ПЗС и КМОП,основные принципы работы видеокамеры

DVD

Это новый формат, который появился в 2003 году. Благодаря распространению  технологии DVD – этот формат видеокамер стал весьма заманчивый для многих пользователей. Поскольку запись производится на 8см DVD диск, у пользователя такой  видеокамеры есть возможность сразу  просмотреть свое видео на обычном DVD проигрывателе или на компьютере с предустановленным DVD-ROM. Еще важным преимуществом является то, что с  диска DVD невозможно случайно стереть  нужную запись.

Камера DVD формата позволяет проводить  базовое редактирование видеоматериала, переставляя сцены местами или  удаляя ненужные. Возможна и запись неподвижных изображений (размер 640х480 точек). Видеосигнал записывается в  формате MPEG-2 в трех режимах (на выбор): HQ, SP, LP. В режиме наивысшего качества (HQ) на одну сторону miniDVD диска вмещается 20 минут видео. Формат видеозаписи  соответствует потоку 9300 Кбит/с. Формат записи аудио – 5.1 Dolby Digital.AC-3.

HDD - видеокамеры со  встроенным жестким  диском.

Это еще один новый стандарт видеокамер анонсированный фирмой JVC. Поскольку  видеоинформация сохраняется на компактном жестком диске - видеокамеры  этого формата обладают самой  высокой емкостью записи видео. К  примеру в видеокамере с емкостью в 30 Гб можно записать до 37 часов  видео в формате MPEG-2 (качество DVD) и 7 часов очень качественной MPEG-2 видео записи (постоянная скорость записи 8.5Mbps, 720 x 576/50i ULTRA режим с Dolby Digital звучанием (MOD файл), что очень выгодно  выделяет этот формат перед другими  форматами видеокамер. У пользователя такой видеокамеры есть возможность  переписывать видео записи на компьютер  с помощью интерфейса i.LINK (IEEE 1394).

SD Видеокамеры. 

Этот самая компактная видеокамера. Данная видеокамера позволяет записывать на карту памяти SD как неподвижные  изображения, так и видеоданные  в формате MPEG4 (15 кадров/сек), а также  снабжена SD-аудиоплеером с возможностью воспроизведения музыки в формате MP3 и AAC. Видеокамера подключается к компьютеру кабелем USB.

HDV

Этот формат раньше применялся только в профессиональных видеокамерах. На сегодняшний день фирма Sony начала выпуск HDV камер полупрофессионального  уровня. Камера записывает изображение в формате HDV1080i – одном из тех стандартов, на который планируют перейти в будущем многие профессиональные телестудии. 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.Термины, используемые в описаниях видеокамер: 

Оптика 
 
Главное в видеокамере - оптика. Объектив - это "глаз", через который в видеокамеру поступает изображение. Отсюда, качество этого изображения в первую очередь зависит от качества этого "глаза". Поэтому все фирмы-производители стараются оснастить свою продукцию высококачественной оптикой либо собственной разработки, каковой отличаются, например, фирма Canon, либо привлекают к сотрудничеству известных производителей оптики, возьмем к примеру сотрудничество Sony с фирмой Carl Zeiss, Panasonic - с фирмой Leica. 
 
Видоискатель 
 
Во время съемки через окуляр видоискателя можно видеть и регулировать получаемое изображение, а после съемки – просмотреть готовую запись. Изображение может быть черно-белым или цветным у разных моделей. Как правило, черно-белое изображение видится более четко, поэтому его легче сфокусировать при ручной настройке. 
 
ЖК_Дисплей 
 
Жидкокристаллический дисплей - экран, по которому можно контролировать съемку, как в видоискателе, или просмотреть готовую запись. Возможна регулировка яркости изображения и громкости звука. 
 
Мультиэкран 
 
Функция ЖК-экрана, разделяющая его на несколько (обычно 4 или 9) окон, в которых показываются стоп-кадры последовательного движения объекта съемки с интервалом меньше секунды (обычно от 0,1 до 0,5 с). Это очень удобно для анализа каждого движения в спорте, при изучении повадок животных

 
Картинка_в_картинке 
 
Снимите какую-нибудь надпись, или рисунок, или объект и занесите его в память в виде неподвижного изображения. В любой момент: во время съемки, в режиме "Пауза" при записи или при остановке воспроизведения, Вы можете вставить изображение, занесенное ранее в память, в уголке основного снимаемого сюжета.  
 
Режим_LP 
 
LP (Long play) – замедленный режим работы видеокамеры, при котором кассета вмещает в два раза больше записи, чем в стандартном режиме SP (Standart play). В режиме LP на обычную 45-минутную кассету для видеокамеры можно записать 90 минутный фильм. Однако качество цветного изображения при этом ухудшается. 
 
Автоэкспозиция 
 
Экспозиция – установка выдержки и диафрагмы, необходимая для конкретных условий съемки: освещенности, близости объектов, размеров помещения и др. Выбором той или иной программы автоэкспозиции Вы меняете запрограммированные предустановки отверстия диафрагмы и скорости затвора (выдержки). От величины открытого отверстия диафрагмы зависит количество попадающего на матрицу света и глубина резкости (т.е. расстояние, на котором объекты съемки получаются резко). Выдержка влияет как на количество проникающего света, так и на четкость изображения двигающихся объектов. Чем выше скорость объектов, тем скоростнее должен срабатывать затвор. Чем слабее освещенность - тем больше требуемая выдержка.  
 
В большинстве современных видеокамер применяется несколько стандартных режимов, отражающих самые распространенные условия съемки: сумерки ("медленный" или "слабое освещение"), "серфинг и снег", прожектор, спорт, портрет и др. Также присутствует режим "автомат" или "полный автомат", с помощью которого установка делается автоматически. 
 
Стабилизатор_изображения 
 
Стабилизаторы обеспечивают устойчивость кадра, не позволяя ему дрожать. Бывают цифровые и оптические стабилизаторы. Лучшими считаются оптические, так как они применяют дополнительные стабилизирующие компоненты для поддержания ZOOM-линз. Видеокамеры Sony формата Digital8 оборудованы электронной системой стабилизации изображения Super_Steady_Shot. 
 
 
 
 
 

3.ПЗС-матрица_(CCD) 
 
Поступившее в объектив изображение далее попадает на обработку в специальный преобразователь - электронную матрицу ПЗС (устройство с зарядовой связью - charge coupled device, CCD), которая превращает световой сигнал в электрический. ПЗС-матрицы различаются своей чувствительностью, которая во многом зависит от физических размеров матрицы и от количества составляющих ее элементов (разрешения). Физические размеры матриц принято считать в дюймах, и в бытовых видеокамерах они составляют обычно 1/4 или 1/6 дюйма, в "самых-самых" топовых моделях встречаются и матрицы из профессионального мира - 1/3''.  
 
Разрешение измеряется в пикселях. Соотношение тут простое: чем больше элементов матрицы задействовано в формировании изображения, тем четче будет картинка. Поэтому фирмы-производители с каждым годом увеличивают его величину, и в 2000 году был преодолен мегапиксельный (свыше 1 000 000 пикселей) рубеж. В любой матрице часть элементов остается пассивной, поэтому при расчете чувствительности матрицы желательно знать количество ее эффективных пикселей.  
 
Реальное разрешение у видеокамер с одним ПЗС будет несколько хуже, чем с тремя. У 3 ПЗС видеокамер с помощью ее оптики изображение разделяется на три основных цвета и каждый цвет передается на свою ПЗС матрицу.

ПЗС — прибор с зарядовой связью (англ. CCD — Charge-Coupled Device). Общее обозначение класса полупроводниковых приборов, в которых применяется технология управляемого переноса заряда в объеме полупроводника.

4.Принцип действия ПЗС

ПЗС —  прибор с зарядовой связью — отражает способ считывания электрического потенциала методом сдвига заряда от элемента к элементу.

ПЗС устройство состоит из поликремния, отделённого от кремниевой подложки, у которой при подаче напряжения через поликремневые затворы изменяются электрические потенциалы вблизи электродов. Один элемент ПЗС-матрицы формируется тремя или четырьмя электродами. Положительное напряжение на одном из электродов создаёт потенциальную яму, куда устремляются электроны из соседней зоны. Последовательное переключение напряжения на электродах перемещает потенциальную яму, а следовательно, и находящиеся в ней электроны, в определённом направлении. Так происходит перемещение по одной строке матрицы.

Если  речь идёт о ПЗС-линейке, то заряд  в её единственной строке «перетекает» к выходным каскадам усиления и там  преобразуется в уровень напряжения на выходе микросхемы.

У матрицы  же, состоящей из многих видеострок, заряд из выходных элементов каждой строки оказывается в ячейке ещё  одного сдвигового устройства, устроенного  обычно точно таким же образом, но работающего на более высокой  частоте сдвига.

Для использования  ПЗС в качестве светочувствительного устройства часть электродов изготавливается  прозрачной. 

5.История ПЗС

Прибор с зарядовой  связью был изобретён в 1969 году Уиллардом Бойлом и Джорджем Смитом в Лабораториях Белла (AT&T Bell Labs). Лаборатории работали над видеотелефонией (picture phone и развитием «полупроводниковой пузырьковой памяти» (semiconductor bubble memory). Объединив эти два направления, Бойл и Смит занялись тем, что они назвали их «устройствами с зарядовыми пузырьками». Смысл проекта состоял в перемещении заряда по поверхности полупроводника. Так как приборы с зарядовой связью начали свою жизнь как устройства памяти, можно было только поместить заряд во входной регистр устройства. Но стало ясно, что прибор способен получить заряд благодаря фотоэлектрическому эффекту, то есть могут создаваться изображения при помощи электронов.

В 1970 году исследователи Bell Labs научились фиксировать изображения с помощью ПЗС-линеек (в них воспринимающие свет элементы расположены в одну или несколько линий). Таким образом впервые был создан фотоэлектрический прибор с зарядовой связью.^[2]

Впоследствии  под руководством Кадзуо Ивама (Kazuo Iwama) компания Sony стала активно заниматься ПЗС, вложив в это крупные средства, и сумела наладить массовое производство ПЗС для своих видеокамер. Ивама умер в августе 1982. Микросхема ПЗС была установлена на его надгробной плите для увековечения его вклада. ^[3]

С 1975 года начинается активное внедрение телевизионных ПЗС-матриц. А в 1989 году они применялись уже почти в 97 % всех телекамер. 

КМОП.

КМОП-матрица — светочувствительная матрица, выполненная на основе КМОП-технологии.

В КМОП-матрицах используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости.

КМОП (К-МОП; комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник; КМДП; англ. CMOS, Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor) — технология построения электронных схем. В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с биполярными технологиями (ТТЛ, ЭСЛ и др.) является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний). Отличительной особенностью структуры КМОП по сравнению с другими МОП-структурами (N-МОП, P-МОП) является наличие как n-, так и p-канальных полевых транзисторов; как следствие, КМОП-схемы обладают более высоким быстродействием и меньшим энергопотреблением, однако при этом характеризуются более сложным технологическим процессом изготовления и меньшей плотностью упаковки.

Подавляющее большинство современных логических микросхем, в том числе, процессоров, используют схемотехнику КМОП.

6.История КМОП

Схемы КМОП в 1963 изобрёл Фрэнк Вонлас (Frank Wanlass) из компании Fairchild Semiconductor, первые микросхемы по технологии КМОП были созданы в 1968. Долгое время КМОП рассматривалась как энергосберегающая, но медленная альтернатива ТТЛ, поэтому микросхемы КМОП нашли применение в электронных часах, калькуляторах и других устройствах с батарейным питанием, где энергопотребление было критичным.