Matryce CCD i CMOS

CCD (en. Charge Coupled Device) – matryca złożona z wielu elementów światłoczułych, które pod wpływem padających na nią fotonów wytwarzają ładunki elektryczne, a te po wzmocnieniu przekształcane są na obraz. Fotony uderzają w matryce i powodują lokalne ‘dziury elektronowe’, które zbierane są w studni potencjału – pikselu. Po zakończeniu ekspozycji następuje odczyt: zczytywane są kolejno piksele z pierwszej kolumny, następnie przesuwane są wszystkie kolumny o jedną pozycję, tak żeby kolumna druga była już na miejscu pierwszej itd.
Wyróżniamy dwa rodzaje matryc CCD:
  • grube, nazywane też po angielsku back-illuminated
  • cienkie (ang. thin), albo front-illuminated
Ich angielskie nazwy odpowiadają szczegółom technicznym procesu rejestracji fotonów. Pierwsze powstały matryce grube. Fotony uderzają w kawałek krzemu, po jego drugiej stronie skonstruowane sa studnie potencjałów, zatrzymujące elektrony. Matryce cienkie maja piksele ‘od przodu’, dzięki czemu mogą być cieńsze, co z kolei prowadzi do większej czułości, ponieważ w grubym kawałku krzemu dziury elektronowe mają większą szansę się zrekombinować z przypadkowo napotkanymi elektronami.
Jak każde urządzenie elektroniczne, matryce CCD mają swoje szumy. Szum termiczny, pyłki na matrycy, szum odczyty, a także szum Poissonowski, wynikający ze statystyki. Szumu Poissonowskiego nie da się usunąć, można go natomiast oszacować -wynosi on pierwiastek z liczby zliczeń w danym pikselu.
Czasem nie cała matryca jest naświetlana podczas wykonywania ekspozycji. Może istnieć fragment nie naświetlany, ale odczytywany – zazwyczaj jest to kilkadziesiąt ostatnich kolumn (np. 50). Są one odczytywane i zapisywane na obrazku, a ponieważ wiemy, że nie docierały do nich fotony, możemy usunąć ze zdjęć tzw. read-out noise – oczywiście nie cały, tylko uśredniony… (należy pamiętać że ta część matrycy także ma swój szum termiczny…)
Pierwsze matryce CCD miały po kilka tys pikseli, dzisiejsze mają już nawet i 100 mln, ilośc pixeli bezpośrednio przekłada się na rozdzielczość otrzymywanego obrazu, lecz znaczenie ma również wielkość pixela.


Parametry matrycy ccd:
  • wielkość matrycy (np. 1/1,8″ ozn. przekątną 9mm, a wymiar 7,20mm x 5,35mm)
  • ilość pikseli (np. 10Mpx oznacza 10 milionów pikseli)
  • czułość (najczęściej w lx, ale to nieprecyzyjne określenie parametru)
  • dynamika tonalna (ilość bitów na kanał np. 12bit/kanał)
  • poziom szumów ( stosunek sygnał/szum określany w dB)
  • matryca B&W – matryca czarno-biała,
  • matryca RGB – matryca kolorowa
  • wydajność kwantowa – mówi jaki procent fotonów zamienianych jest na sygnał, zależy od konkretnego typu. Od 60% do 90% (nawet 90-kilka).
  • read-out noise – szum odczytu
  • gain – wzmocnienie podczas konwersji sygnału analogowego do cyfrowego

CMOS (en. Complementary Metal Oxide Semiconductor) – technologia wytwarzania układów scalonych, w aparatach cyfrowych i kamerach oznacza przetwornik optoelektryczny złożony z wielu elementów światłoczułych, które pod wpływem padających na nią fotonów wytwarzają ładunki elektryczne, a te po wzmocnieniu przekształcane są na obraz …
matryce CMOS różnią się od CCD tym, że teoretycznie posiadają mniejszą czułość i dynamikę rejestracji obrazu (postęp technologii czasem odwraca tą zalezność np.aparaty cyfrowe DSLR firmy Canon), pobierają znacznie mniej prądu, co oznacza że mniej się grzeją, w praktyce przekłada się to na znacznie mniejsze szumy własne matrycy.
Parametry matrycy CMOS:
  • wielkość matrycy (np. 1/1,8″ ozn. przekątną 9mm, a wymiar 7,20mm x 5,35mm)
  • ilość pikseli (np. 10Mpx oznacza 10 milionów pikseli)
  • czułość (najczęściej w lx, ale to nieprecyzyjne określenie parametru)
  • dynamika tonalna (ilośc bitów na kanał np. 12bit/kanał)
  • poziom szumów ( stosunek sygnał/szum określany w dB)
  • matryca B&W – matryca czarno-biała,
  • matryca RGB – matryca kolorowa

 

Może Ci się również spodoba

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.