиодная точечная MATRIX Driver i2c схема светодиодной точечной матрицы

Текст: Нет доступного текста файла

Оригинал

PDF

ИС31ФЛ3728
ИС31ФЛ3728
КФН-24
8*8 светодиодная матрица 24 контакта
8*8 светодиодный матричный драйвер i2c
схема светодиодной точечной матрицы

Предыдущий
1
2
3
. ..
23
24
25
Далее

Камеры — основы оптотехники

Камера — это устройство дистанционного зондирования, которое может захватывать и сохранять или
передавать изображения. Свет собирается и фокусируется через оптический
система на чувствительной поверхности (сенсор), которая преобразует интенсивность и
частоты электромагнитного излучения к информации, через
химические или электронные процессы.

Простейшая система такого типа состоит из темной комнаты или ящика в
в который свет попадает только через маленькое отверстие и фокусируется на противоположном
стене, где его можно увидеть невооруженным глазом или зафиксировать на светочувствительном
материал (например, фотопленка). Этот метод визуализации, который восходит к
века, называется «камера-обскура» (лат. «темная комната») и дала
имя современным камерам.

Технологии камер значительно улучшились за последние десятилетия.
разработка устройства с зарядовой связью (CCD) и, совсем недавно, CMOS
технологии. Предыдущие стандартные системы, такие как камеры с вакуумными трубками,
снято с производства. Улучшения в разрешении изображения и захвате
скорость, очевидно, также улучшила качество и скорость машинного зрения
камеры.

Размеры сенсора и разрешение

Важной особенностью камеры является размер сенсора (или формат ):
это указывает на размеры датчика изображения и его форм-фактор.
Обычно этот параметр выражается в дюймах (и долях
дюймы). Однако фактические размеры датчика отличаются от
значение дроби, что часто вызывает недоумение у пользователей. Этот
практика восходит к 50-м годам во времена телевизионных трубок и является
все еще стандарт в эти дни. Обычные круглые трубки для видеокамер диаметром 1 дюйм.
имеют прямоугольную фоточувствительную область с диагональю около 16 мм, поэтому
цифровой датчик с размером диагонали 16 мм эквивалентен 1 дюйму.
Кроме того, всегда целесообразно проверить технические характеристики датчика, поскольку
даже два датчика одного формата могут немного отличаться
размеры и пропорции.

Пространственное разрешение количество активных элементов
(пикселей), содержащихся в области сенсора: чем выше разрешение, тем
меньше размер пикселя и, следовательно, тем мельче детали, которые
можно обнаружить на изображении. Важно отметить, что датчики
могут иметь одинаковые размеры, но разное разрешение, поскольку пиксель
размер может варьироваться. Хотя для данного формата сенсора меньшие пиксели приводят к
более высокое разрешение, меньшие пиксели не всегда идеальны, поскольку они
менее чувствительны к свету и создают более высокий уровень шума; а еще объектив
разрешение и размер пикселя всегда должны быть правильно согласованы, чтобы обеспечить
оптимальная производительность системы.

Камеры с матричным и линейным сканированием

Камеры, используемые в приложениях машинного зрения, можно разделить на две части
группы: камеры с площадным сканированием (также называемые матричными камерами) и линейное сканирование
камеры. Первые проще и менее технически требовательны, в то время как
последние предпочтительнее в некоторых ситуациях, когда матричные камеры не
подходящий. Камеры с областным сканированием захватывают 2D-изображения, используя определенное количество
активные элементы (пиксели), в то время как датчики камер линейного сканирования
характеризуется одним массивом пикселей.

Типы датчиков: ПЗС и КМОП

КМОП и ПЗС — две наиболее важные и распространенные технологии на рынке датчиков изображения.

ПЗС (устройство с зарядовой связью) являются датчиками на основе
на массиве пассивных фотодиодов, который интегрирует заряд во время
время экспозиции камеры. Затем заряд переносится на общий
электроника, которая считывает накопленные заряды разных пикселей
и переводит их в напряжения.

Поскольку ПЗС является устройством с пассивными пикселями (т. е. без электроники на
уровень пикселей) квантовая эффективность очень высока: это преимущество
в приложениях, где свет довольно плохой. Кроме того, поскольку
электроника одинакова для всех пикселей (или, по крайней мере, для пикселей
того же столбца) может быть достигнута высокая однородность пикселей. На
с другой стороны, передача заряда происходит довольно медленно, что приводит к низкому кадру
скорости (обычно <20 кадров в секунду), а технология ПЗС-сенсоров не стандарт, что делает их довольно дорогими.

КМОП (комплементарный металл-оксид-полупроводник)
датчики на основе массива активных пикселей: уровень пикселей
электроника (обычно 3 или 4 транзистора) переводит заряд
накапливается в фотодиоде при определенном напряжении; этим способом,
выход каждого пикселя нужно только получить и сэмплировать.

Поскольку вывод пикселей зависит от напряжения (а не от заряда),
с датчиками CMOS можно достичь более высокой частоты кадров благодаря
упрощенная схема считывания и возможность определить интересующую область
(ROI) для приобретения. Эта схема считывания имеет недостаток
использовать более высокий шум из-за транзисторов считывания в каждом пикселе и
из-за так называемого фиксированного шума: неоднородность в
изображения из-за несоответствия между различными схемами пикселей.

Глобальный и скользящий затвор (CMOS).

С глобальным и скользящим затвором литература относится к способу захвата и считывания изображения.

С рольставней считывание схемы экспозиции
время одинаково для всех пикселей датчиков (см. рисунок:
длина голубых полосок одинакова для всех рядов
матрица), но есть задержка между экспозицией одной строки и следующей.

Иными словами, эта архитектура является «последовательной»: считывание происходит сразу после времени экспозиции строки.

Эта схема дает изображение, которое не все захвачено одновременно,
а скорее немного сдвинуты во времени: это может быть проблемой в быстрых
приложение, требующее высокой частоты кадров.

Напротив, время экспозиции глобального затвора
датчики начинаются и заканчиваются одновременно (см. рисунок: в этом случае
все красные полосы выровнены). Таким образом, информация, предоставленная каждым
пиксель относится к тому же интервалу времени, в течение которого было получено изображение.
Здесь только считывание является последовательным, но измеренное напряжение относится к
один точный момент времени для всего массива. Датчик такого типа
обязательно для высокоскоростных приложений.

Монохромные датчики цвета VS

После процесса получения каждый пиксель изображения обеспечивает
информация об уровне серого: обычно квантование основано на 256 оттенках серого.
уровней (если разрешение 8 бит), 1024 уровня (10 бит) или 4096 (12 бит)
кусочек).

Таким образом, изображение получается монохромным (черно-белым).

Для отображения цветного изображения необходимы как минимум 3 координаты: красная
координата, зеленая координата и синяя координата. Эти 3 значения могут
быть выражено так же, как и монохромное изображение, с диапазоном
256, 1024 или 4096 уровней для всех 3 каналов.

В следующем примере представлены некоторые цвета:

• Белый (R=255, G=255, B=255)
• Черный (0,0,0)
• Зеленый (0,255,0)
• Желтый ( 255,255,0)
• Фиолетовый (255,0,255)

Для получения информации о цвете необходимо выполнить два шага.

Первым шагом является размещение над всей матрицей датчиков цветного фильтра: наиболее распространенным является фильтр Байера (см. рисунок). Его типичный образец состоит из 50% зеленый пиксель , 25% красный пиксель и 25% синий пиксель , расположенные, как на рисунке выше.

Например, в зеленом пикселе только входящие лучи,
длина волны около 550 нм (т. е. зеленый свет) может проходить через фильтр
слоя и может поглощаться датчиком (см. нижний рисунок).

Лучи с другой длиной волны отклоняются.

После сбора заряда вторым шагом является восстановление
информация о цвете для всех пикселей: эта операция называется
демозаика (или дебайеризация).

Например, пиксель P(3,2) содержит информацию только о синем цвете, поскольку его
цветной фильтр синий. Для получения также красной и зеленой координат
возможный выбор состоит в том, чтобы вычислить два значения путем усреднения ближайшего
красный и зеленый пиксель.

В этом случае красное значение будет равно:

`Red_(3,2)=(Red_(2,1)+Red_(2,3)+Red_(4,1)+Red_(4,3) ))/4`

И значение зеленого будет равно:

`Зеленый_(3,2)=(Зеленый_(2,2)+Зеленый_(3,1)+Зеленый_(3,3)+Зеленый_( 4,2))/4`

При использовании большой маски для усреднения можно получить более точный цвет.
получается, но, с другой стороны, алгоритм будет тяжелее и,
следовательно, время обработки будет больше.

Подводя итог, какие параметры следует учитывать при выборе между монохромным и цветным датчиком?

• Датчик цвета необходим при работе с приложениями, в которых важна информация о цвете.

Очевидно, что если приложению требуется цветное изображение, единственным выбором является
использовать датчик цвета (например, осмотр и контроль качества
Приложения).

• Датчик цвета работает медленнее .

В то время как для монохромного датчика каждый пиксель обычно описывается 8
бит, для датчика цвета каждый пиксель имеет 8 бит для красного канала, 8 бит
для зеленого канала и 8 бит для синего канала, так что три раза
количество данных, подлежащих обработке, что приводит к более высокой обработке
время и, следовательно, более медленная частота кадров.

• Монохромный датчик может достигать более высокого разрешения .

В цветной камере наличие фильтра Байера может способствовать
снижают производительность с точки зрения оптического разрешения системы.
Кроме того, алгоритм демозаики также может вносить ошибки в
реконструкция цвета.

Следовательно, если информация о цвете не требуется, предпочтение следует отдавать монохромному датчику.

Характеристики сенсора

Дефекты пикселей

Дефекты пикселей могут быть трех видов: горячие, теплые и битые пиксели. Горячий
пиксели — это элементы, которые всегда насыщаются (дают максимальный сигнал, например, полный
белый) в зависимости от интенсивности света. Битые пиксели ведут себя
наоборот, всегда давая нулевой (черный) сигнал. Теплые пиксели создают случайные
сигнал. Эти виды дефектов не зависят от интенсивности и
время экспонирования, чтобы их можно было легко удалить – напр. в цифровом виде
заменяя их средним значением окружающих пикселей.

Шум

Существует несколько типов шума, которые могут повлиять на реальный пиксель.
зачитать. Они могут быть вызваны геометрическими, физическими и электронными факторами.
факторов, причем они могут быть как случайными, так и постоянными. Некоторый
из них представлены ниже:

• Дробовой шум является следствием дискретного
  природа света. Когда интенсивность света очень низкая — как это считается
  малая поверхность одного пикселя – относительное колебание
  число фотонов во времени будет значительным, точно так же, как
  вероятность орла или решки значительно далека от 50% при подбрасывании
  монета всего несколько раз. Это колебание и есть дробовой шум.
• Шум темнового тока
  вызвано электронами, которые могут быть случайно произведены тепловым
  эффект. Количество тепловых электронов, а также связанный с ними шум,
  растет с температурой и временем воздействия.
• Шум квантования
  связано с преобразованием непрерывного значения исходного
  (аналоговое) значение напряжения к дискретному значению обрабатываемого (цифрового)
  Напряжение.
• Шум усиления вызван разницей
  в поведении разных пикселей (по чувствительности и коэффициенту усиления).
  Это пример «постоянного шума», который можно измерить и
  устранено.

Чувствительность

Чувствительность — это параметр, количественно определяющий реакцию датчика на
свет. Чувствительность строго связана с квантовой эффективностью, т.е.
доля фотонов, эффективно преобразованных в электроны.

Динамический диапазон

Динамический диапазон — это отношение между максимальным и минимальным сигналом
который улавливается датчиком. На верхнем пределе пиксели кажутся
белый для каждого более высокого значения интенсивности (насыщенности), в то время как пиксели
кажутся черными на нижнем пределе и ниже.

Динамический диапазон обычно выражается логарифмом
минимальное-максимальное отношение, либо в базе 10 (децибелы), либо в базе 2 (удвоения или
остановки), как показано ниже. Человеческие глаза, например, могут различать объекты
как при свете звезд, так и в яркий солнечный день, что соответствует 90
дБ разница в интенсивности. Этот диапазон, однако, не может быть использован
одновременно, так как глазу нужно время, чтобы приспособиться к разному освещению
условия.

ЖК-дисплей хорошего качества имеет динамический диапазон около 1000:1, а некоторые
последние датчики CMOS имеют динамический диапазон около 23000:1.
(зарегистрировано как 14,5 остановок).

SNR

SNR (отношение сигнал/шум) учитывает наличие шума, так что
теоретическое самое низкое значение серого, определенное динамическим диапазоном, составляет
часто невозможно достичь. SNR представляет собой отношение между максимальным сигналом
и общий шум, измеренный в дБ. Максимальное значение для SNR составляет
ограничено дробовым шумом (это зависит от физической природы света и
это неизбежно) и может быть аппроксимировано как

`SNR_max = sqrt [«максимальная емкость насыщения в электронах одного пикселя»]`

SNR задает предел уровней серого, которые имеют смысл в изображении.
преобразование между аналоговым сигналом (непрерывным) и цифровым
(дискретный). Например, если максимальное отношение сигнал-шум составляет 50 дБ, хорошим выбором будет
8-битный датчик, в котором 256 уровней серого соответствуют 48 дБ.

Использование датчика с более высоким уровнем серого означало бы регистрацию определенной степени чистого шума.

Спектральная чувствительность

Спектральная чувствительность – это параметр, характеризующий эффективность
интенсивность света регистрируется на разных длинах волн. Глаза человека имеют
три различных типа фоторецепторов, различающихся по чувствительности к
видимых длин волн, так что общая кривая чувствительности представляет собой
сочетание всех трех. Системы машинного зрения, обычно основанные на ПЗС
или CMOS камеры, обнаруживают свет от 350 до 900 нм, с зоной пика
быть между 400 и 650 нм. Различные виды датчиков также могут охватывать
УФ-спектр или, с другой стороны, ближний инфракрасный свет, прежде чем
переход на совершенно другую технологию для дальних длин волн, таких как
SWIR или LWIR.

Микролинзы

В частности, на CMOS-сенсорах каждая активная область пикселя окружена и
увенчаны схемой и металлическими соединениями, отвечающими за изображение
зачитать. Это значительно уменьшает количество света, которое может быть
успешно обнаружено. Если световые лучи не перпендикулярны
поверхности сенсора еще хуже, так как они отражаются ближним
соединения на металлических слоях сенсорного чипа.

Почти все современные датчики изображения покрыты массивом
микролинзы. Эти линзы собирают падающий свет и фокусируют его на
чувствительной области пикселя, тем самым увеличивая чувствительность сенсора.

Сдвиг микролинз

Обычно микролинзы центрируются над активной областью каждого пикселя независимо от их относительного положения на поверхности сенсора.
Однако некоторые датчики, особенно предназначенные для фото/
потребительский рынок, могут быть оснащены микролинзами, которые постепенно
смещается по мере того, как мы идем от центра к углу датчика. Это
необходимо для получения лучшей однородности чувствительности по датчику, когда
он используется с обычными объективами, которые не телецентричны на датчике
боковая сторона. CRA находится под углом 0° в центре датчика и может достигать нескольких
градусов на его углу.

Микролинзы без смещения:

Микролинзы со смещением:

Поскольку эти датчики оптимизированы для нетелецентрических линз, они
приводит к снижению производительности при использовании с телецентрическими объективами. Большинство
явный эффект виньетирование, но и какие-то оптические аберрации
может появиться.

Датчики с задней подсветкой

Как показано выше, схема, окружающая активную область пикселя
сильно снизить светочувствительность сенсора, только частично
компенсируется использованием микролинз. С последней режущей кромкой
Технология изготовления позволяет построить датчик в перевернутом виде
вниз. В этом процессе, после создания фотодиодов, транзисторов
и металлических межсоединений, микросхема переворачивается вверх дном и
механически полируется до прежнего «дна» кремниевого чипа
незащищенный. Таким образом, активная область пикселя находится в верхней части сенсора.
и ему больше не мешает схема считывания.

Различные параметры, описывающие характеристики и
качества датчика собраны и последовательно описаны в EMVA
стандарт 1288. Этот стандарт иллюстрирует основные параметры, которые
должно быть дано, чтобы полностью описать реальное поведение датчика вместе
с четко определенными методами измерения, чтобы получить эти параметры.

Стандартные параметры:

• Чувствительность, линейность сигнала в зависимости от интенсивности света и шума
• Темновой ток (температурная зависимость: опционально)
• Неоднородность сенсора и дефектные пиксели
• Спектральная чувствительность (дополнительно)

Параметры камеры

Время экспозиции — время, в течение которого свет
может достигать датчика. Чем выше это значение, тем выше
количество света, представленное на результирующем изображении. Увеличение
время выдержки — первое и самое простое решение, когда света недостаточно
но он не свободен от проблем: во-первых, шум всегда увеличивается с ростом
время воздействия; Кроме того, при работе с движущимися объектами могут появляться эффекты размытия.
объекты. На самом деле, если время экспозиции слишком велико, объект будет
отпечатаны на нескольких разных пикселях, вызывая известный
Эффект «размытия движения». Кроме того, слишком длительное время экспозиции может привести к
передержка, а именно, когда количество пикселей достигает максимальной емкости
и поэтому кажутся белыми, даже если интенсивность света на каждом пикселе
на самом деле отличается. Наконец, длительное время экспозиции снижает максимальное
частота кадров достижима.

Частота кадров. Это частота, на которой
полное изображение захватывается датчиком, обычно выражается в кадрах
в секунду (fps). Понятно, что частоту кадров нужно подгонять под
применение: линия, проверяющая 1000 бутылок в минуту, должна иметь возможность
снимать изображения с минимальной частотой кадров 1000/60 = 17 кадров в секунду.

Запуск . Большинство камер дают возможность
контролировать начало процесса приобретения, подстраивая его под
применение. Типичная триггерная система — это система, в которой свет
активируется вместе с получением изображения после получения ввода
от внешнего устройства (например, датчика положения). Эта техника
важно при съемке движущихся объектов, чтобы убедиться, что
интересующие особенности находятся в поле зрения системы визуализации.

Коэффициент усиления в цифровой камере представляет собой способ
увеличение количества сигнала, принимаемого датчиком изображения.
Увеличение усиления означает также увеличение шума изображения, так что
общее SNR останется неизменным.

Таким образом, увеличение усиления не повышает качество изображения! Так,
усиление камеры должно использоваться как последнее средство для увеличения
яркость (только когда пользователь не может работать с освещением, экспозицией
время и F#).

Биннинг — это функция камеры, которая сочетает в себе
считывание соседних пикселей на датчике, обычно в строках/столбцах, больше
часто в квадратах 2 x 2 или 4 x 4.