Типы матриц фотоаппаратов

Матрица является главным структурным элементом фотоаппарата и одним из ключевых параметров, принимаемых во внимание пользователем при выборе фотокамеры. Матрицы современных цифровых фотоаппаратов можно классифицировать по нескольким прознакам, но основным и наиболее распространенным всеже является деление матриц по методу считывания заряда, на: матрицы CCD типа и CMOS матрицы. В данной статье мы рассмотрим принципы работы, а также достоинства и недостатки этих двух типов матриц, так как именно они повсеместно используются в современных фото- и видеотехнике.

CCD матрица

Матрицу CCD называют еще ПЗС-матрицей (Приборы с Зарядовой Связью). ПЗС матрица представляет собой прямоугольную пластину светочувствительных элементов (фотодиодов), расположенных на полупроводниковом кристалле кремния. В основе принципа ее действия лежит построчное перемещение зарядов, которые накопились в прорехах, образованных фотонами в атомах кремния. То есть, при столкновении с фотодиодом, фотон света поглощается и при этом выделяется электрон (происходит внутренний фотоэффект). В результате образуется заряд, который нужно как-то сохранить для дальнейшей обработки. Для этой цели в кремниевой подложке матрицы встроен полупроводник, над которым располагается прозрачный электрод из поликристаллического кремния. И в результате подачи на данный электрод электрического потенциала в обеднённой зоне под полупроводником образуется так называемая потенциальная яма, в которой и хранится полученный от фотонов зарад. При считывании с матрицы электрического заряда осуществляется перенос зарядов (хранящихся в потенциальных ямах) по электродам переноса к краю матрицы (последовательный регистр сдвига) и в сторону усилителя, который усиливает сигнал и передает его в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), откуда преобразованный сигнал направляется в процессор, который обрабатывает сигнал и сохраняет полученное изображение на карту памяти.

Для изготовления ПЗС-матриц используются поликремневые фотодиоды. Такие матрицы отличаются небольшими размерами и позволяют получать достаточно качественные фотографии при съемке с нормальным освещением.

Преимущества ПЗС-матриц:

1. Кконструкция матрицы обеспечивает высокую плотность размещения фотоэлементов (пикселей) на подложке;
2. Высокая эффективность (отношение зарегистрированных фотонов к их общему числу, составляет около 95%);
3. Высокая чувствительность;
4. Хорошая цветопередача (при достаточном освещении).

Недостатки ПЗС-матриц:

1. Высокий уровень шума на высоких ISO (на низких ISO, уровень шума умеренный);
2. Низкая скорость работы в сравнении с CMOS-матрицами;
3. Высокое энергопотребление;
4. Более сложная технология считывания сигнала, так как необходимо много управляющих микросхем;
5. Производство обходится дороже чем CMOS-матриц.

CMOS матрица

Матрица CMOS, или КМОП-матрица (Комплементарные Металл-Оксидные Полупроводники) использует активные точечные сенсоры. В отличие от ПЗС-матриц, КМОП-матрица содержат отдельный транзистор в каждом светочувствительном элементе (пикселе) в результате чего преобразование заряда выполняется непосредственно в пикселе. Полученный заряд может быть считан из каждого пикселя индивидуально, поэтому отпадает необходимость переноса заряда (как это происходит в ПЗС-матрицах). Пиксели КМОП-матрицы интегрируется непосредственно с аналогово-цифровым преобразователем или даже с процессором. В результате применения такой рациональной технологии происходит экономия энергии за счет сокращения цепочек действий по сравнению с матрицами CCD, а также удешевление устройства за счет более простой конструкции.

Краткий принцип работы КМОП-матрицы: 1) Перед съемкой на транзистор сброса подается сигнал сброса. 2) Во время экспозиции свет проникает через линзу и фильтр на фотодиод и в результате фотосинтеза в потенциальной яме накапливается заряд. 3) Считывается значение полученного напряжения. 4) Обработка данных и сохранение изображения.

Преимущества КМОП-матриц:

1. Низкое энергопотребление (особенно в ждущих режимах);
2. Высокое быстродействие;
3. Требует меньше затрат при производстве, благодаря схожести технологии с производством микросхем;
4. Единство технологии с другими цифровыми элементами, что позволяет объединить на одном кристале аналоговую, цифровую и обрабатывающую части (т.е. кроме захвата света в пикселе можно преобразовать, обработать и очистить сигнал от шума).
5. Возможность произвольного доступа к каждому пикселю или группе пикселей, что позволяет уменьшить размер захваченного изображения и увеличить скорость считывания.

Недостатки КМОП-матриц:

1. Фотодиод занимает малую площать пикселя, в результате получается низкая светочувствительность матрицы, но в современных КМОП-матрицах этот минус практически устранен;
2. Наличие теплового шума от нагревающихся транзисторов внутри пикселя в процессе считывания.
3. Относительно большие размеры, фтооборудование с таким типом матриц отличается большим весом и размерами.

Кроме вышеупомянутых типов, существуют еще трехслойные матрицы, каждый слой которых представляет собой CCD. Отличие состоит в том, что ячейки могут одновременно воспринимать три цвета, которые образуются дихроидными призмами при попадании на них пучка света. Затем каждый пучок направляется на отдельную матрицу. В результате яркость синего, красного и зеленого цветов определяется на фотоэлементе сразу. Трехслойные матрицы применяют в видеокамерах высокого уровня, которые имеют специальное обозначение - 3CCD.

Подводя итоги хотелось бы отметить, что с развитием технологий производства CCD и CMOS матриц, меняются и их характеристики, поэтому все сложнее сказать какая из матриц однозначно лучше, но при этом в последнее время в производстве зеркальных фотокамер все большей популярностью пользуются КМОП-матрицы. На основе характерных особенностей различных видов матриц, можно составить четкое представление, почему профессиональная фототехника, обеспечивающая высокое качество съемок, довольно громоздкая и тяжелая. Эту информацию обязательно следует помнить при выборе фотоаппарата - то есть, учитывать физические размеры матрицы, а не количество пикселей.

www.fotik-city.ru

Тип матрицы фотоаппарата - Основы фотографии на fotopiloto.ru

Чаще всего в цифровыефотоаппараты устанавливают два типа матриц (сенсоров) - CCD и CMOS. Оба типа сенсоров представляют собой сетку (матрицу), состоящую из микроскопических светочувствительных оптических элементов, и работают в сущности, одинаково.

CCD (Charge-Coupled Device - прибор с зарядовой связью) конструктивно сравнительно прост: записанная пикселями информация считывается камерой построчно.

В матрице CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor - комплементарнаый металло-оксидный полупроводник) каждый пиксель имеет собственную схему подключения. Так что камера способна считывать показания каждого элемента по отдельности. Основное ее преимущество состоит в том, что пиксели можно использовать в других системах камеры, таких как замер экспозиции и автофокусировка. В CCD и CMOS прошлого поколения отдельные пиксели замеряли интенсивность всего лишь одного из трех основных цветов (красного, зеленого или синего). Матрица новой конструкции, однако, использует технологию, в которой каждый сенсор способен одновременно замерять все три основных цвета.

Сколько нужно пикселей

Количество пикселей (вернее, миллионов пикселей, или мегапикселей, МП), необходимых вашей камере, будет зависеть от того, что вы собираетесь снимать. Многие считают, что лучше всего обеспечить себя максимально доступным разрешением. Тогда при необходимости есть возможность получить снимки максимально высокого качества. Так-то оно так, большое количество мегапикселей иметь хорошо, но давайте сначала посмотрим на таблицу, приведенную ниже.

Проанализировав эти данные, становится ясно, что для печати фотографии 10х15 см достаточно 2 МП. А для формата А4 (21х29,7 см)– 4 МП, а для формата А3 (29,7х42 см) – 8 МП. Спросите себя, часто ли вы печатаете фотографии Формата А3? Многие, конечно вообще редко печатают фотографии, и смотрят их только в электронном виде на экране монитора. Там не менее можно сделать вывод: не стоит без особой необходимости сильно гнаться за количеством мегапикселей. А на что же тогда обращать внимание в матрице? На ее физический размер, это куда более важная характеристика матрицы фотоаппарата. И об этом я писал в другой статье для перехода к ней жмите сюда.

fotopiloto.ru

Как устроена матрица фотокамеры

Лента новостейМир технологийНаука и техника

Средство отображенияФотокамеры

Андрей Виноградов | 28.05.2014

Откуда берется цвет

Какие есть типы матриц

Светочувствительные матрицы используются во многих устройствах. Самое известное из них – фотокамера. Цифровые сенсоры заменили собой пленку, сделав съемку существенно проще и дешевле, открыв для масс возможность делать тысячи снимков, платя лишь раз – при покупке фотоаппарата.

Откуда берется цвет

Матрица фотоаппарата весьма непростое устройство, хотя на первый взгляд представляет собой просто ряды светочувствительных фотодиодов. Ее основная задача заключается в преобразовании полученных импульсов в электрический ток. Причем сделать это нужно так, чтобы в итоге получилось цветное изображение с высокой детализацией.

Когда фотографы спорят о том, матрица чьего фотоаппарата более точно и глубоко передает цвет, они даже не задумываются, что каждый из пикселей – монохромный. Цвет появляется благодаря хитрым системам. Таким, как мозаичные фильтры. Это самая распространенная технология получения цветного изображения.

Матрица накрыта тончайшим фильтром, который делит сенсор на субпиксели. Каждому из них присваивается свой цвет, в дальнейшем таким образом формируется общая картинка. Существует целый ряд подтипов, наиболее известным из которых является фильтр Байера, названный в честь сотрудника компании Kodak, доктора Брайса Э. Байера (Bryce Bayer), создавшего эту технологию в 1976 году.

Данный светофильтр делит каждый пиксель на два зеленых, красный и синий субпиксели. Таким образом изображение делится на точки, но метод не лишен недостатков. Главный из них – потеря четкости, так как недостающую информацию приходится интерполировать, то есть вычислять, дорисовывать. Тем не менее сегодня проблема потеряла остроту, поскольку пиксели стали настолько маленькими, что увидеть потерю резкости крайне сложно.

Впрочем, существуют и альтернативные системы получения цветного изображения. Например, матрица Foveon, которую использует в своих фотокамерах компания Sigma. Foveon X3 по сути состоит из трех матриц (не путать с трехматричными системами 3CCD!), расположенных друг над другом, но не пропускает свет определенного спектра.

Поэтому нет необходимости применять интерполяцию – то, что попало на матрицу, записывается в файл. Но и эта система не идеальна: главным образом Foveon X3 страдает из-за высоких шумов. Дело в том, что идеально распределить получаемый свет по слоям крайне непросто, и некоторая часть света поглощается «чужим» слоем. Разумеется, изображение от этого не улучшается.

Система 3CCD используется в видеокамерах, скажу о ней кратко – специальная призма делит свет на три составляющие и каждая матрица формирует свое изображение, объединяющееся в одно силами процессора.

Какие есть типы матриц

Существует два основных типа: ПЗС (прибор с зарядовой связью – Charge-Coupled Device, CCD) и КМОП (комплементарная структура «металл-оксид-полупроводник» – Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS). Вдаваться в технические подробности я не стану – принципиальная разница заключается в методе снятия заряда со светочувствительного элемента сенсора. На тематических форумах можно прочесть не одну сотню страниц, написанных пользователями, которые пытаются доказать, что ПЗС лучше КМОП и наоборот. Если же взглянуть на механизм формирования изображения, становится ясно, что на цветопередачу влияют многие параметры и способ передачи электрического сигнала от пикселя к процессору – далеко не главный. Вы наверняка замечали, что разные модели фотокамер имеют свою фирменную цветопередачу и даже уровень шумов. При этом производителей матриц немного. Безусловным лидером считается компания Sony, чьи матрицы используют также Nikon и Pentax. Взгляните на необработанные JPEG от Pentax K10D, Nikon D80 и Sony A100. Характерные особенности картинки хорошо видны, несмотря на то, что во всех трех стоит один и тот же ПЗС-сенсор разрешением 10 Мп.

Последним доводом в пользу того, что ПЗС «круче» КМОП является то, что средний формат до последнего времени использовал только матрицы первого типа. Но это происходило скорее из-за того, что данный рынок развивается медленнее, ведь спрос на дорогущие и не универсальные среднеформатные камеры не исчисляется миллионами. А в нынешнем году КМОП пришел и в высший сегмент – именно эти матрицы установлены в Pentax 645Z, а также в цифровом заднике Phase One IQ250.

Сколько мегапикселей достаточно

Чем больше – тем лучше. В идеале, конечно. Ведь каждый пиксель – это дополнительная информация, которая повышает резкость, а в конечном итоге и детализацию. Но не все так просто.

Но не надо расстраиваться! Прогресс не стоит на месте, и сегодняшние матрицы лучше прежних. Не верите? Хорошо, давайте рассмотрим вопрос во времени. Загляните на тематический форум, и вы найдете не один десяток сообщений, что, мол, новая 24-Мп камера – это уже слишком, вот есть же матрица с 14 Мп – на ней пиксели «жирные», а значит, лучше! Открываешь темы трех-пятилетней давности, где говорят: «Эх, наделали целых 14 Мп, куда столько? Лучше бы сделали новую 10-Мп, но с меньшими шумами». Восемь лет назад та же история наблюдалась при переходе от 6 Мп к 10 Мп. К чему это я? К тому, что, несмотря на рост разрешения, раньше камерой с матрицей формфактора APS-C можно было снимать на ISO 200–400, сегодня же я без опаски могу выставить и ISO 1600, а иногда и 3200. При этом следует учитывать, что, если снизить разрешение кадра с 24 до 6 Мп, шумы тоже снизятся, даже без применения дополнительных алгоритмов. Если добавить к этому возможность вырезать фрагменты кадра (если позволяет оптика) в значительно большей степени, нежели при низком разрешении, действительно получается, что чем больше пикселей, тем лучше. Главное, чтобы делали матрицы опытные инженеры, например, как в той же Sony.

Теги: изображение, фотокамеры, видеокамеры

Журнал IT-Expert № 05/2014 [ PDF ] [ Подписка на журнал ]

www.it-world.ru

Сравнение матриц в видеокамерах и фотоаппаратах (CMOS, CCD) - Фото техника

Сравнение матриц в видеокамерах и фотоаппаратах (CMOS, CCD)

Недавно в нашей статье о выборе видеокамеры для семьи мы писали о матрицах. Там мы коснулись этого вопроса легко, однако сегодня постараемся более детально описать обе технологии.

Что же такое матрица в видеокамере? Это микросхема, которая преобразовывает световой сигнал в электрический. На сегодняшний день существует 2 технологии, то есть2 типа матриц – CCD (ПЗС) и CMOS (КМОП). Они отличаются друг от друга, каждая имеет свои плюсы и минусы. Нельзя точно сказать, какая из них лучше, а какая – хуже. Они развиваются параллельно. Вдаваться с технические детали мы не будем, т.к. они будут банально непонятны, но общими словами определим их главные плюсы и минусы.

Технология CMOS (КМОП)

CMOS-матрицы в первую очередь хвастаются низким энергопотреблением, что плюс. Видеокамера с этой технологией будет работать чуть дольше (зависит от емкости аккумулятора). Но это мелочи.

Главное отличие и достоинство – это произвольное считывание ячеек (в CCD считывание осуществляется одновременно), благодаря чему исключается размазывание картинки. Возможно, вы когда-нибудь видели «вертикальные столбы света» от точечных ярких объектов? Так вот CMOS-матрицы исключают возможность их появления. И еще камеры на их основе дешевле.

Недостатки также есть. Первый из них – небольшой размер светочувствительного элемента (в соотношении к размеру пикселя). Здесь большая часть площади пикселя занята под электронику, поэтому и площадь светочувствительного элемента уменьшена. Следовательно, чувствительность матрицы уменьшается.

Т.к. электронная обработка осуществляется на пикселе, то и количество помех на картинке возрастает. Это также является недостатком, как и низкое время сканирования. Из-за этого возникает эффект «бегущего затвора»: при движении оператора возможно искажение объекта в кадре.

Технология CCD (ПЗС)

Видеокамеры с CCD-матрицами позволяют получить высококачественное изображение. Визуально легко заметить меньшее количество шумов на видео, отснятом с помощью видеокамеры на основе CCD-матрицы по сравнению с видео, отснятым на камеру CMOS. Это самое первое и важное преимущество. И еще: эффективность CCD-матриц просто потрясающая: коэффициент заполнения приближается к 100%, соотношение зарегистрированных фотонов равен 95%. Возьмите обычный человеческий глаз – здесь соотношение равно приблизительно 1%.

ПЗС-матрица камеры

Высокая цена и большое энергопотребление – это недостатки данных матриц. Дело в том, что здесь процесс записи невероятно труден. Фиксация изображения осуществляется благодаря многим дополнительным механизмам, которых нет в CMOS-матрицах, поэтому технология CCD существенно дороже.

CCD-матрицы используются в устройствах, от которых требуется получение цветного и качественного изображения, и которыми, возможно, будут снимать динамические сцены. Это профессиональны видеокамеры в своем большинстве, хотя и бытовые тоже. Это также системы наблюдения, цифровые фотоаппараты и т.д.

CMOS-матрицам применяются там, где нет особо высоких требований к качестве картинки: датчики движения, недорогих смартфонах…Впрочем, так было ранее. Современные матрицы CMOS имеют разные модификации, что делает их весьма качественными и достойными с точки зрения составления конкуренции матрицам CCD.

Сейчас сложно судить о том, какая технология лучше, ведь обе демонстрируют прекрасные результаты. Поэтому ставить тип матрицы как единственный критерий выбора, как минимум, глупо. Важно учитывать многие характеристики.

faqstorage.ru

Как устроена матрица фотокамеры. Какая матрица ПЗС (CCD) и КМОП (CMOS) лучше. | Все о фотоаппаратах и о фотографиях

Светочувствительные матрицы используются во многих устройствах. Самое известное из них - фотокамера. Цифровые сенсоры заменили собой пленку, сделав съемку существенно проще и дешевле, открыв для масс возможность делать тысячи снимков, платя лишь раз - при покупке фотоаппарата.

Откуда берется цвет

Матрица фотоаппарата - весьма непростое устройство, хотя на первый взгляд представляет собой просто ряды светочувствительных фотодиодов. Ее основная задача заключается в преобразовании полученных импульсов в электрический ток. Причем сделать это нужно так, чтобы в итоге получилось цветное изображение с высокой детализацией.

Когда фотографы спорят о том, матрица чьего фотоаппарата более точно и глубоко передает цвет, они даже не задумываются, что каждый из пикселей - монохромный. Цвет появляется благодаря хитрым системам. Таким, как мозаичные фильтры. Это самая распространенная технология получения цветного изображения. Матрица накрыта тончайшим фильтром, который делит сенсор на субпиксели. Каждому из них присваивается свой цвет, в дальнейшем таким образом формируется общая картинка. Существует целый ряд подтипов, наиболее известным из которых является фильтр Байера, названный в честь сотрудника компании Kodak, доктора Брайса Э. Байера (Bryce Bayer), создавшего эту технологию в 1976 году. Данный светофильтр делит каждый пиксель на два зеленых, красный и синий субпиксели. Таким образом изображение делится наточки, но метод не лишен недостатков. Главный из них - потеря четкости, так как недостающую информацию приходится интерполировать, то есть вычислять, дорисовывать. Тем не менее сегодня проблема потеряла остроту, поскольку пиксели стали настолько маленькими,что увидеть потерю резкости крайне сложно.

Впрочем, существуют и альтернативные системы получения цветного изображения. Например, матрица Foveon, которую использует в своих фотокамерах компания Sigma. Foveon X3 по сути состоит из трех матриц (не путать с трехматричными системами 3CCD!), расположенных друг над другом, но не пропускает свет определенного спектра. Поэтому нет необходимости применять интерполяцию - то, что попало на матрицу, записывается в файл. Но и эта система не идеальна: главным образом Foveon Х3 страдает из-за высоких шумов. Дело в том, что идеально распределить получаемый свет по слоям крайне непросто, и некоторая часть света поглощается «чужим» слоем. Разумеется, изображение от этого не улучшается.

Система 3CCD используется в видеокамерах, скажу о ней кратко - специальная призма делит свет на три составляющие и каждая матрица формирует свое изображение, объединяющееся в одно силами процессора.

Какие есть типы матриц

Существует два основных типа: ПЗС (прибор с зарядовой связью - Charge-Coupled Device, CCD) и КМОП (комплементарная структура «металл-оксид-полупроводник» - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS). Вдаваться в технические подробности я не стану - принципиальная разница заключается в методе снятия заряда со светочувствительного элемента сенсора. На тематических форумах можно прочесть не одну сотню страниц, написанных пользователями, которые пытаются доказать, что ПЗС лучше КМОП и наоборот. Если же взглянуть на механизм формирования изображения, становится ясно, что на цветопередачу влияют многие параметры и способ передачи электрического сигнала от пикселя к процессору - далеко не главный. Вы наверняка замечали, что разные модели фотокамер имеют свою фирменную цветопередачу и даже уровень шумов. При этом производителей матриц немного. Безусловным лидером считается компания Sony, чьи матрицы используют также Nikon и Pentax. Взгляните на необработанные JPEG от Pentax K10D, Nikon D80 и Sony А100. Характерные особенности картинки хорошо видны, несмотря на то, что во всех трех стоит один и тот же ПЗС-сенсор разрешением 10 Мп.

Да что там разные производители! Во времена сотрудничества Samsung и Pentax разница в изображении «клонов» была весьма значительной. Изображения, формируемые на 14-Мп матрице корейского производства более грамотно формировались в «родном» Samsung GX-20, нежели в Pentax K20D, поэтому и цветопередача была точнее, и шумы меньшими. Все это доказывает: гораздо важнее правильно обработать сигнал.

Последним доводом в пользу того, что ПЗС «круче» КМОП является то, что средний формат до последнего времени использовал только матрицы первого типа. Но это происходило скорее из-за того, что данный рынок развивается медленнее, ведь спрос на дорогущие и не универсальные среднеформатные камеры не исчисляется миллионами. А в нынешнем году КМОП пришел и в высший сегмент - именно эти матрицы установлены в Pentax 645Z, а также в цифровом заднике Phase One IQ250.

Сколько мегапикселей достаточно

Чем больше - тем лучше. В идеале, конечно. Ведь каждый пиксель -это дополнительная информация, которая повышает резкость, а в конечном итоге и детализацию. Но не все так просто.

Прежде всего, хочу разочаровать всех жаждущих заполучить фотокамеру с условными тремя мегапикселями и рабочими ISO 102400. Дело ведь не в том, что производители не хотят считаться с энтузиастами, которым не нужно сверхвысокое разрешение при отсутствии шумов. Такую матрицу сделать даже с современными технологиями непросто.

Но не надо расстраиваться! Прогресс не стоит на месте, и сегодняшние матрицы лучше прежних. Не верите? Хорошо, давайте рассмотрим вопрос во времени. Загляните на тематический форум, и вы найдете не один десяток сообщений, что, мол, новая 24-Мп камера - это уже слишком, вот есть же матрица с 14 Мп - на ней пиксели «жирные», а значит, лучше! Открываешь темы трехпятилетней давности, где говорят: «Эх, наделали целых 14 Мп, куда столько? Лучше бы сделали новую 10-Мп, но с меньшими шумами». Восемь лет назад та же история наблюдалась при переходе от 6 Мп к 10 Мп. К чему это я? К тому, что, несмотря на рост разрешения, раньше камерой с матрицей формфактора APS-C можно было снимать на ISO 200-400, сегодня же я без опаски могу выставить и ISO 1600, а иногда и 3200. При этом следует учитывать, что, если снизить разрешение кадра с 24 до 6 Мп, шумы тоже снизятся, даже без применения дополнительных алгоритмов. Если добавить к этому возможность вырезать фрагменты кадра (если позволяет оптика) в значительно большей степени, нежели при низком разрешении, действительно получается, что чем больше пикселей, тем лучше. Главное, чтобы делали матрицы опытные инженеры, например, как в той же Sony.

fotofacts.ru

Что такое матрица в фотоаппарате?

Есть разные типы матриц видеокамер и фотоаппаратов. В фото- и видеотехнике они представляют собой главный структурный элемент. Это сенсорное устройство, и его главная характеристика – светочувствительность. Благодаря работе матрицы световой оптический сигнал становится цифровым и превращается в картинку, которую вы потом видите на экране. Тип матрицы и ее размер определяет качество фотоснимков.

Физически это прямоугольная пластика, изготовленная из полупроводниковых материалов. На поверхности матрицы находятся пиксели. Их там миллионы, и если вы когда-нибудь слышали такое понятие, как, например, 10 Мегапикселей, то это значит, что на поверхности матрицы 10 миллионов пикселей. Располагается каждый пиксель отдельно друг от друга. Назначение одного пикселя – формирование точки изображения.

Распространенное заблуждение: мегапиксели в видеокамере и фотоаппарате не играют решающей роли, и их значение очень сильно переоценено. Часто количеством мегапикселей пытаются измерить кошерность той или иной камеры, но это всего лишь маркетинговые приемы – учтите это.

Матрицы имеют более важные параметры, определяющие непосредственно качество картинки. В первую очередь это физический размер. Чем матрица больше, тем лучше качество снимка. Физические параметры это ни что иное, как диагональ, площадь и ширина.

Именно размер матрицы определяет уровень и качество снимков, не количество пикселей, как часто люди считают. Количество пикселей определяют лишь величину снимка, его разрешение, а это не так важно.

Типы матриц

Есть разные типы матриц, которые отличаются друг от друга видом светофильтра:

• RGB (самые распространенные);
• RGBW (позволяют получать отличные снимки даже при плохом освещении);
• RGBE (делают снимки максимально приближенными к естественным цветам).

Также они отличаются по технологии трансформации светового сигнала. Различают матрицы CMOS (КМОП) и CCD (ПЗС). Обе технологии развиваются параллельно, и чаще всего ПЗС матрицы используются в телескопах, микроскопах, но довольно распространено их применение в практике фото. Какая технология лучше, почти невозможно сказать. Как мы уже выразились, они развиваются параллельно, обладают некоторыми достоинствами и недостатками.

ПЗС-матрица камеры

CMOS матрицы отличаются более простой технологией трансформации сигнала. Их производство обходится дешевле, поэтому и фотоаппараты с CMOS матрицами стоят меньше. CCD матрицы используют дополнительные механизмы для фиксации изображения, и сама по себе технология является более сложной. Следовательно, камеры с CCD матрицами стоят дороже.

При производстве ПЗС (CCD) матриц используются поликремневые фотодиоды, они отличаются небольшими размерами, позволяют получить качественные снимки даже при плохом освещении. При производстве КМОП (CMOS) матриц используются металлооксидные полупроводниковые материалы. Разницу в качестве снимков на глаз определить почти невозможно, но нельзя было не упомянуть о разнице в используемых материалах при создании того и другого типа матрицы.

Пожалуй, это все. Вынести из статьи следовало следующее: матрица в фотоаппарате – это основной структурный элемент, как двигатель в автомобиле. И размером этого структурного элемента в первую очередь определяется качество изображения. Размером, а не количество пикселей на поверхности.

tehnika-soveti.ru

Матрица фотокамеры

Матрица фотокамеры - это микросхема, состоящая из светочувствительных элементов - фотодиодов (пикселей). На следующем рисунке показана матрица, расположенная на плате цифрового фотоаппарата.

Матрица предназначена для преобразования спроецированного на неё оптического изображения в аналоговый электрический сигнал или в поток цифровых данных, который в последствии обрабатывается процессором фотокамеры и сохраняется в виде фотографии на карте памяти фотоаппарата. То есть матрица - это устройство фотокамеры, где получается изображение.

Можно сказать, что это аналог плёночного кадра. Лучи света, собранные объективом, так же как и на пленке создают картинку. Разница лишь в том, что на плёнке эта картинка хранится, а на датчиках матрицы, как это было уже сказано, электрические сигналы, обрабатываются процессором камеры, и в виде файла сохраняют изображение на карте памяти.

Устройство матрицы

Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселов. Каждый пиксель при попадании на него света вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. То есть чем больше световой поток, тем больше вырабатывается электрический сигнал.

Поскольку используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой, для того, чтобы она была цветной, пиксели покрывают цветными светофильтрами – красным, либо синим, либо зеленым фильтром, в соответствии с известной цветовой схемой RGB, которая дословно переводится, как red-green-blue – основные цвета, а все остальные получаются путем их смешения и уменьшения или увеличения их насыщенности. Стоит оговориться, что каждый пиксель покрывают только одним цветом. Не может быть такого, чтобы пиксель был одновременно красным и синим.

На матрице светофильтры располагаются группами по четыре, так что на два зеленых приходится по одному синему и красному, это делается потому, что человеческий глаз наиболее чувствителен именно к зеленому цвету.

Из школьной физики все мы знаем, что световые лучи разного спектра имеют разную длину волн, поэтому фильтр пропускает в каждую ячейку (в каждый пиксель) лучи только своего цвета.

Красный пиксель будет пропускать только световые лучи красного спектра, зеленые - зеленого, а синие - синего. Показанное на картинке расположение фильтров на ячейках матрицы называется шаблоном Байера.

Основные типы матриц

Основных однослойных типов матриц два. Это матрицы типа CCD и матрицы типа CMOS. Они различаются только способом считывания информации с сенсора. С многослойными матрицами познакомимся чуть позже.

В матрицах типа CCD (можно перевести, как ПЗС (прибор с зарядовой связью)) информация считывается с ячеек последовательно, поэтому время обработки файла может занять довольно много времени.

В матрицах типа CMOS (дословно можно перевести, как КМОП(комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник)) информация считывается индивидуально с каждой ячейки. В ней каждый пиксел обозначен координатами, что позволяет использовать матрицу для экспозамера и автофокусировки.

К плюсам первого типа матрицы можно отнести их дешевизну и наверное главное их преимущество в том, что уровень шума на полученных с их помощью снимках меньше.

Описанные типы матриц – однослойные, но есть еще и трехслойные. В них каждая ячейка воспринимает одновременно три цвета, различая разноокрашенные цветовые потоки по длине волн.

Поступающий в камеру свет, попадая на пару дихроидных призм, делится на три основных цвета: красный, зелёный и синий. Каждый из этих пучков направляется на отдельную матрицу (чаще всего используется CCD матрицы, поэтому в наименовании соответствующей аппаратуры употребляется обозначение 3CCD). Трёхматричные системы применяются обычно в видеокамерах среднего и высокого класса.

Теперь Вы знаете что такое матрица фотокамеры, её принцип и из чего она состоит. В следующей статье мы расскажем Вам о размерах матрицы и как она влияет на формат кадра.