Матриці відеокамер – елементи відеокамер відеонагляду

В основі сучасних відеокамер відеонагляду лежить застосування сенсорів, виконаних за однією з двох технологій побудови електронних схем:
• КМОП (комплементарна логіка на транзисторах метал-оксид-напівпровідник) або CMOS-матриця (Complementary-symmetry / metal-oxide semiconductor);
• ПЗЗ (прилад із зарядним зв’язком) або CCD-матриця (Charge-Coupled Device).
Принцип дії ПЗС і КМОП сенсорів однаковий: під дією оптичного випромінювання в напівпровідникових елементах з’являються носії заряду, які перетворюються в електричний сигнал.
Дані типи матриць мають одну світлоприйомним площину, на якій розташовані мініатюрні світлочутливі елементи, що реагують на світловий потік різних кольорів. Після обробки сигналів відеокамер відеонагляду від цих елементів з’являється зображення, яке, в свою чергу, складається з елементарних колірних точок (пікселів).
Спочатку були розроблені ПЗС-матриці. Майже одночасно з ними були розроблені КМОП-матриці. Різниця між ПЗС і КМОП сенсорами полягає в способі накопичення і передачі заряду, а також в технології перетворення його в аналоговий сигнал для камер відеонагляду.
ПЗС-матриця – спеціалізована аналогова інтегральна мікросхема, що складається з світлочутливих фотодіодів, виконана на основі кремнію. Основне завдання ПЗС-матриці – накопичення енергії світлового потоку в потенційних ямах – пікселах. При подальшій обробці інформації, зосередженої в пікселах, використовуються зсувні регістри, після яких сигнал надходить на АЦП і далі на пристрої формування стандартного відеосигналу. ПЗС-матриці володіють наступними перевагами:
• низький рівень шумів;
• високий коефіцієнт заповнення пікселів (близько 100%);
• висока ефективність (відношення числа зареєстрованих фотонів до їх загальної кількості, що потрапив на світлочутливу область матриці, для ПЗС – 95%);
• висока чутливість (можливість отримання зображення досить хорошої якості навіть в умовах низької освітленості);
• поліпшена передача кольору.
Недоліками ПЗС-матриць є:
• складний принцип зчитування сигналу, а, отже, технологія;
• високий рівень енергоспоживання (до 2 – 5Вт);
• висока вартість виробництва;
• вертикальні розмиті смуги нижче і вище дуже яскравого об’єкта в кадрі.
КМОП-матриця являє собою не просто світлочутливу матрицю, яка використовує польові транзистори; це повноцінна інтегральна схема, на якій реалізовані схеми обробки сигналу для камер відеонагляду. В результаті відеокамери на КМОП-матрицях більш компактні, в порівнянні з відеокамерами на ПЗС, і дозволяють отримувати доступ до кожного пікселю або до обраних групах пікселів, що полегшує вирішення завдань при формуванні та обробці сигналів з матриці.
Логічним продовженням КМОП-матриць стали PIXIM-матриці. Ключовим моментом PIXIM-матриць є «присутність» аналого-цифрового перетворювача безпосередньо в кожному пікселі матриці і незалежна мікропроцесорна обробка сигналу в режимі реального часу. У PIXIM-матрицях для кожного пікселя проводиться «завмер» інтенсивності освітлення. Після цього підбирається найкращий час експозиції з п’яти можливих значень. Такий підхід називається «мультісемплінгом» і дозволяє працювати з динамічним діапазоном освітленості сцени до 120 дБ.
Переваги КМОП-матриць:
• високу швидкодію (до 500 кадрів / с);
• низьке енергоспоживання (майже в 100 разів у порівнянні з ПЗС);
• простота і низька вартість у виробництві;
• перспективність технології (на одному кристалі реалізуються всі необхідні додаткові схеми: аналого-цифрові перетворювачі, процесор, пам’ять, отримуючи, таким чином, закінчену цифрову камеру на одному кристалі).
Недоліки КМОП-матриць:
• низька чутливість;
• високий рівень шуму (він обумовлений так званими темповими струмами – навіть за відсутності освітлення через фотодіод тече досить значний струм);
• невисокий динамічний діапазон.
КМОП-матриці активно застосовуються за рамками системи відеоспостереження, наприклад, в побутових відеокамерах, електронних фотоапаратах і в камерах, вбудованих в засоби комунікації.

Залишити відповідь