ПЗС-матрицы
ПЗС-матрицы
Приборы с зарядовой связью (ПЗС) или CCD (Coupled Charged Device) относятся к классу твердотельных полупроводниковых приемников. Изобретенный американскими учеными в конце 1960-х годов прибор с зарядовой связью изначально предполагалось использовать как элемент компьютерной памяти. Но вскоре стало ясно, что ПЗС может успешно применяться в приложениях обработки изображений. Принцип работы ПЗС-матрицы следующий: на основе кремния создается матрица светочувствительных элементов (секция накопления). Каждый светочувствительный элемент имеет свойство накапливать заряды, пропорционально числу попавших на него фотонов. Таким образом, за некоторое время (время экспозиции) на секции накопления получается двумерная матрица зарядов, пропорциональных яркости исходного изображения. Накопленные заряды сначала переносятся в секцию хранения, а далее строка за строкой и пиксель за пикселем — на выход матрицы. Способность накапливать электроны характеризуется предельным уровнем заряда, именно от этой характеристики зависит способность ячейки матрицы отличать самые темные оттенки от самых светлых. Чем лучше такая способность, тем большее количество оттенков будет присутствовать на снимке.
Современные ПЗС, используемые в цифровых камерах, представляют собой матрицу из полупроводниковых чувствительных элементов, на которую проецируется проходящий через объектив свет. Различают три основных вида ПЗС-матриц:
• с полнокадровым переносом (Full-Frame Transfer CCD, FF CCD) ;
• с кадровым переносом (Frame Transfer CCD, FT CCD) и с чересстрочным переносом (Interline CCD, IL CCD).
Матрица с кадровым переносом в отличие от предыдущей схемы имеет промежуточную, покрытую защитным экраном буферную область, куда перемещается спроецированный на матрицу кадр. Непрерывная работа достигается без срабатывания электронного затвора, что повышает скорость переноса кадров. Однако необходимость работы с двумя полупроводниковыми матрицами приводит к снижению разрешения, повышению уровня шумов и стоимости прибора.
Матрицы с чересстрочным считыванием состоят из нескольких линеек светочувствительных ячеек, параллельно которым размещены буферные линейки, покрытые защитным экраном, а также сдвиговые регистры. Захваченная линейками информация смещается в закрытые от света буферные области, откуда по сдвиговым регистрам передается в нижний сдвиговый регистр, усилитель и на блок аналогово-цифрового преобразования. Разрабатывалась данная архитектура для устранения недостатков схемы с кадровым переносом. Она снижает уровень шумов в матрице, но отличается схемотехнической сложностью. Один из недостатков — пониженная светочувствительность, связанная с уменьшением эффективной рабочей площади, воспринимающей свет.
По такой схеме выполнены многие ПЗС-матрицы, представленные в обзоре аппаратов, в частности Sony ICX252AQ (Casio QV-3500EX) и Sony ICX406AQ (Casio QV-4000).
Плюсы ПЗС
Если для получения изображения далекой слабоизлучающей галактики на фотопленку требуются порой часовые выдержки, то ПЗС позволяет сократить время экспозиции до нескольких минут или даже секунд! Известно, что фотографическая эмульсия способна сохранять свою чувствительность к свету лишь короткое время в самом начале экспозиции и резко теряет ее при длительных выдержках. ПЗС-матрица, напротив, обладает чувствительностью, которая остается стабильной в течение всего времени экспозиции. Помимо большого диапазона воспроизводимых яркостей ПЗС обладает еще и широким спектральным диапазоном, значительно превосходящим возможности фотопленки. ПЗС реагируют на свет в диапазоне от рентгеновского до ближнего инфракрасного излучения (от нескольких ангстрем до, примерно, 11 тыс. ангстрем). Таким образом, на сегодняшний день ПЗС обладают самым широким спектральным диапазоном среди всех известных приемников излучения.
Минусы ПЗС
При всех своих положительных качествах ПЗС обладают одним серьезным недостатком — они очень малы. К примеру, большинство матриц имеет немного более 80 тыс. пиксельей, расположенных в 336 рядов и 242 колонки. Размеры одного пикселя в этой матрице составляют 10 микрон, поэтому общая площадь светособирающей поверхности занимает менее одного процента площади кадра обычной 35-мм пленки! В результате этого, поле зрения при использовании такой ПЗС оказывается намного меньше поля зрения, которое мы можем получить при съемке на фотопленку. Далее работа с ПЗС предъявляет высокие требования к компьютеру — ведь для обработки изображений он должен обладать достаточным объемом оперативной памяти и хорошим быстродействием. Еще одним недостатком является ограничение быстродействия, поскольку информация посылается по строке, сенсор за сенсором, и затем считывается.
Спонсор сайта: Любите читать книги ? Покупать их уже не обязательно, Вы можете книги скачать бесплатно и читать в своё удовольствие! Огромная онлайн библиотека ждет Вас.
Приборы с зарядовой связью (ПЗС) или CCD (Coupled Charged Device) относятся к классу твердотельных полупроводниковых приемников. Изобретенный американскими учеными в конце 1960-х годов прибор с зарядовой связью изначально предполагалось использовать как элемент компьютерной памяти. Но вскоре стало ясно, что ПЗС может успешно применяться в приложениях обработки изображений. Принцип работы ПЗС-матрицы следующий: на основе кремния создается матрица светочувствительных элементов (секция накопления). Каждый светочувствительный элемент имеет свойство накапливать заряды, пропорционально числу попавших на него фотонов. Таким образом, за некоторое время (время экспозиции) на секции накопления получается двумерная матрица зарядов, пропорциональных яркости исходного изображения. Накопленные заряды сначала переносятся в секцию хранения, а далее строка за строкой и пиксель за пикселем — на выход матрицы. Способность накапливать электроны характеризуется предельным уровнем заряда, именно от этой характеристики зависит способность ячейки матрицы отличать самые темные оттенки от самых светлых. Чем лучше такая способность, тем большее количество оттенков будет присутствовать на снимке.
Современные ПЗС, используемые в цифровых камерах, представляют собой матрицу из полупроводниковых чувствительных элементов, на которую проецируется проходящий через объектив свет. Различают три основных вида ПЗС-матриц:
• с полнокадровым переносом (Full-Frame Transfer CCD, FF CCD) ;
• с кадровым переносом (Frame Transfer CCD, FT CCD) и с чересстрочным переносом (Interline CCD, IL CCD).
Матрица с кадровым переносом в отличие от предыдущей схемы имеет промежуточную, покрытую защитным экраном буферную область, куда перемещается спроецированный на матрицу кадр. Непрерывная работа достигается без срабатывания электронного затвора, что повышает скорость переноса кадров. Однако необходимость работы с двумя полупроводниковыми матрицами приводит к снижению разрешения, повышению уровня шумов и стоимости прибора.
Матрицы с чересстрочным считыванием состоят из нескольких линеек светочувствительных ячеек, параллельно которым размещены буферные линейки, покрытые защитным экраном, а также сдвиговые регистры. Захваченная линейками информация смещается в закрытые от света буферные области, откуда по сдвиговым регистрам передается в нижний сдвиговый регистр, усилитель и на блок аналогово-цифрового преобразования. Разрабатывалась данная архитектура для устранения недостатков схемы с кадровым переносом. Она снижает уровень шумов в матрице, но отличается схемотехнической сложностью. Один из недостатков — пониженная светочувствительность, связанная с уменьшением эффективной рабочей площади, воспринимающей свет.
По такой схеме выполнены многие ПЗС-матрицы, представленные в обзоре аппаратов, в частности Sony ICX252AQ (Casio QV-3500EX) и Sony ICX406AQ (Casio QV-4000).
Плюсы ПЗС
Если для получения изображения далекой слабоизлучающей галактики на фотопленку требуются порой часовые выдержки, то ПЗС позволяет сократить время экспозиции до нескольких минут или даже секунд! Известно, что фотографическая эмульсия способна сохранять свою чувствительность к свету лишь короткое время в самом начале экспозиции и резко теряет ее при длительных выдержках. ПЗС-матрица, напротив, обладает чувствительностью, которая остается стабильной в течение всего времени экспозиции. Помимо большого диапазона воспроизводимых яркостей ПЗС обладает еще и широким спектральным диапазоном, значительно превосходящим возможности фотопленки. ПЗС реагируют на свет в диапазоне от рентгеновского до ближнего инфракрасного излучения (от нескольких ангстрем до, примерно, 11 тыс. ангстрем). Таким образом, на сегодняшний день ПЗС обладают самым широким спектральным диапазоном среди всех известных приемников излучения.
Минусы ПЗС
При всех своих положительных качествах ПЗС обладают одним серьезным недостатком — они очень малы. К примеру, большинство матриц имеет немного более 80 тыс. пиксельей, расположенных в 336 рядов и 242 колонки. Размеры одного пикселя в этой матрице составляют 10 микрон, поэтому общая площадь светособирающей поверхности занимает менее одного процента площади кадра обычной 35-мм пленки! В результате этого, поле зрения при использовании такой ПЗС оказывается намного меньше поля зрения, которое мы можем получить при съемке на фотопленку. Далее работа с ПЗС предъявляет высокие требования к компьютеру — ведь для обработки изображений он должен обладать достаточным объемом оперативной памяти и хорошим быстродействием. Еще одним недостатком является ограничение быстродействия, поскольку информация посылается по строке, сенсор за сенсором, и затем считывается.
Спонсор сайта: Любите читать книги ? Покупать их уже не обязательно, Вы можете книги скачать бесплатно и читать в своё удовольствие! Огромная онлайн библиотека ждет Вас.
