ПЗС и КМОП,основные принципы работы видеокамеры

К 1990 году с повышением степени интеграции микросхем встала проблема рассеивания энергии на элементах. В результате технология КМОП оказалась в выигрышном положении. Со временем были достигнуты скорость переключения и плотность монтажа недостижимые в технологиях, основанных на биполярных транзисторах.

Ранние  КМОП-схемы были очень уязвимы  к электростатическим разрядам. Сейчас эта проблема в основном решена, но при монтаже КМОП-микросхем рекомендуется принимать меры по снятию электрических зарядов.

Для изготовления затворов в КМОП-ячейках на ранних этапах применялся алюминий. Позже, в связи с появлением так называемой самосовмещённой технологии, которая предусматривала использование затвора не только как конструктивного элемента, но одновременно как маски при получении сток-истоковых областей, в качестве затвора стали применять поликристаллический кремний.

7.Преимущества КМОП

• Основное  преимущество КМОП технологии — низкое энергопотребление в статическом состоянии. Это позволяет применять такие матрицы в составе энергонезависимых устройств, например, в датчиках движения и системах наблюдения, находящихся большую часть времени в режиме «сна» или «ожидания события».
• Важным преимуществом КМОП матрицы является единство технологии с остальными, цифровыми элементами аппаратуры. Это приводит к возможности объединения на одном кристалле аналоговой, цифровой и обрабатывающей части (КМОП-технология, являясь в первую очередь процессорной технологией, подразумевает не только «захват» света, но и процесс преобразования, обработки, очистки сигналов не только собственно-захваченных, но и сторонних компонентов РЭА), что послужило основой для миниатюризации камер для самого разного оборудования и снижения их стоимости ввиду отказа от дополнительных процессорных микросхем.
• С помощью механизма произвольного доступа можно выполнять считывание выбранных групп пикселов. Данная операция получила название кадрированного считывания (англ. windowing readout). Кадрирование позволяет уменьшить размер захваченного изображения и потенциально увеличить скорость считывания по сравнению с ПЗС-сенсорами, поскольку в последних для дальнейшей обработки необходимо выгрузить всю информацию. Появляется возможность применять одну и ту же матрицу в принципиально различных режимах. В частности, быстро считывая только малую часть пикселей, можно обеспечить качественный режим живого просмотра изображения на встроенном в аппарат экране с относительно малым числом пикселей. Можно отсканировать только часть кадра и применить её для отображения на весь экран. Тем самым получить возможность качественной ручной фокусировки. Есть возможность вести репортажную скоростную съёмку с меньшим размером кадра и разрешением.
• В дополнение к усилителю внутри пиксела, усилительные схемы могут быть размещены в любом месте по цепи прохождения сигнала. Это позволяет создавать усилительные каскады и повышать чувствительность в условиях плохого освещения. Возможность изменения коэффициента усиления для каждого цвета улучшает, в частности, балансировку белого.
• Дешевизна производства в сравнении с ПЗС-матрицами, особенно при больших размерах матриц.

8.Недостатки КМОП

• Фотодиод  ячейки занимает существенно меньшую  площадь элемента матрицы, по сравнению  с ПЗС матрицей с полнокадровым переносом. Поэтому ранние матрицы КМОП имели существенно более низкую светочувствительность, чем ПЗС. Но в 2007 году компания Sony выпустила на рынок новую линейку видео- и фотокамер с КМОП-матрицами нового поколения с технологией EXMOR, которая ранее применялась только для КМОП-матриц в специфических оптических устройствах таких как электронные телескопы. В этих матрицах электронная «обвязка» пиксела препятствующая продвижению фотонов на светочуствительный элемент была перемещена из верхнего в нижний слой матрицы, что позволило увеличить как физический размер пиксела при тех же геометрических размерах матрицы, так и доступность элементов свету, что, соответственно, увеличило светочувствительность каждого пиксела и матрицы в целом. Матрицы КМОП впервые сравнились с ПЗС-матрицами по светочувствительности, но оказались более энергосберегающими и лишенными главного недостатка ПЗС-технологии — «боязни» точечного света. В 2009 году компания Sony улучшила КМОП-матрицы с технологией EXMOR применив к ним технологию «Backlight illumination» («освещение с задней стороны»). Идея технологии проста и полностью соответствует названию.
• Фотодиод ячейки матрицы имеет сравнительно малый размер, величина же получаемого выходного напряжения зависит не только от параметров самого фотодиода, но и от свойств каждого элемента пикселя. Таким образом, у каждого пикселя матрицы оказывается своя собственная характеристическая кривая, и возникает проблема разброса светочувствительности и коэффициента контраста пикселей матрицы. В результате чего первые произведённые КМОП-матрицы имели сравнительно низкое разрешение и высокий уровень так называемого «структурного шума» (англ. pattern noise).
• Наличие на матрице большого по сравнению с фотодиодом объёма электронных элементов создаёт дополнительный нагрев устройства в процессе считывания и приводит к возрастанию теплового шума.

9.

    10.Схема  охраняемого объекта,  находящегося под  видеонаблюдением, выполненная  в среде VideoCAD. 

Заключение.

На первый взгляд казалось, что будущее у  первого цифрового любительского  формата самое радужное. Некоторые  аналитики полагали, что формат станет настоящим стандартом всей цифровой техники. Впрочем, денежная сторона  оказалась сильнее. Некоторые компании решили, что делить прибыль и славу  с остальными ниже их достоинства. Так, например Sony первое время активно поддерживала Mini-DV, а к 1999 году к всеобщему удивлению вдруг анонсировала свой собственный формат - Digital 8. Этот момент стал переломным и спровоцировал серьезную войну стандартов, которая стала причиной торможения  развития рынка цифрового видеооборудования. Масла в огонь подлили маркетологи и специалисты по связям с общественностью. Вполне очевидно, что их основной целью является продвижения продукта таким образом, чтобы максимально охватить аудиторию потенциальных покупателей. Добиться этого можно было довольно простым способом: привлечь внимание к тем качествам видеокамеры, которые пригодятся и профессионалам, и домашним пользователям. В итоге рекламные компании активно продвигали дорогущую оптику, различные видоискатели и ЖК-дисплеи, возможности многократно приближать объекты. Целевая аудитория сложила в корне неверное представление о цифровом видеооборудовании, где главными качествами стали размер матрицы и цифры после пометки «Optical zoom». Покупатели перестали обращать внимание на самый важный фактор: качество съемки. Ведь изначально цифровые технологии разрабатывались для повышения качества изображения, а также решения проблем с монтажом. Вместе с тем, видеокамеры нового поколения в ряде случаев снимали гораздо хуже, чем их аналоговые братья. И это при том, что стоимость видеокамер и не думала снижаться! При этом во многих других сегментах рынка дела обстояли совершенно иначе. Для сравнения : история с цифровыми фотоаппаратами в корне другая: качество повышается, технологии двигаются вперед, а цены только падают 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы

1) Корниенко В.Т. Руководство к лабораторно-практическим занятиям «Физические принципы построения извещателей систем охраны» по курсам «иженерно-техническая защита информации», «физико-математические основы системотехники». Таганрог, 2007

3) http://ru.wikipedia.org/wiki/

4) http://www.effects.ru

5) Виноградова Н.А., Листратов Я.И., Свиридов Е.В.

6) Лёзин Ю.С. «Введение в теорию и технику радиотехнических систем.» 1986

   1. ^ Тенденции в цифровой фотографии. Часть 3 (ПЗС-матрицы) | Цифровое фото  и видео — 3DNews — Daily Digital Digest

   2. ^ AT&T Labs — Innovation — Technology Timeline — Picturephone| AT&T Labs| AT&T

   3. ^ Johnstone, B., We Were Burning : Japanese Entrepreneurs and the Forging of the Electronic Age, 1999, Basic Books

    * Жан М. Рабаи, Ананта Чандракасан, Боривож Николич Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования = Digital Integrated Circuits. — 2-е изд.. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 912. — ISBN 0-13-090996-3

    * Точчи, Рональд, Дж., Уидмер, Нил,  С. Цифровые системы. Теория и практика = Digital Systems: Principles and Applications. — 8-е изд.. — М.: «Вильямс», 2004. — С. 1024. — ISBN 5-8459-0586-9