Как лучшие предложения, хвост не застрял
Датчики КМОП е ПЗС компоненты, используемые в камерах для преобразования света в изображения. Они могут напрямую влиять на такие вещи, как разрешение, светочувствительность, цветопередача и энергопотребление. Ниже вы узнаете, каковы основные преимущества и недостатки каждого типа датчика изображения.
ПЗС-датчик веб-камеры (Изображение: Ethan R / Flickr)
понимание аббревиатур
CCD расшифровывается как «устройство с зарядовой связью» и имеет цепь, состоящую из конденсаторов, соединенных (связанных) друг с другом. КМОП расшифровывается как «комплементарный полупроводник на основе оксида металла» в связи с процессом его производства.
Датчики изображения CCD и CMOS используют один и тот же принцип для съемки изображений: оба улавливают свет, исходящий от объектива, через фотодиоды (или пиксели) и сохраняют свет в виде электрического сигнала.
Датчики CMOS и CCD используют этот электрический заряд по-разному. В ПЗС-устройстве электрический сигнал поступает от датчика, усиливается и проходит через аналого-цифровой преобразователь. Таким образом, заряд каждого фотодиода становится цифровым значением.
В КМОП-камерах пиксели идут с усилителями электрического сигнала, и этот заряд перед выходом уже проходит через аналого-цифровой преобразователь — таким образом, сенсор излучает цифровые значения.
Как работает датчик CCD (изображение: Vitor Pádua / ) Как работает датчик CMOS камеры (изображение: Vitor Pádua / )
Сравнение технологий
| Особенность | ПЗС | КМОП |
|---|---|---|
| Разрешение | До 3200 мегапикселей | До 200 мегапикселей |
| ядра | более высокая точность | более низкая точность |
| светочувствительность | Больше | Меньше |
| скорость захвата | Незначительное, ограничено 11 кадрами в секунду | Больше, может превышать 45 кадров в секунду |
| Потребление энергии | Больше, до 100 раз больше, чем CMOS | Меньше |
| стоимость производства | Более дорогой | Более дешевый |
Разрешение
ПЗС-датчики позволяют достигать очень высоких разрешений: у рекордсмена 3200 мегапикселей, согласно Книге Гиннесса. В свою очередь, датчики CMOS достигают 200 мегапикселей, как Samsung Isocell HP2.
Качество изображения на ПЗС выше. Благодаря производственному процессу датчик передает электрические заряды без искажений через чип, что обеспечивает более плавный сигнал и низкий уровень шума.
ПЗС обеспечивает лучшее качество в сложных сценариях, таких как камеры TDI для сцен с низким освещением и динамичным движением; и для захвата изображений в спектре NIR (ближнего инфракрасного).
Однако, по словам производителя Teledyne, качество CMOS в некоторых случаях уже приближается к ПЗС благодаря достижениям в этой технологии. Например, датчики CMOS используются вместо ПЗС для получения ультрафиолетовых изображений благодаря их высокой скорости считывания.
Galaxy S23 Ultra, мобильный телефон с 200-мегапиксельным CMOS-датчиком (Изображение: Paulo Higa/)
ядра
ПЗС-датчики воспроизводят цвета более точно, чем CMOS, по словам производителя промышленных камер Adimec. Как поясняет Olympus, ПЗС-матрицы создают изображения с большим динамическим диапазоном и меньшим уровнем шума.
Однако разрыв между КМОП и ПЗС сокращается. В тестах с камерами Nikon эксперт Энрико Скарамелли не обнаружил существенных различий в цветопередаче.
И CMOS, и CCD являются монохроматическими, но у них есть цветной фильтр перед пикселями, который пропускает только определенные тона. Фильтры RGB, например, принимают только красный, зеленый и синий цвета. Эти тона используются для расчета реальных цветов сцены.
чувствительность
ПЗС-датчики обладают большей чувствительностью к свету, поскольку каждый пиксель почти полностью предназначен для приема светового сигнала. Это позволяет достичь более высоких значений ISO. В датчиках CMOS часть света попадает на транзисторы, сопровождающие каждый пиксель.
В CMOS каждый пиксель имеет дополнительные компоненты, такие как усилители и преобразователи сигналов, которые уменьшают площадь, доступную для захвата света. Кроме того, электрический сигнал искажается при транспортировке чипом.
Регулировка ISO на камере (Изображение: Felipe Ventura / )
Скорость
КМОП-датчики достичь большей скорости: каждый пиксель имеет транзисторы для усиления электрического сигнала и преобразования его перед транспортировкой из чипа. Это обеспечивает параллельную обработку, которая ускоряет захват изображения.
По словам эксперта Кристины Пиргаки, датчики CMOS могут превысить 45 кадров в секунду (кадров в секунду), а датчики CCD ограничены 11 кадрами в секунду.
Однако датчики CMOS могут генерировать искаженные изображения движущихся объектов из-за метода скользящего затвора, который заключается в захвате изображения построчно. ПЗС, в свою очередь, считывает сразу все пиксели.
Потребление энергии
КМОП-датчики По данным Teledyne FLIR, потребляют до 100 раз меньше энергии, чем эквивалентный ПЗС-сенсор. Датчики CMOS широко используются в сотовых телефонах, крупнейшем сегменте камер в мире, поскольку они меньше по размеру, выделяют меньше тепла и потребляют меньше энергии.
стоимость производства
Операционные системы КМОП-сенсоры они намного дешевле в производстве, чем датчики CCD, как утверждают Edge AI и Vision Alliance. Устройства CMOS менее сложны и могут быть изготовлены на большинстве производственных линий памяти и логических компонентов.
ПЗС-сенсоры могут по-прежнему требоваться для профессионального оборудования. Но по мере того, как производители сенсоров отказываются от ПЗС-технологии, выбор поставщиков становится меньше, что приводит к росту цен.
Дополнительные ресурсы
Большинство CMOS-камер имеют датчик с фронтальной подсветкой: транзисторы расположены рядом с пикселями и уменьшают светочувствительную область.
КМОП с задней подсветкой (BSI) размещает транзисторы под светоприемной поверхностью. По данным Teledyne Photometrics, КМОП-матрица BSI более чувствительна к свету, достигая эффективности 95%. Обычная CMOS имеет КПД до 80%.
Многослойная КМОП имеет светочувствительную поверхность над транзисторами, как и КМОП BSI. Кроме того, процессор обработки изображений (ISP) дополнен быстрой памятью DRAM, что ускоряет фотосъемку.
Некоторые камеры CMOS оснащены встроенной стабилизацией изображения (IBIS). Эта технология, также известная как смещение датчика, перемещает датчик вслед за движением камеры с помощью гироскопа и акселерометра.
ПЗС или КМОП: что выбрать?
ПЗС-сенсоры рекомендуются для приложений, требующих большей точности цветопередачи, лучших характеристик при слабом освещении и меньшего шума. Это справедливо для таких областей, как астрономия и биомедицина.
Датчики CMOS предназначены для компактных устройств, таких как смартфоны, или устройств, не требующих такого высокого качества изображения, таких как камеры видеонаблюдения. Стоит помнить, что новые зеркальные и беззеркальные камеры также, как правило, используют датчики CMOS.
Сенсор с активными пикселямиCMOSУстройство с зарядовой связьюDSLRNikon