Сенсор cmos что это: MOS-датчики (КМОП) — это что

Разбираемся в светочувствительных матрицах: CMOS и CCD

25 августа 2017

8 комментариев

Светочувствительная матрица — это «глаз» вашей видеокамеры безопасности. Она захватывает свет, попавший в объектив видеокамеры безопасности, и преобразовывает его в электронный сигнал.

Формат, или размер, матрицы определяет охват ваших камер безопасности. Самыми популярными форматами являются следующие: 2/3″, 1/2″ и 1/3″.

• Матрица с диагональю 2/3″ позволяет вести видеонаблюдение на больших расстояниях в условиях очень низкой освещенности.
• Матрица с диагональю 1/2″ — в большинстве случаев, представляет собой оптимальное решение с приемлемой светочувствительностью.
• Матрица с диагональю 1/3″ обеспечивает хорошую производительность при низкой освещенности и высокой частоте кадров.

Самыми популярными типами матриц по применяемой технологии являются CMOS (КМОП-матрица) и CCD (ПЗС-матрица).

1. Видеокамеры наблюдения с КМОП-матрицей: за и против

КМОП (CMOS) означает комплементарный металл-оксид-полупроводник (Complementary Metal Oxide Semiconductor). В видеокамерах безопасности с матрицей CMOS используется технология прогрессивного сканирования.

Преимущества и недостатки видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей

Преимущества видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей

• Высокое разрешение
• Отличная цветопередача
• Высокая кадровая частота
• Низкое энергопотребление
• Экономическая эффективность

Недостатки видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей

• Высокий уровень шума
• Умеренная светочувствительность

2. Видеокамеры наблюдения с ПЗС-матрицей: за и против

Аббревиатура ПЗС (CCD) означает прибор с зарядовой связью (Charge Coupled Device). Видеокамеры наблюдения с ПЗС-матрицами имеют отличный WDR (широкий динамический диапазон), поэтому часто используются в условиях низкой освещенности. Камеры безопасности с матрицами CCD, как правило, менее подвержены влиянию вибраций по сравнению с камерами безопасности с матрицами CMOS.

Сильные и слабые стороны видеокамеры наблюдения с CCD-матрицей

Сильные стороны видеокамеры наблюдения с CCD-матрицей

• Хорошая производительность в условиях низкой освещенности
• Хорошая технология WDR
• Меньшая восприимчивость к вибрационному эффекту
• Низкий уровень шума
• Высокая чувствительность
• Высокое разрешение

Недостатки видеокамеры наблюдения с CCD-матрицей

• Высокое энергопотребление
• Низкая кадровая частота
• Дороговизна

CMOS или CCD — что лучше?

Раунд 1: Кадровая частота и потребляемая мощность

Камера безопасности с CMOS-датчиком является однозначным победителем по частоте кадров. Камера безопасности с CMOS-датчиком может напрямую преобразовывать фотоэлектрический сигнал в цифровой сигнал. Частота кадров и скорость процесса преобразования сигнала CMOS-датчиком гораздо больше по сравнению с CCD-датчиком.

Аналого-цифровое преобразование происходит за пределами CCD-датчиков, поэтому формирование изображений и видео происходит дольше. Кроме того, видеокамеры безопасности с датчиками изображения CCD часто страдают от проблемы перегрева.

Камеры видеонаблюдения с CMOS-датчиками поддерживают гораздо более высокую кадровую частоту и потребляют меньше энергии, а также более экономичны по сравнению с камерами безопасности с CCD-датчиками. Обычно цена камеры видеонаблюдения с CMOS-матрицей более приятная, чем цена камеры безопасности с CCD-матрицей.

Поэтому победителем первого раунда становится видеокамера с CMOS-матрицей!

Раунд 2: Качество изображения

Как правило, камеры безопасности с CCD-матрицей создают изображения с более высоким разрешением. Тем не менее, развитие технологий может поставить качество изображений CMOS на один уровень с CCD. Например, видеокамеры безопасности с CMOS датчиками и оптическим зумом могут создавать даже более четкие изображения, чем видеокамеры с матрицами CCD.

Итак, второй раунд — ничья!

Раунд 3: Светочувствительность и шум

Традиционно, ПЗС-датчики менее подвержены искажениям изображения и имеют более высокую светочувствительность, поэтому создают гораздо меньше шума, чем камеры безопасности с датчиками CMOS. Однако, в настоящее время, в плане чувствительности, камеры видеонаблюдения с матрицами CMOS иногда даже превосходят CCD видеокамеры.

Трудно сказать, кто станет победителем в категориях светочувствительности и шума. Однако, исходя из текущего уровня развития технологии и производительности, видеокамеры с матрицей CCD становятся победителями в третьем раунде (возможно, это временная победа).

Основываясь на приведенной выше информации и подробном сравнении двух типов датчиков, можно обнаружить, что каждый тип датчика имеет свои плюсы и минусы.

В этой битве не может быть одного победителя. Все сводится к конкретному случаю:

1. Вы можете выбрать камеры безопасности с CCD-датчиками, если их использование будет происходить в условиях низкой освещенности.

Примечание: Некоторые камеры безопасности с CMOS-матрицами также могут обеспечить отличное наблюдение в темное время суток.

2. Видеокамеры наблюдения с CMOS-датчиками могут быть более компактными, поскольку размеры самих CMOS-датчиков могут быть очень маленькими. Поэтому можете выбрать их, если не хотите привлекать внимания к своей системе наблюдения.

3. Выбирайте видеокамеры безопасности с CMOS-матрицей, если ваше интернет-подключение недостаточно качественное. Видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей имеют меньше требований к ширине полосы пропускания, поэтому не будут перегружать вашу сеть.

Источник reolink.com. Перевод статьи выполнила администратор сайта Елена Пономаренко.

Поделиться

Твитнуть

Поделится

Поделится

Датчик
2 — мегапиксельная CMOS-матрица.

(2 — мегапиксельная,- это хорошо или нет?

Ответить

Действительно толковая статья.

Ответить

Хорошая статья, все описано обстоятельно и грамотно . 5звезд.

Ответить

Новый комментарий

Войти с помощью

Отправить

Чем матрица CCD отличается от матрицы CMOS? / Контроль-СБ

К этому 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%).

3. Высокая эффективность (отношение числа зарегистрированных фотонов к их общему числу, попавшему на светочувствительную область матрицы, для CCD — 95%).

4. Высокий динамический диапазон (чувствительность).

 

К недостаткам CCD матриц относятся:

1. Сложный принцип считывания сигнала, а следовательно и технология.

2. Высокий уровень энергопотребления (до 2-5Вт).

3. Дороже в производстве.

 

Преимущества CMOS матриц:

1. Высокое быстродействие(до 500 кадров/с).

2. Низкое энергопотребление(почти в 100 раз по сравнению с CCD).

3. Дешевле и проще в производстве.

4. Перспективность технологии( на том же кристалле в принципе ничего не стоит реализовать все необходимые дополнительные схемы: аналого-цифровые преобразователи, процессор, память, получив, таким образом, законченную цифровую камеру на одном кристалле. Созданием такого устройства, кстати, с 2002 года занимаются совместно Samsung Electronics и Mitsubishi Electric).

К недостаткам CMOS матриц относятся

1. Низкий коэффициент заполнения пикселов, что снижает чувствительность(эффективная поверхность пиксела ~75%,остальное занимают транзисторы).

2. Высокий уровень шума (он обусловлен так называемыми темповыми токами — даже в отсутствие освещения через фотодиод течет довольно значительный ток)борьба с которым усложняет и удорожает технологию.

3. Невысокий динамический диапазон.

Общие сведения о камерах с матрицей SONY

Корпорация Sony была первой, кто применил в CCTV камере видеонаблюдения (видеокамере) принцип оцифровки сигнала ПЗС (CCD) матрицы с последующей его цифровой обработкой при помощи процессора – DSP (Digital Signal Processor – Процессор цифровой обработки сигнала). Произошло это 1997 г. с выпуском первого DSP серии SS. Благодаря высокому качеству и надежности которого, камеры на его основе завоевали популярность во всем мире, а новый принцип обработки цветного изображения за многие годы превратился в стандарт построения камер видеонаблюдения. Сердцем таких камер видеонаблюдения является ПЗС (англ. CCD) матрица формата 760H с количеством эффективных пикселей 752х582 по горизонтали и вертикали соответственно. Указанный формат матрицы уже давно используются в камерах высокого разрешения, включая камеры разрешений 480 ТВЛ, 500 ТВЛ, 520 ТВЛ и 540 ТВЛ. Каким же образом на классической матрице получено более высокое, 600 ТВЛ горизонтальное разрешение? Ответ простой – как и все предшествующие увеличения разрешения начиная с 480 ТВЛ и заканчивая 540ТВЛ осуществлялись за счет использования более эффективного процессора обработки сигналов видеоизображения – ISP (Image Signal Processor). В камерах с разрешением 600 ТВЛ, используется видеопроцессор IV поколения, отличающийся увеличенной разрядностью оцифровки видеосигнала снимаемого с цветной ПЗС матрицы, расширенной частотной характеристикой трактов видеообработки и возможностью формирования выходных сигналов CSVB или S-Video при помощи встроенных в процессор цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

Как и все предыдущие процессора новый ISP выполняет обработку изображения в цифровом коде и реализует ряд уже традиционных для камер видеонаблюдения функций, а именно:

• DN (Day-Night) – “день-ночь” – формирование черно-белого изображения при низкой освещенности с возможностью настройки порогов и задержек перехода между черно-белым и цветным режимами
• AE (Automatic Exposition) – электронный затвор позволяет поддерживать постоянную яркость изображения независимо от освещенности наблюдаемой сцены
• AGC (Automatic Gain Control) – автоматическая регулировка усиление в ночном режима обеспечивает формирования светлой и распознаваемой картинки при низкой освещенности и работе ночью
• BLC (Back Light Compensation) – компенсация задней засветки с возможностью настройки до 4 зон, с заданием уровня яркости в каждой из них относительно общего уровня яркости изображения (для камер с OSD), что позволяет, например, компенсировать избыточную яркость окон на общем фоне помещения настройка контраста и четкости изображения

Широкий набор параметров видеообработки позволяет настроить камеру и получить идеальное изображение при любых условиях ее эксплуатации: в темных и светлых помещениях, на улице и внутри помещений, при работе на встречную засветку и в сценах с широким диапазоном яркостей, а также в полной темное при использовании инфракрасной (ИК) подсветки.

На сегодняшний день корпорация SONY производит следующий номенклатурный ряд ПЗС матриц для цветных аналоговых телекамер охранного назначения, предназначенных для работы в стандарте PAL.

Цветные ПЗС матрицы SONY:

 

Наименование изделия	Диагональный размер изображения дюйм – мм	Кол-во эффективных пикселей (Ш x В)	Чувствительность (мВ)	Корпус	Кол-во выводов	Технология изготовления
ICX419AKL	1/2″ – 8 мм	752 x 582	1300	Керамический DIP	20	–
ICX429AKL	1/2″ – 8 мм	752 x 582	1600	Керамический DIP	20	EXview
ICX419AKB	1/2″ – 8 мм	752 x 582	1300	Малый керамический цилиндр	16	–
ICX259AK	1/3″ – 6 мм	752 x 582	1100	Пластиковый DIP	16	EXview
ICX-NEW-09	1/3″ – 6 мм	752 x 582	2250	Пластиковый DIP	16	Super HAD
ICX409AK	1/3″ – 6 мм	752 x 582	950	Пластиковый DIP	16	Super HAD
ICX255AK	1/3″ – 6 мм	500 x 582	2000	Пластиковый DIP	16	EXview
ICX405AK	1/3″ – 6 мм	500 x 582	1700	Пластиковый DIP	16	Super HAD
ICX279AK	1/4″ – 4,5мм	752 x 582	800	Пластиковый DIP	14	EXview
ICX229AK	1/4″ – 4,5мм	752 x 582	440	Пластиковый DIP	14	–
ICX207AK	1/4″ – 4,5мм	500 x 582	800	Пластиковый DIP	14	Super HAD
ICX227AK	1/4″ – 4,5мм	500 x 582	880	Пластиковый DIP	14	–
ICX207AKB	1/4″ – 4,5мм	500 x 582	880	Малый керамический цилиндр	13	Super HAD
ICX239AKE	1/6″ – 3мм	752 x 582	300	Керамический SON (LCC)	12	–

Canon : Технологии Canon | Canon Science Lab

Для работы этого сайта требуется браузер с поддержкой JavaScript.

Как и ПЗС, датчики CMOS (комплементарные металлооксидные полупроводники) представляют собой полупроводниковые датчики изображения, которые преобразуют свет в электрические сигналы.

Датчики CMOS представляют собой полупроводниковые датчики света, такие как ПЗС. Они имеют почти ту же структуру, что и микросхемы памяти CMOS, используемые в компьютерах, но в то время как микросхемы памяти используют ряд за рядом транзисторов для записи данных, датчики CMOS содержат ряды фотодиодов, соединенных с отдельными усилителями для усиления электрического сигнала от фотодиодов. Эта структура не только позволяет датчикам CMOS работать с меньшим энергопотреблением, чем ПЗС, но также обеспечивает более быстрое и простое считывание электрических зарядов. Более того, в отличие от ПЗС, производство которых связано со сложными процессами, что делает их дорогостоящими, датчики CMOS можно производить путем модификации относительно недорогих процессов, используемых для производства компьютерных микропроцессоров и других микросхем.

Структура КМОП-датчиков

До недавнего времени почти все датчики изображения цифровых камер были ПЗС. Недостатки ПЗС в том, что они требуют много электроэнергии, а преобразование изображений в цифровые данные происходит медленно. Вот почему Canon начала работу над датчиками CMOS, которые имеют такую ​​же структуру, как компьютерные микропроцессоры и микросхемы памяти CMOS. Такие микросхемы содержат большие массивы транзисторов, каждый из которых в датчиках CMOS состоит из фотодиода и усилителя. Фотодиоды накапливают электрический заряд при воздействии света, и эти заряды затем преобразуются в напряжение, усиливаются и передаются в виде электрических сигналов.

В ПЗС структура затвора, используемая для передачи электрических зарядов на край датчика, требует отдельного источника питания, а это означает, что требуется больше электроэнергии. Однако датчики CMOS требуют только одного источника питания и потребляют очень мало электроэнергии. Они также могут считывать электрические заряды намного быстрее, чем ПЗС.

Производство КМОП-датчиков высокого разрешения

Достоинства КМОП-датчиков не ограничиваются их низким напряжением и потреблением электроэнергии. Они имеют ту же базовую структуру, что и компьютерные микропроцессоры, и могут производиться серийно с использованием той же хорошо зарекомендовавшей себя технологии производства, что делает их производство намного менее затратным, чем производство ПЗС. В прошлом было сложно производить КМОП-сенсоры с большим количеством пикселей, но этот недостаток был преодолен благодаря разработке новых технологий производства полупроводников. Одна из таких технологий включает в себя процесс многократной экспозиции для создания схемы датчика, что позволяет производить большие датчики CMOS с высоким разрешением 20 мегапикселей.

КМОП-технология шумоподавления

КМОП-сенсоры, как правило, имеют тот недостаток, что создают электрические помехи, что может привести к ухудшению качества изображения. Существуют неизбежные колебания производительности более десяти миллионов фотодиодов и усилителей, встроенных в датчик CMOS, и крошечные различия в производительности приводят к шуму в выходном изображении. Чтобы решить эту проблему, Canon разработала встроенную технологию для записи шума каждого пикселя перед экспозицией и автоматического вычитания такого шума из изображения при его создании.

Добавление удаления шума позволяет считывать сигнал без шума. Кроме того, устранение оставшегося квантового случайного шума стало возможным благодаря другой технологии, известной как полный электронный перенос заряда.

Определение камеры CMOS | ПКМаг

Цифровая фото- или видеокамера, в которой для записи изображения используется микросхема датчика изображения на основе КМОП, а не ПЗС-матрица. Датчики изображения CMOS позволяют интегрировать все необходимые схемы камеры в один и тот же чип, что делает их хорошо подходящими для камер смартфонов и планшетов. Первоначально используемые в менее дорогих устройствах, качество КМОП-сенсоров неуклонно улучшалось, и они были включены в профессиональные камеры. См. датчик CMOS, датчик CCD, цифровую камеру и X3.

Реклама

Истории PCMag, которые вам понравятся

{X-html заменен}

Выбор редакции

ЭТО ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДНАЗНАЧЕНО ТОЛЬКО ДЛЯ ЛИЧНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ. Любое другое воспроизведение требует разрешения.
Copyright © 1981-2023. The Computer Language(Opens in a new window) Co Inc. Все права защищены.

Информационные бюллетени PCMag

Информационные бюллетени PCMag

Наши лучшие истории в вашем почтовом ящике

Подпишитесь на PCMag

• Фейсбук (Открывается в новом окне)
• Твиттер (Откроется в новом окне)
• Флипборд (Открывается в новом окне)
• Гугл (откроется в новом окне)
• Инстаграм (откроется в новом окне)
• Pinterest (Открывается в новом окне)

PCMag.com является ведущим авторитетом в области технологий, предоставляющим независимые лабораторные обзоры новейших продуктов и услуг. Наш экспертный отраслевой анализ и практические решения помогут вам принимать более обоснованные решения о покупке и получать больше от технологий.

Как мы тестируем Редакционные принципы

• (Открывается в новом окне) Логотип Зиффмедиа
• (Открывается в новом окне) Логотип Аскмен
• (Открывается в новом окне) Логотип Экстримтек
• (Открывается в новом окне) Логотип ИНГ
• (Открывается в новом окне) Логотип Mashable
• (Открывается в новом окне) Предлагает логотип
• (Открывается в новом окне) Логотип RetailMeNot
• (Открывается в новом окне) Логотип Speedtest
• (Открывается в новом окне) Логотип Спайсворкс

(Открывается в новом окне)

PCMag поддерживает Group Black и ее миссию по увеличению разнообразия голосов в СМИ и прав собственности на СМИ.