Матрица (фото)
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Фотосенсор, или светочувствительная ма́трица — специализированная интегральная микросхема, объединяющая упорядоченный массив светочувствительных элементов и электронную схему оцифровки либо развёртки. Преобразует оптическое изображение в электрическое и считывает электрический сигнал.
Матрица является основным элементом цифровых фотоаппаратов, современных видео- и телевизионных камер.
Содержание |
[править] Характеристики матриц
- Разрешение: от 0,1 млн. пикселов (камеры в мобильных телефонах) до 11 млн. пикселов (Canon EOS 1Ds) и более (цифровые задники для среднеформатных фотоаппаратов).
- Чувствительность. Ограничивается величиной шумов (см. Достоинства и проблемы цифровой фотографии), у компактных камер 100—400 ед. ISO, у зеркальных — до 1600—3200.
- Размер — от нескольких мм (скрытые охранные видеокамеры) до 24 х 36 мм (дорогие зеркальные фотоаппараты) и более (цифровые задники для среднеформатных камер, специальные применения).
- Чем больше вся матрица и её отдельный элемент (пиксел), тем меньше шумов она вносит в изображение.
- Чем ближе размер матрицы к стандартному фотографическому кадру, 24 х 36 мм, тем больше возможности использования существующих объективов для плёночных камер.
[править] Цветная фотография
В настоящее время для получения цветной фотографии свет от объекта запоминается как сумма минимум трех цветов — красного, зелёного и синего, цветовая модель RGB. Так как по своей природе фотодетекторы матрицы чувствительны во всем видимом диапазоне спектра, то для цветной съёмки применяются специальные технические решения:
- На матрицу накладывается фильтр Байера — подавляющее большинство цифровых фотоаппаратов, недорогие видеокамеры.
- Световой поток через цветоделительные зеркала или призмы направляется на 3 разных матрицы — в профессиональных и продвинутых любительских видеокамерах.
- Трёхслойные матрицы в настоящее время (май 2005 г.) в стадии освоения, производятся единственной фирмой Foveon и применяются лишь в нескольких моделях цифровых фотоаппаратов, в основном дорогих зеркальных.
Достоинства и недостатки этих решений см. в статьях Фильтр Байера, Foveon X3.
[править] Технологии производства матриц
Для преобразования оптического изображения в электрическое в фотоматрицах в настоящее время (2006г.) используется внутренний фотоэффект в кристалле кремния.
[править] ПЗС-матрица
CCD-матрицы (по-русски ПЗС — приборы с зарядовой связью) выпускаются и активно используются компаниями Sony, Fuji, Kodak, Matsushita, Philips и многими другими. Название ПЗС — прибор с зарядовой связью — отражает способ считывания электрического потенциала методом сдвига заряда от фотодетектора к фотодетектору.
[править] КМОП-матрица
CMOS-матрицы (по-русски КМОП — комплементарная структура «металл-оксид-полупроводник») получают всё большее распространение в сегменте недорогих и среднеуровневых решений компаний Canon, Matsushita, Sony. В КМОП-матрицах внутренний фотоэффект, обуславливающий превращение фотонов в электроны, протекает так же, как и в ПЗС-матрицах, только преобразование накопленного потенциальной ямой заряда в напряжение происходит непосредственно внутри пикселя. В результате есть возможность считать данные как всей матрицы, так и отдельного столбца, строки и даже элемента; отпадает необходимость во всех регистрах сдвига и управляющих микросхемах и заметно сокращается энергопотребление.
Однако присутствующие в каждом пикселе преобразователь «заряд-напряжение» и «обвязка» - компоненты, предназначенные для считывания напряжения при обработке сигнала, добавляют к нему помехи, именуемые электронным шумом. Причем для каждого элемента матрицы уровень электронного шума разный. Кроме того, «обвязка» размещается вокруг пикселя, что приводит к малой площади светочувствительного элемента, даже по сравнению с ПЗС-матрицами с буферизацией строк, поэтому чувствительность КМОП-матриц довольно скромная. В итоге КМОП-сенсоры основного успеха достигли в профессиональных фотоаппаратах и студийных камерах. В данной технике используются матрицы с большими габаритами, благодаря этому площадь светочувствительной области получается больше размеров «обвязки» каждого пикселя, а чувствительность достигает приемлемых значений.
[править] DX-матрица
DX матрицы для своих камер профессиональной линейки производят компании Canon и Nikon — это несколько модифицированные CMOS-фотосенсоры, которые представляют собой переходной вариант между CCD- и CMOS- технологиями.
[править] Многослойная матрица типа Foveon X3
В матрицах X3 компании Foveon для цветоделения фильтры Байера не используются. Название сенсора «Х3» означает его «трёхмерность». Фотодетекторы матрицы Foveon X3 расположены в три слоя — синий, зелёный, красный.
[править] Дополнительные конструктивные особенности матриц
Фотодетекторы матрицы могут быть снабжены микролинзами для улучшения цвето- и световосприимчивости матрицы, иметь форму шести- или восьмигранников, быть разного размера, располагаться в несколько слоев и т. д.
