CCD или CMOS? Критерии выбора
Матрица – это основа любого фото- или видеоустройства. Она определяет качество и размер получаемого изображения. На сегодняшний день в изготовлении матриц используются два разных технологичных принципа — CCD и CMOS. Очень часто можно услышать вопрос: «Какую матрицу выбрать: CCD или CMOS?» Среди любителей фото- и видеотехники по этому поводу идут жаркие споры. В этой статье мы проведем обзор этих двух типов и попробуем разобраться, какая матрица лучше — CCD или CMOS.
Общая информация
Матрицы предназначены для оцифровки параметров световых лучей на их поверхности. Говорить о явном преимуществе одной из технологий не представляется возможным. Можно проводить сравнение по конкретным параметрам и выявлять лидера в том или ином аспекте. Что касается предпочтений пользователей, то зачастую для них главным критерием является стоимость изделия, даже если оно будет уступать по качеству или техническим характеристикам своему конкуренту.
Итак, давайте разберемся, что представляют собой оба типа устройств. CCD-матрица – это микросхема, которая состоит из светочувствительных фотодиодов; она создана на кремниевой основе. Особенность ее работы заключается в принципе действия устройства с зарядовой связью. CMOS-матрица – это прибор, созданный на основе полупроводниковых полевых транзисторов, имеющих изолированный затвор с каналами различной проводимости.
Принцип работы
Перейдем к выявлению отличий, которые помогут определиться в выборе: что же лучше — матрица CMOS или CCD? Главным различием этих двух технологий является принцип их работы. CCD-устройства заряд от пикселей преобразуют в электрический потенциал, который усиливается за пределами светочувствительных сенсоров. В результате получается изображение в аналоговом виде. После этого проводится оцифровка всей картинки в АЦП. То есть прибор состоит из двух частей — непосредственно матрицы и преобразователя. CMOS-технология характеризуются тем, что производит оцифровывание каждого пикселя в отдельности. На выходе получается уже готовая цифровая картинка. То есть электрический заряд в пикселе матрицы накапливается в конденсаторе, с которого снимается электрический потенциал. Он передается на аналоговый усилитель (встроенный непосредственно в пикселе), после чего оцифровывается в преобразователе.
Что же выбрать: CCD или CMOS?
Одним из немаловажных параметров, которые определяют выбор между этими технологиями, является количество усилителей матрицы. CMOS-устройства имеют большее количество этих приборов (в каждой точке), поэтому при прохождении сигнала несколько снижается качество картинки. Поэтому CCD-матрицы используют для создания изображений с высокой степенью детализации, например, в медицинских, исследовательских, промышленных целях. А вот CMOS-технологии применяют в основном в бытовой технике: веб-камерах, смартфонах, планшетах, ноутбуках и т. п.
Следующим параметром, который определяет, какой тип лучше — CCD или CMOS, — является плотность фотодиодов. Чем она выше, тем меньше фотонов «пропадет вхолостую», соответственно, изображение будет лучше. В этом параметре CCD-матрицы обходят своих конкурентов, так как предлагают макет, не имеющий таких зазоров, в то время как у CMOS они присутствуют (в них расположены транзисторы).
Тем не менее, когда перед пользователем встает выбор: какой тип матрицы — CMOS или CCD — приобрести, всплывает главный параметр – цена устройства. CCD-технология значительно дороже своего конкурента и энергозатратнее. Поэтому устанавливать их там, где достаточно изображения среднего качества, нецелесообразно.
fb.ru
| Secuteck.Ru
CCD или CMOS? Что лучше?
В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Сенсор изображения является важнейшим элементом любой видеокамеры. Сегодня практически во всех камерах используются датчики изображения CCD или CMOS. Оба типа датчика выполняют задачу преобразования изображения, построенного на сенсоре объективом, в электрический сигнал. Однако вопрос, какой датчик лучше, до сих пор остается открытым
Н.И. Чура
Технический консультант
ООО «Микровидео Группа»
CCD является аналоговым датчиком, несмотря на дискретность светочувствительной структуры. Когда свет попадает на матрицу, в каждом пикселе накапливается заряд или пакет электронов, преобразуемый при считывании на нагрузке в напряжение видеосигнала, пропорциональное освещенности пикселей. Минимальное количество промежуточных переходов этого заряда и отсутствие активных устройств обеспечивают высокую идентичность чувствительных элементов CCD.
CMOS-матрица является цифровым устройством с активными чувствительными элементами (Active Pixel Sensor). С каждым пикселем работает свой усилитель, преобразующий заряд чувствительного элемента в напряжение. Это дает возможность практически индивидуально управлять каждым пикселем.
Эволюция CCD
С момента изобретения CCD лабораторией Белла (Bell Laboratories, или Bell Labs) в 1969 г. размеры сенсора изображения непрерывно уменьшались. Одновременно увеличивалось число чувствительных элементов. Это естественно вело к уменьшению размеров единичного чувствительного элемента (пикселя), а соответственно и его чувствительности. Например, с 1987 г. эти размеры сократились в 100 раз. Но благодаря новым технологиям чувствительность одного элемента (а следовательно, и всей матрицы) даже увеличилась.
Что позволило доминировать
С самого начала CCD стали доминирующими сенсорами, поскольку обеспечивали лучшее качество изображения, меньший шум, более высокую чувствительность и большую равномерность параметров пикселей. Основные усилия по совершенствованию технологии были направлены на улучшение характеристик CCD.
Как растет чувствительность
По сравнению с популярной матрицей Sony HAD стандартного разрешения (500х582) конца 1990-х гг. (ICX055) чувствительность моделей более совершенной технологии Super HAD выросла почти в 3 раза (ICX405) и Ex-view HAD – в 4 раза (ICX255). Причем для черно-белого и цветного варианта.
Для матриц высокого разрешения (752х582) успехи несколько менее впечатляющие, но если сопоставлять модели цветного изображения Super HAD с самыми современными технологиями Ex-view HAD II и Super HAD II, то рост чувствительности составит в 2,5 и 2,4 раза соответственно. И это несмотря на уменьшение размеров пикселя почти на 30%, поскольку речь идет о матрицах самого современного формата 960H с увеличенным количеством пикселей до 976х582 для стандарта PAL. Для обработки такого сигнала Sony предлагает ряд сигнальных процессоров Effio.
Добавилась ИК-составляющая
Одним из эффективных методов роста интегральной чувствительности является расширение спектральных характеристик чувствительности в область инфракрасного диапазона. Это особенно характерно для матрицы Ex-view. Добавление ИК-составляющей несколько искажает передачу относительной яркости цветов, но для черно-белого варианта это не критично. Единственная проблема возникает с цветопередачей в камерах «день/ночь» с постоянной ИК-чувствительностью, то есть без механического ИК-фильтра.
Развитие этой технологии в моделях Ex-view HAD II (ICX658AKA) в сравнении с предыдущим вариантом (ICX258AK) обеспечивает рост интегральной чувствительности всего на 0,8 дБ (с 1100 до 1200 мВ) с одновременным увеличением чувствительности на длине волны 950 нм на 4,5 дБ. На рис. 1 приведены характеристики спектральной чувствительности этих матриц, а на рис. 2 – отношение их интегральной чувствительности.
Оптические инновации
Другим методом роста чувствительности CCD являются увеличение эффективности пиксельных микролинз, светочувствительной области и оптимизация цветовых фильтров. На рис. 3 представлено устройство матриц Super HAD и Super HAD II, показывающее увеличение площади линзы и светочувствительной области последней модификации.
Дополнительно в матрицах Super HAD II значительно увеличено пропускание светофильтров и их устойчивость к выцветанию. Кроме того, расширено пропускание в коротковолновой области спектра (голубой), что улучшило цветопередачу и баланс белого.
На рис. 4 представлены спектральные характеристики чувствительности матриц Sony 1/3″ Super HAD (ICX229AK) и Super HAD II (ICX649AKA).
CCD: уникальная чувствительность
В совокупности перечисленных мер удалось добиться значительных результатов по улучшению характеристик CCD.
Сравнить характеристики современных моделей с более ранними вариантами не представляется возможным, поскольку тогда не производились цветные матрицы широкого применения даже типового высокого разрешения. В свою очередь, сейчас не производятся черно-белые матрицы стандартного разрешения по новейшим технологиям Ex-view HAD II и Super HAD II.
В любом случае по чувствительности CCD до сих пор являются пока недостижимым ориентиром для CMOS, поэтому они все еще широко используются за исключением мегапиксельных вариантов, которые очень дорого стоят и применяются в основном для специальных задач.
CMOS: достоинства и недостатки
Сенсоры CMOS были изобретены в конце 1970-х гг., но их производство удалось начать только в 1990-е по причине технологических проблем. И сразу наметились их основные достоинства и недостатки, которые и сейчас остаются актуальными.
К достоинствам можно отнести большую интеграцию и экономичность сенсора, более широкий динамический диапазон, простоту производства и меньшую стоимость, особенно мегапиксельных вариантов.
С другой стороны, CMOS-сенсоры обладают меньшей чувствительностью, обусловленной, при прочих равных условиях, большими потерями в фильтрах структуры RGB, меньшей полезной площадью светочувствительного элемента. В результате множества переходных элементов, включая усилители в тракте каждого пикселя, обеспечить равномерность параметров всех чувствительных элементов значительно сложнее в сравнении с CCD. Но совершенствование технологий позволило приблизить чувствительность CMOS к лучшим образцам CCD, особенно в мегапиксельных вариантах.
Ранние сторонники CMOS утверждали, что эти структуры будут гораздо дешевле, потому что могут быть произведены на том же оборудовании и по тем же технологиям, что и микросхемы памяти и логики. Во многом данное предположение подтвердилось, но не полностью, поскольку совершенствование технологии привело к практически идентичному по сложности производственному процессу, как и для CCD.
С расширением круга потребителей за рамки стандартного телевидения разрешение матриц стало непрерывно расти. Это бытовые видеокамеры, электронные фотоаппараты и камеры, встроенные в средства коммуникации. Кстати, для мобильных устройств вопрос экономичности довольно важный, и здесь у CMOS-сенсора нет конкурентов. Например, с середины 1990-х гг. разрешение матриц ежегодно вырастало на 1–2 млн элементов и теперь достигает 10–12 Мпкс. Причем спрос на CMOS-сенсоры стал доминирующим и сегодня превышает 100 млн единиц.
CMOS: улучшение чувствительности
Первые образцы камер наблюдения конца 1990-х – начала 2000-х с CMOS-матрицами имели разрешение 352х288 пкс и чувствительность даже для черно-белого варианта около 1 лк. Цветные варианты уже стандартного разрешения отличались чувствительностью около 7–10 лк.
Что предлагают поставщики
В настоящее время чувствительность CMOS-матриц, безусловно, выросла, но не превышает для типовых вариантов цветного изображения величины порядка нескольких люксов при разумных величинах F числа объектива (1,2– 1,4). Это подтверждают данные технических характеристик брендов IP-видеонаблюдения, в которых применяются CMOS-матрицы с прогрессивной разверткой. Те производители, которые заявляют чувствительность около десятых долей люкса, обычно уточняют, что это данные для меньшей частоты кадров, режима накопления или по крайней мере включенной и достаточно глубокой АРУ (AGC). Причем у некоторых производителей IP-камер максимальная АРУ достигает умопомрачительной величины –120 дБ (1 млн раз). Можно надеяться, что чувствительность для этого случая в представлении производителей предполагает пристойное отношение «сигнал/шум», позволяющее наблюдать не один только «снег» на экране.
Инновации улучшают качество видео
В стремлении улучшить характеристики CMOS-матриц компания Sony предложила ряд новых технологий, обеспечивающих практическое сравнение CMOS-матриц с CCD по чувствительности, отношению «сигнал/шум» в мегапиксельных вариантах.
Новая технология производства матриц Exmor основана на изменении направления падения светового потока на матрицу. В типовой архитектуре свет падает на фронтальную поверхность кремниевой пластины через и мимо проводников схемы матрицы. Свет рассеивается и перекрывается этими элементами. В новой модификации свет поступает на тыльную сторону кремниевой пластины. Это привело к существенному росту чувствительности и снижению шума CMOS-матрицы. На рис. 5 поясняется различие структур типовой матрицы и матрицы Exmor, показанных в разрезе.
На фото 1 приведены изображения тестового
объекта, полученные при освещенности 100 лк (F4.0 и 1/30 с) камерой с CCD (фронтальное освещение) и CMOS Exmor, имеющих одинаковый формат и разрешение 10 Мпкс. Очевидно, что изображение камеры с CMOS по крайней мере не хуже изображения с CCD.
Другим способом улучшения чувствительности CMOS-сенсоров является отказ от прямоугольного расположения пикселей с построчным сдвигом красного и синего элементов. При этом в построении одного элемента разрешения используются по два зеленых пикселя – синий и красный из разных строк. Взамен предлагается диагональное расположение элементов с использованием шести соседних зеленых элементов для построения одного элемента разрешения. Такая технология получила название ClearVid CMOS. Для обработки предполагается более мощный сигнальный процессор изображений. Различие структур расположения цветных элементов иллюстрируются рис. 6.
Считывание информации осуществляется быстродействующим параллельным аналого-цифровым преобразователем. При этом частота кадров прогрессивной развертки может достигать 180 и даже 240 кадр/с. При параллельном съеме информации устраняется диагональный сдвиг кадра, привычный для CMOS-камер с последовательным экспонированием и считыванием сигнала, так называемый эффект Rolling Shutter – когда полностью отсутствует характерный смаз быстро движущихся объектов.
На фото 2 приведены изображения вращающегося вентилятора, полученные CMOS-камерой с частотой кадров 45 и 180 кадр/с.
Полноценная конкуренция
В качестве примеров мы приводили технологии Sony. Естественно, CMOS-матрицы, как и CCD, производят и другие компании, хотя не в таких масштабах и не столь известные. В любом случае все так или иначе идут примерно одним путем и используют похожие технические решения.
В частности, известная технология матриц Panasonic Live-MOS также существенно улучшает характеристики CMOS-матриц и, естественно, похожими методами. В матрицах Panasonic уменьшено расстояние от фотодиода до микролинзы. Упрощена передача сигналов с поверхности фотодиода. Уменьшено количество управляющих сигналов с 3 (стандартные CMOS) до 2 (как в CCD), что увеличило фоточувствительную область пикселя. Применен малошумящий усилитель фотодиода. Используется более тонкая структура слоя датчиков. Сниженное напряжение питания уменьшает шум и нагрев матрицы.
Можно констатировать, что мегапиксельные матрицы CMOS уже могут успешно конкурировать с CCD не только по цене, но и по таким проблемным для этой технологии характеристикам, как чувствительность и уровень шума. Однако в традиционном CCTV телевизионных форматов CCD-матрицы остаются пока вне конкуренции.
Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #5, 2011
Посещений: 73540
Автор
| |||
В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
secuteck.ru
Матрицы CCD и CMOS
1. Введение в датчики изображений
Когда изображение объективом видеокамеры, свет проходит через линзы и падает на датчик изображения. Датчик изображения, или матрица, состоит из множества элементов, также называемых пикселями, которые регистрируют количество света, упавшего на них. Полученное количество света пиксели преобразуют в соответствующее количество электронов. Чем больше света упадет на пиксель, тем больше электронов он сгенерирует. Электроны преобразуются в напряжение, а затем конвертируются в числа, согласно значениям АЦП (Аналого-Цифровой Преобразователь, A/D-converter). Сигнал, составленный из таких чисел, обрабатывается электронными цепями внутри видеокамеры.
В настоящее время, существует две основные технологии, которые могут быть использованы при создании датчика изображения в камере, это CCD (Charge-Coupled Device, ПЗС – прибор с зарядовой связью) и CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor, КМОП – комплементарный металлооксидный полупроводник). Их характеристики, достоинства и недостатки будут рассмотрены в данной статье. На рисунке ниже изображены ПЗС (наверху) и КМОП (внизу) датчики изображений.
Цветовая фильтрация. Как уже было описано выше, датчики изображений регистрируют объем света, упавшего на них, от светлого до темного, но без цветовой информации. Поскольку КМОП и ПЗС датчики изображений «не видят цвет», перед каждым из датчиков ставится фильтр, позволяющий присвоить каждому пикселю в датчике цветовой тон. Два основных метода цветовой регистрации это RGB (Red-Greed-Blue, Красный-Зеленый-Синий) и CMYG (Cyan-Magenta-Yellow-Green, Голубой-Пурпурный-Желтый-Зеленый). Красный, зеленый и синий являются основными цветами, различные комбинации которых могут составить большинство цветов, воспринимаемых глазом человека.
Фильтр Байера (или массив Байера, англ. Bayer array), состоящий из сменяющих друг друга строк красно-зеленых и сине-зеленых фильтров, является наиболее распространенным RGB-цветовым фильтром (см. Рис. 2). Фильтр Байера содержит удвоенное количество зеленых «ячеек», т.к. человеческий глаз более чувствителен к зеленому цвету, а не красному или синему. Это также означает, что, при таком соотношении цветов в фильтре, человеческий глаз увидит больше деталей, чем если бы три цвета использовались в равной пропорции в фильтре.
Другой способ фильтровать (или регистрировать) цвет – использовать дополнительные цвета – голубой, пурпурный и желтый. Фильтр из дополнительных цветов обычно комбинируется с зеленым цветовым фильтром в форме CMYG-цветового фильтра (CMYG-color array), как показано на рисунке 2 (справа). CMYG-цветовой фильтр обычно предлагает более высокий сигнал пикселя, т.к. обладает более широкой спектральной полосой пропускания. Тем не менее, сигнал должен быть преобразован в RGB для использования в итоговом изображении, а это влечем за собой дополнительную обработку, и вносит шумы. Следствием этого является снижение отношения сигнал-шум, поэтому CMYG-системы, как правило, не столь хороши при передаче цветов.
CMYG-цветовой фильтр обычно используется в датчиках изображения с чересстрочной разверткой, в то время как RGB-системы в первую очередь используются в датчиках изображения с прогрессивной разверткой.
2. CCD-технология
В CCD-сенсоре, свет (заряд), падающий на пиксель сенсора, передается от микросхемы через один выходной узел, или через всего лишь несколько выходных узлов. Заряды преобразуются в уровень напряжения, накапливаются и рассылаются как аналоговый сигнал. Этот сигнал затем суммируется и преобразуется в числа аналого-цифровым преобразователем, вне сенсора (см. рис. 3).
CCD-технология была изобретена специально для использования в видеокамерах, и CCD-сенсоры используются на протяжении 30 лет. Традиционно, у CCD-сенсоров есть ряд преимуществ перед CMOS-сенсорами, а именно лучшая светочувствительность и низкий уровень шумов. В последнее время, однако, различия едва заметны.
Недостатки CCD-сенсоров заключаются в том, что они являются аналоговыми компонентами, что требует наличия большего числа электроники «около» сенсора, они дороже в производстве и могут потреблять до 100 раз больше энергии, чем CMOS-сенсоры. Повышенное энергопотребление может также привести к повышению температуры в самой камере, что негативно сказывается не только на качестве изображения и увеличивает стоимость конечного продукта, но и степень воздействия на окружающую среду.
CCD-сенсоры также требуют более скоростную передачу данных, т.к. все данные проходят через всего лишь через один или несколько выходных усилителей. Сравните рисунки 4 и 6, показывающие платы с CCD-сенсором и CMOS-сенсором соответственно.
3. CMOS-технология
На ранней стадии, обычные CMOS-чипы использовались для отображения, однако качество картинки было низким, в связи с низкой световой чувствительностью КМОП-элементов. Современные CMOS-сенсоры изготавливаются по более специализированной технологии, что привело к стремительному росту качества изображения и светочувствительности за последние годы.
CMOS-чипы обладают рядом преимуществ. В отличие от CCD-сенсоров, CMOS-сенсоры содержат в себе усилители и аналого-цифровые преобразователи, что значительно снижает стоимость конечного продукта, т.к. он уже содержит все необходимые элементы для получения изображения. Каждый CMOS-пиксель содержит электронные преобразователи. По сравнению с CCD-сенсорами, CMOS-сенсоры обладают большим функционалом и более широкими возможностями интеграции. Из других преимуществ следует также отметить более быстрое считывание, меньшее потребление энергии, высокую сопротивляемость шумам и меньший размер системы.
Тем не менее, наличие электронных схем внутри чипа приводит к риску появления более структурированного шума, например полос. Калибровка CMOS-сенсоров при производстве также более сложна, по сравнению в CCD-сенсорами. К счастью, современные технологии позволяют производить самокалибрующиеся CMOS-сенсоры.
В CMOS-сенсорах существует возможность считывания изображения с отдельных пикселей, что позволяет «оконизировать» изображение, т.е. считывать показание не всего сенсора, а лишь его определенного участка. Таким образом, можно получить большую частоту кадров с части сенсора для последующей цифровой PTZ (англ. pan/tilt/zoom, панорама/наклон/масштаб) обработки. Кроме того, это дает возможность передавать несколько видеопотоков с одного CMOS-сенсора, имитируя несколько «виртуальных камер»
4. HDTV и мегапиксельные камеры
Мегапиксельные сенсоры и телевиденье высокой четкости позволяет цифровым IP-камерам обеспечивать более высокое разрешение изображения, чем аналоговые CCTV-камеры, т.е. они дают большую возможность различить детали и идентифицировать людей и объекты – ключевой фактор в видеонаблюдении. Мегапиксельная IP-камера обладает как минимум вдвое большей разрешающей способностью, по сравнению с аналоговой CCTV-камерой. Мегапиксельные сенсоры являются ключевым моментов в телевидении высокой четкости, мегапиксельных и мульти-мегапиксельных камерах. И могут быть использованы для обеспечения экстремально высокой детализации изображения и многопотокового видео.
Мегапиксельные CMOS-сенсоры более широко распространены и гораздо дешевле чем мегапиксельные CCD-сенсоры, несмотря на то, что есть и довольно дорогие CMOS-сенсоры.
Сложно изготовить быстрый мегапиксельный CCD-сенсор, что конечно же является недостатком, и следовательно сложно изготовить мульти-мегапиксельную камеру с использованием CCD-технологии.
Большинство сенсоров в мегапиксельных камерах в целом аналогичны по размеру изображения VGA-сенсорам, с разрешением 640х480 пикселей. Однако мегапиксельный сенсор содержит больше пикселей, чем VGA-сенсор, соответственно размер каждого пикселя в мегапиксельном сенсоре меньше размера пикселя в VGA-сенсоре. Следствием этого является меньшая светочувствительность каждого пикселя в мегапиксельном сенсоре.
Так или иначе, прогресс не стоит на месте. Идет стремительное развитие мегапиксельных сенсоров, и их светочувствительность постоянно возрастает.
5. Основные отличия
CMOS-сенсоры содержат в себе усилители, А/Ц-преобразователи и часто микросхемы дл дополнительной обработки, в то время как в камере с CCD-сенсором большинство функций по обработке сигнала проводятся за пределами сенсора. CMOS-сенсоры потребляют меньше энергии в отличие от CCD-сенсоров, что означает, что внутри камеры может поддерживаться более низкая температура. Повышенная температура CCD-сенсоров может увеличить интерференцию. С другой стороны CMOS-сенсоры могут страдать от структурированного шума (полосы и т.д.).
CMOS-сенсоры поддерживают «оконизацию» изображения и многопотоковое видео, что невозможно в CCD-сенсорах. CCD-сенсоры обладают как правило одним А/Ц-преобразователем, в то время как в CMOS-сенсорах им обладает каждый пиксель. Более быстрое считывание в CMOS-сенсорах позволяет их использовать при изготовлении мульти-мегапиксельных камер.
Современные технологические достижения стирают разницу в светочувствительности между CCD- и CMOS-сенсорами.
6. Заключение
CCD и CMOS-сенсоры обладают различными преимуществами и недостатками, но технологии стремительно развиваются и ситуация постоянно меняется. Вопрос о том выбрать ли камеру с CCD-сенсором или с CMOS-сенсором становится несущественным. Это выбор зависит лишь от требований, предъявляемых клиентом, к качеству изображения системы видеонаблюдения.
www.asb-video.ru
Добавить комментарий:Комментарии: 158, на тему: ccd vs cmos
Добавить комментарий |
|
radojuva.com
технология сканирования CCD преимущества и недостатки
Технология CCD
Аббревиатура CCD (Charge-Coupled Device) означает “прибор с зарядовой связью” (ПЗС). Технология сканирования CCD получила свое название по типу датчиков изображения, который в ней используется – CCD (ПЗС).Процесс сканирования:
Оригинал протягивается над стеклом экспонирования, подсвечивается с помощью источника света – флуоресцентной лампы. Отраженный от оригинала свет, преломляясь системой зеркал, фокусируется при помощи сферической линзы, на CCD-камеру с датчиками изображения, вызывает в них электрический сигнал, который затем преобразуется в цифровой код и сохраняется в виде файла.
Особенности CCD-технологии:
1) Источник света – флуоресцентная лампа
В технологии CCD оригинал подсвечивается белым светом. В качестве источника белого света используется флуоресцентная лампа.
Недостатки:
Увеличенное время выхода в готовность
Для того, чтобы достичь белого цвета нужной температуры такая лампа должна выходить на режим в течение часа с момента включения. Можно начинать сканировать и раньше, но возникнет искажение цветов.
Повышенное потребление энергии и невысокий ресурс лампы
Для того, чтобы быть готовым к работе сканер должен поддерживать лампу в рабочем состоянии – лампа должна постоянно “гореть” (если её выключить, то сканер вновь придется выводить на режим). Эта особенность приводит к повышенному потреблению энергии, а главное, к снижению ресурса лампы.
2) Камера CCD включает 4 датчика Камера CCD состоит из 4-х линейных светочувствительных датчиков. Перед 3-мя из них установлены светофильтры соответственно красного, зеленого и синего цветов (RGB). Светофильтры выделяют красную, зеленую и синюю составляющие из отраженного от оригинала белого света. Четвертый линейный датчик служит для сканирования в монохромном режиме.
Недостатки:
Повышенная стоимость технологии и увеличенное время сканирования в цвете связанное с дополнительной обработкой данных.
Линейные датчики пространственно разнесены друг относительно друга. Во время сканирования красная составляющая будет считываться в позиции [x,y] и в то же время зеленая составляющая в позиции [x,y + смещение], а синяя в позиции [x,y + 2*смещение]. Для получения достоверной информации о цвете в заданной точке, требуется дополнительная математическая обработка данных, что приводит к удорожанию технологии.
3) Оптическая система состоит из линз и зеркал
Линейный размер CCD-камеры составляет 50-80 мм в зависимости от модели сканера. Этот размер существенно меньше ширины области сканирования (свыше 300 мм), с которой производит считывание эта камера. Поэтому для каждой камеры нужна оптическая система, состоящая из линзы и зеркал. Линза используется для уменьшения изображение оригинала до размеров CCD-камеры. Кроме того, чтобы изображение было резким оно должно оказаться в фокусе линзы, а для этого требуется разнести считывающий датчик и сканируемый оригинал на расстояние около 1 метра. Понятно, что при этом габариты сканера сильно возрастают. Для уменьшения габаритов до разумных размеров используется система преломляющих зеркал.
Недостатки:
Повышенные габариты и масса сканера
Оптическая система, состоящая из линз и зеркал, увеличивает габариты и массу сканера
Ограниченная геометрическая точность сканирования
Проходя через линзу, отраженный свет претерпевает искажения, которые известны в оптике под названием сферических аберраций. В силу этого геометрическая точность сканирования снижается. Возникающие искажения производитель компенсирует путем сложной математической обработки данных.
Высокая чувствительность к внешним воздействиям
Элементы оптической системы крепятся на отдельных кронштейнах. Минимальные смещения элементов оптической системы, приводят к рассогласованию изображения в местах стыковки соседних CCD-камер. Возникает так называемый “эффект склейки”.
В силу этой причины CCD-сканеры очень чувствительны к вибрациям, механическим воздействиям, перепадам температур и требуют регулярной калибровки. Пользователь должен быть внимательным и постоянно проверять, не появился ли указанный недостаток вновь и не пора ли провести калибровку.
www.jetcom.ru
Выбираем DV видеокамеру / Фото и видео
Вступление
Я уже рассказывал о проблеме выбора видеокамеры на наших страницах. Но тогда была затронута только проблему выбора между Digital8 и miniDV. И получен вывод, что не стоит выбирать камеру по размеру кассеты, лучше обратить внимание на характеристики самой камеры.
Выбор видеокамеры – дело ответственное. Рынок наполняется различными моделями, рекламные проспекты обещают всё мыслимое и не мыслимое в одном флаконе. На покупателя вываливается куча информации, море технических терминов, красочно расписываются уникальные возможности разных моделей. Неопытному человеку совсем не просто разобраться в таком объёме информации. И иногда оказывается, что глаза раскрываются слишком поздно, когда камера уже куплена, и изменить ничего нельзя. Что бы хоть как упорядочить информацию, и не позволить читателю обмануть себя красивыми словами и сладкими обещаниями, и предназначена эта статья.
Прежде всего надо уяснить, что важнейший показатель для видеокамеры – качество видеосъёмки НЕВОЗМОЖНО оценить только ознакомившись с ТТХ. По ним можно делать только предварительные выводы. Окончательный выбор придётся делать только посмотрев как снимают конкурсанты, выбранные в результате предварительного сравнения ТТХ. Причём, смотреть надо не на встроенной LCD матрице, на которой, обычно, показывается далеко не так, как камера снимает на самом деле, а на телевизоре.
Но даже известные ТТХ далеко не всегда можно трактовать с полной определённостью (А однозначно и всегда лучше чем В). Поэтому иногда в результате разъяснения того или иного термина вопросов возникнет больше, чем ответов.
Параметры ПЗС (CCD) матрицы.
Charge-coupled device (CCD) или прибор с зарядовой связью (ПЗС). Так называется микросхема, которая способна улавливать свет и преобразовывать его в электрические сигналы. Это «сердце» любой цифровой камеры, ведь именно CCD непосредственно принимает и обрабатывает изображение. Подробнее о том, что это такое, как оно развивалось и как всё работает, можно узнать в статье посвящённой анатомии цифровых фотоаппаратов. Видеокамера не фотоаппарат, но принципы положенные в основу CCD одинаковые во всех случаях.
Очевидно, что от CCD во многом (но не во всём!) зависит насколько хорошо снимает камера. Читатель ознакомившийся с этой статьёй знает, какими параметрами определяется качество CCD. К сожалению, узнать подробные характеристики CCD стоящей на той или иной камере возможно далеко не всегда (точнее, почти всегда невозможно). Обычно, всё что известно это количество пикселей на CCD и размер. Иногда гордо заявляется об некоторых использованных при изготовлении CCD технологиях. К сожалению, для большинства читателей (да и продавцов, которым, вроде как, по долгу службы положено это знать) эти термины остаются не более чем рекламными слоганами, что реально стоит за ними они не имеют ни малейшего представления. Так, например, многие из читателей наверное слышали, что Sony в новейших камерах использует CCD изготовленные с помощью технологий HAD и Advanced HAD. Но самый частый ответ, который можно услышать поинтересовавшись что это такое, в лучшем случае будет цитата с www.sony.ru:
При просмотре видеозаписей, сделанных в условиях низкой освещенности, кажется, что изображение дрожит. Это явление называется цветовым шумом. Технология Advanced HAD, которой оборудованы наши видеокамеры, подавляет до 50% цветовых шумов и делает изображение более четким и естественным.
Но правда, как это обычно и бывает, несколько шире, от того что можно увидеть в рекламе.
Как известно, если на CCD подавать напряжение но не подавать света (например снимать камерой в полной темноте), то в ней самопроизвольно возникают так называемые «темновые токи». А где ток, там и сигнал, который интерпретируется камерой как реальная видеоинформация. Именно поэтому в темноте и «шумят» цифровые камеры и фотоаппараты.
Пример цифрого шума на фрагменте снимка
Слева оригинал — справа параметр «яркость»
выставлен на максимум для подсветки артефактов
Главная причина темнового тока, дефекты в кремниевой пластине, из которой изготавливался CCD (примеси или повреждение кристаллической решётки) и перегрев CCD. Что бы полностью избавиться от всех этих проблем нам понадобится соответствующая технология. Очень желательно, при этом, разместить завод в космосе, ведь земное притяжение влияет на процесс роста кремниего кристалла далеко не лучшим образом. Сегодня такие условия недоступны для массового производства, поэтому проще бороться с темновыми токами как с неизбежным злом. Технология разработанная Sony для этого и называется HAD – Hole Accumulation Diode. Основа её, это добавленный ещё один диодный слой, который и притягивает «лишние» электроны, которые и составляют темновой ток. Но это касается только простой HAD технологии. Sony не остановилась на достигнутом, и в рекламных плакатах её камер появилось выражение Advanced HAD. В современной ССD для того что бы направить пучок фотонов именно на нужный фотодиод, используются микролинзы, расположенные над каждым диодом. Всё отличие HAD от Advanced HAD в том, что Sony удалось упаковать эти линзы плотнее, ближе друг к другу.
Преимущества этого решения очевидны, ведь чем ближе друг к другу расположены микролинзы, тем более чистую картинку можно получить.
Но означает ли это, что камеры Sony изготовленные с Advanced HAD CCD более совершенны, чем все конкуренты? Как ни странно, вовсе нет. Ведь Hole Accumulation Diode далеко не единственный метод борьбы с темновыми шумами. Что и как используется в каждой конкретной камере зачастую сказать невозможно, поэтому определить какая из камер одного поколения но разных производителей лучше справится с темновыми шумами основываясь только на общедоступных данных нельзя. То же касается и плотности расположения микролинз на CCD. Что можно утверждать с уверенностью, так это что в линейке камер Sony при прочих равных камера с HAD а особенно с Advanced HAD CCD будет снимать качественнее чем без оных. Но переносить это утверждение на другие фирмы будет не совсем верно, потому что точной информации что за CCD где стоят нет ни у кого. Единственный метод выяснить правду – это реальное сравнение камер в одинаковых условиях.
Примечание: последняя разработка Sony в области CCD, это CCD с дополнительным слоем микролинз. В идеале свет на фотодиод должен падать строго перпендикулярно, при чём все фотоны должны идти строго параллельно. Однако, на CCD свет падает под самыми разными углами. Один слой микролинз не всегда может выровнять пучок так, как требуется. Вот в этом (выравнивании пучков света) и должен помогать второй слой микролинз. Кроме этого, в этих CCD используются усовершенствованные материалы, что позволило существенно повысить светочувствительность подобных матриц. Такие CCD называются EXView HAD, но в видеокамеры любительского уровня они пока что не ставятся. Их основное применение, на сегодня, это чёрно-белые камеры невысокого разрешения, которые должны работать в условиях недостаточного освещения. Например, охранные.
Кроме этого, большинство производителей указывают размер CCD матрицы по диагонали. Указывается он, обычно, в части от дюйма, например 1/2, 1/4, 1/38 и так далее. На первый взгляд кажется, что чем больше матрица тем лучше. Ведь если распределить равное количество света по разной площади, то большей площадью уловить проще, при прочих равных. Вроде бы этот простой вывод подтверждается и тем, что на профессиональных камерах стоят CCD матрицы огромного (по сравнению с любительскими) размера.
Зернистость бордовой поверхности это не цифровой шум!
Это структура ткани стенда 🙂
Тем не менее, это не совсем верно. С 1969 года, когда работавшие в лабораториях Bell Вильям Бойл и Джордж Смит создали первый ССD, электроника прошла огромный путь. В современных видеокамерах можно встретить CCD разных поколений, и размер не определяет совсем ничего. CCD изготовленная по более совершенной технологии при меньших размерах может быть гораздо качественнее (по любому параметру) чем более внушительный по размеру, но менее совершенный собрат. А что именно стоит в каждой конкретной модели камеры, как уже говорилось, не знает никто, кроме производителя.
Три матрицы последнего поколения. Размер совпадает с пленочным кадром
Фото с выставки Фотокина2002 (Кёлн)
Кроме этого не стоит забывать, что матрица обрабатывает только то, что проецирует объектив. Поэтому рассматривать их надо вместе. Так, например, установка большой CCD при малом диаметре объектива бессмысленна. Если растянуть изображение пропускаемое через маленький объектив на всю большую матрицу, то это чревато серьёзными оптическими искажениями.
В свете всего вышесказанного, как ни печально, но размер CCD не говорит ни о чём, и не может выступать как определяющий фактор при выборе видеокамеры. Но он пригодится при оценке объектива.
Объектив
В сочетании с CCD, объектив определяет качество съёмки. Но, в отличии от электроники, в оптике прогресс шагает не такими широкими шагами и бардака здесь меньше. Параметры которыми определяются потребительские свойства объективов давным-давно определенны, и прекрасно знакомы каждому, кто занимался фотографией. Поэтому для них не являются загадкой цифры, которые можно встретить на объективах видеокамер. Остальные же нуждаются в небольших пояснениях.
Обычно, на объективе (или в ТТХ камеры) можно найти два значения. Это:
f – всегда две цифры, от какой то до какой то. Например f=3,6~36 mm.
и
F – обычно одна цифра например F=1.8. Но бывает и две, например F=1.8-3.0
Начнём с маленькой f, как более простой, и нужной для объяснения второго значения. Под этой буквой кроется фокусное расстояние. Фокусное расстояние – это расстояние от плоскости на которую фокусируется изображение (в нашем случае это CCD, в фотоаппаратах и кинокамерах плёнка) до тонкой линзы объектива. Что бы исключить влияние фокусировки, объект который проецируется на CCD должен быть бесконечно удалённым. Иными словами, фокусное расстояние это расстояние между тонкой линзой и изображением бесконечно удалённого объекта. Две цифры – указывают на то что объектив имеет переменное фокусное расстояние. Измеряется оно обычно в миллиметрах. При смене фокусного расстояния меняется угол обзора. Чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол обзора. И наоборот, чем оно меньше, тем угол обзора больше. Кроме этого, на изменении фокусного расстояния основан оптический zoom объектива, чем фокусное расстояние меньше тем больше zoom. Кстати, zoom можно легко высчитать, поделив большее значение фокусного расстояния на меньшее. Так, например, объектив с фокусным расстоянием f=3.6~36 mm имеет zoom 10x, а с фокусным расстоянием f= 4.1~73.8 mm уже 18x. Значения фокусного расстояния напрямую зависят от размера CCD (ведь именно это определяет, какого размера должно быть спроецированное и сфокусированное изображение).
В фототехнике фокусные расстояния объективов часто пересчитывают под какое-либо из стандартных значений (например под 35 миллиметров), но в видеокамерах подобная практика не прижилась. Если вас это сильно интересует, обратитесь к специализированной литературе. От себя же могу сказать, не стоит гонятся за слишком уж большим диапазоном фокусных расстояний. Чудес не бывает, и попытка получить огромный zoom при маленьком размере объектива, не приведёт ни к чему хорошему.
Второе значение, которое обычно указывается для объективов, это относительное отверстие. Считается оно по простой формуле, если диаметр отверстия через которое проходит свет поделить на фокусное расстояние, то мы получим значение равное единице поделенной на относительное отверстие:
D/f=1/F
Правильная маркировка относительного отверстия выглядит как, например 1:1.8 или 1:3.0. Но часто пишут проще, F=1.8 или F=3.0. Как видно, относительное отверстие может меняться как с изменение фокусного расстояния, так и с изменением диаметра линзы. Диаметр самой линзы, конечно же, никто не меняет, для этого служит диафрагма. Диафрагма, обычно, представляет из себя несколько металлических пластин, которые двигаясь по спирали могут менять диаметр отверстия посередине. Она хорошо видна на объективах старых фотоаппаратов, но не стоит и пытаться разглядеть её в новых видеокамерах. На новых камерах диафрагма (если она вообще есть) запрятана глубоко внутрь, и снаружи её не видно. Регулируется она автоматически, в зависимости от освещения и пользователь повлиять на неё может только настройкой экспозиции.
Примечание: иногда на цифровых камерах используют объективы вообще без диафрагмы. Её роль исполняет электронный затвор. Чем меньше выдержка тем меньше считается диафрагма. И наоборот. Это решение подходит для камер которым приходиться снимать в условиях всегда одинакового освещения, поэтому среди бытовых камер такое редкость (если вообще встречается).
Чем меньше значение относительного отверстия (F), тем лучше объектив пропускает свет, а значит тем лучших результатов от него можно ждать в условиях малой освещённости. Высокое же значение F свидетельствует о большой глубине резкости. При этом стоит учитывать, что самый лучший объектив может быть безнадёжно испорчен плохой CCD. Впрочем, такие сочетания среди серийных камер не встречаются.
Относительное отверстие и фокусные расстояния хоть и важные, но далеко не единственные параметры, которые определяют качество объектива. При малом диаметре линз, свойственным любительским видеокамерами, и достаточно большом диапазоне фокусных расстояний практически невозможно избежать различных оптических искажений (абераций).
Вообще, всевозможных видов искажений много, и вряд ли хоть один объектив может похвастаться тем, что полностью их лишён. Искажения можно поделить на два вида, геометрические и хроматические.
Геометрические искажения – это отличия изображения прошедшего через объектив с его сложной системой линз от того, что есть на самом деле, и возникают из за того, что манипуляции с изображением которые происходят в линзах и призмах, из которых состоят объективы нельзя провести с абсолютной точностью. Любая насадка на камеру, например широкоугольная, с расширением возможностей объектива добавляет таких искажений.
Хроматические искажения. Эти искажения возникают, если волны разной длины (а значит и цвета) через объектив проходят по разному. Выглядит это как ореол другого цвета (чаще всего фиолетового) вокруг ярких объектов.
Кроме конструкции объектива, значение имеют и линзы, на основе которых объектив собран. К счастью, видеокамеры, даже самые дешёвые избежали участи дешёвых фотоаппаратов, и пластмассовых линз на них вы не встретите. Только стекло. Но и стекло стеклу рознь. К сожалению оценить качество линз «на глаз» невозможно, а судить по косвенным данным (например по производителю) не всегда верно. Хорошим подтверждением этого факта являются камеры Sony. На самые младшие и на самые старшие модели видеокамер этой фирмы ставятся объективы производства самой Sony. А на средние – Carl Zeiss. Таким образом, линзы этой прославленной фирны не удостоились чести красоваться на самых дорогих и качественных камерах от Sony. Зато этой чести удостоились линзы, бренд которых используется и в самых дешёвых камерах.
Приблизительно прикинуть качество линз можно поснимав панорамы против Солнца (на ни в коем случае ни само Солнце! Если не использовать специальных светофильтров, это может привести к повреждению CCD матрицы). На хорошей оптике должно быть меньше бликов (в идеале их не будет вообще).
Размер и вес камеры
Размер и вес современных DV камер колеблется от чуть больше пачки сигарет и веса в несколько сотен грамм, до весьма солидных агрегатов весом около килограмма (а то и выше). И здесь нельзя однозначно сказать, что чем меньше, тем лучше. Во первых, при малом размере оптики сложно сделать объектив хорошего качества. Во вторых, согласно первому закону Ньютона, более тяжёлый предмет легче удержать спокойным (не дёргая). С другой стороны, мне известны случаи, когда у человека после целого дня съёмок тяжёлой камерой потом рука болела, словно он целый день мешки таскал. В общем, решить с какой камерой удобнее всего, можно только покрутив различные экземпляры в руках. Если интересует лично моё мнение – то я считаю оптимальным весом для камеры 600-700 грамм, и размер порядка 90х100х200. Такая камера не будет слишком лёгкой, поэтому не составит большого труда стабилизировать её при съёмке с рук. Она не слишком тяжела, и даже после целого дня съёмки человек среднего телосложения не должен испытать никаких неудобств. Камера не слишком маленькая, поэтому в случае необходимости её можно взять двумя руками. Но, ещё раз повторяю, вы можете иметь отличное от моего мнение, поэтому не доверяйте мне слепо, а покрутите камеру в руках.
ZOOM
Увеличение. Делится на оптический и цифровой. При покупке следует рассматривать только оптический zoom. Возможности оптического зума определяются объективом. На бытовых видеокамерах его значение колеблется от 10х до 25х. На первый взгляд кажется, что чем больше тем лучше. Но, оптический зум высокой кратности (хотя бы 20х) при столь малом размере объектива, какой обычно используется в цифровых камерах, означает слишком маленькое фокусное расстояние при максимальных значениях. А иногда, ещё и слишком большое при минимальном. В результате, высокое значение зума в miniDV камерах практически всегда свидетельствует о низком качестве объектива. Тот кому есть чем похвастаться по качеству оптики, обычно ограничивается 10х. К Digital8 камерам, которые обычно больше размером, и где есть возможность устанавливать объективы побольше, это относится в меньшей степени. Хотя тоже относится, на младших моделях Digital8 при ярком освещении и высоком зуме по краям картинки иногда появляются тёмные тени, из за того что объектив просто не может равномерно распределить проецируемой изображение по матрице (про геометрические искажения я уже и не говорю).
Цифровой зум часто достигает диких значений, в сотни единиц кратности. Но толку с него немного. Цифровой зум работает точно по тому же принципу, что и увеличение картинки в Photoshop или любом другом графическом редакторе. Лишних деталей на картинке при том не появляется, поэтому чем больше цифровой зум, тем хуже качество. CCD матрица, как уже говорилось выше, не монолитное образование, поэтому кроме всего прочего активно лезет «зерно». Кроме этого, даже это, убогое качество при съёмке с рук увидеть нельзя. Удержать камеру при зуме выше сотни – это терминатором надо быть.
Стабилизатор изображения
Так называется технология, которая служит для компенсации случайных рывков камеры, практически неизбежных при съёмке с рук. Стабилизаторы бывают оптические и электронные.
Электронные стабилизаторы могут называться EIS (Electronic Image Stabilization) или DIS (Digital Image Stabilization). Электронная стабилизация основана на избыточности CCD матрицы, то есть на том факте, что в камерах использующих EIS/DIS размер матрицы несколько больше, чем реально используемый для съёмки. Есть две метода добиться такой избыточности. Первый — это из обычно получаемого кадра вырезать кусок посередине, и записывать его на плёнку полным кадром, немного увеличив цифровым способом. Ободок по краям, выбрасываемый из кадра и служит для работы стабилизатора.
Второй метод – матрица изначально делается избыточной, и кадр не режется. Что, конечно же, предпочтительнее.
Принцип работы электронной стабилизации прост – камера отслеживает движение кадра по избыточной матрице, и пока кадр остаётся на матрице, он выводиться неподвижным, вне зависимости от того, где именно он расположен физически. Это позволяет компенсировать мелкие дрожания камеры, когда кадр на выходит за пределы избыточной камеры.
Однако, наряду с несомненными преимуществами, электронная стабилизация имеет свои недостатки. Так, например, при съёмке медленных панорам, EIS/DIS не позволит получить плавное движение. Стабилизатор будет удерживать картинку сколько сможет, после чего изображение резко прыгнет. Потом всё повторится сначала. Кроме этого, если в кадре нет контрастных объектов, EIS/DIS будет сложно ориентироваться, что именно надо удерживать. В результате всё может окончиться маленьким землетрясением в кадре.
Оптический стабилизатор
Впервые оптический стабилизатор был представлен ещё в 1962 году, и назывался SteadyShot. Впоследствии Sony использовала (и до сих пор использует) это название для своего электронного стабилизатора. Не стоит путать, ничего общего электронный стабилизатор у Sony со своим предшественником не имеет.
Оригинальный SteadyShot представлял из себя призму, контролируемую несколькими сервомоторчиками. При изменении положения камеры, призма двигалась в противоположную сторону, и изображение на CCD оставалось неподвижным. Первые оптические стабилизаторы были весьма сложными в производстве и калибровке устройствами, поэтому никто и не помышлял о том, что бы ставить их в любительскую технику. Только в начале 90 годов Canon и Sony доработали технологию, и существенно снизили как цену так и размеры с энергопотреблением оптических стабилизаторов. Что, наконец то, сделало возможным их использование в любительских камерах. Оптический стабилизатор обладает несколькими несомненными преимуществами перед электронным. Во первых, это лучшее качество картинки получаемое на CCD матрице. Ведь изображение не бегает по всей матрице, оно стоит на одном месте.
Новейший Cannon MVX2i с оптическим стабилизатором
Использование оптического стабилизатора гарантирует, что съёмка всегда будет производиться с максимально доступным для CCD качеством. Кроме этого, оптический стабилизатор не зависит от изображения (в отличии от электронного), он одинаково работает в любых условиях. Однако, и оптический стабилизатор не лишён недостатков, при съёмке плавных панорам вы не гарантированны от резких рывки. Наилучшим «стабилизатором» является штатив.
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
3dnews.ru
Технология CCD — особенности и недостатки
Аббревиатура CCD (Charge-Coupled Device) означает “прибор с зарядовой связью” (ПЗС). Технология сканирования CCD получила свое название по типу датчиков изображения, который в ней используется – CCD (ПЗС).
Процесс сканирования:
Оригинал протягивается над стеклом экспонирования, подсвечивается с помощью источника света – флуоресцентной лампы. Отраженный от оригинала свет, преломляясь системой зеркал, фокусируется при помощи сферической линзы, на CCD-камеру с датчиками изображения, вызывает в них электрический сигнал, который затем преобразуется в цифровой код и сохраняется в виде файла.
Для того чтобы охватить всю ширину области сканирования в CCD сканерах используется от 1 до 4 CCD-камер. Например, в сканере Contex HD 2530 (25”) – 1 камера, в сканере Contex HD 5450 (54”) – 4 камеры. Каждая камера отвечает за свой участок по ширине области сканирования.
Особенности CCD-технологии:
1) Источник света – флуоресцентная лампа
В технологии CCD оригинал подсвечивается белым светом. В качестве источника белого света используется флуоресцентная лампа.
Недостатки:
Увеличенное время выхода в готовность
Для того, чтобы достичь белого цвета нужной температуры такая лампа должна выходить на режим в течение часа с момента включения. Можно начинать сканировать и раньше, но возникнет искажение цветов.
Повышенное потребление энергии и невысокий ресурс лампы
Для того, чтобы быть готовым к работе сканер должен поддерживать лампу в рабочем состоянии – лампа должна постоянно “гореть” (если её выключить, то сканер вновь придется выводить на режим). Эта особенность приводит к повышенному потреблению энергии, а главное, к снижению ресурса лампы.
2) Камера CCD включает 4 датчика Камера CCD состоит из 4-х линейных светочувствительных датчиков. Перед 3-мя из них установлены светофильтры соответственно красного, зеленого и синего цветов (RGB). Светофильтры выделяют красную, зеленую и синюю составляющие из отраженного от оригинала белого света. Четвертый линейный датчик служит для сканирования в монохромном режиме.
Недостатки:
Повышенная стоимость технологии и увеличенное время сканирования в цвете связанное с дополнительной обработкой данных.
Линейные датчики пространственно разнесены друг относительно друга. Во время сканирования красная составляющая будет считываться в позиции [x,y] и в то же время зеленая составляющая в позиции [x,y + смещение], а синяя в позиции [x,y + 2*смещение]. Для получения достоверной информации о цвете в заданной точке, требуется дополнительная математическая обработка данных, что приводит к удорожанию технологии.
3) Оптическая система состоит из линз и зеркал
Линейный размер CCD-камеры составляет 50-80 мм в зависимости от модели сканера. Этот размер существенно меньше ширины области сканирования (свыше 300 мм), с которой производит считывание эта камера. Поэтому для каждой камеры нужна оптическая система, состоящая из линзы и зеркал. Линза используется для уменьшения изображение оригинала до размеров CCD-камеры. Кроме того, чтобы изображение было резким оно должно оказаться в фокусе линзы, а для этого требуется разнести считывающий датчик и сканируемый оригинал на расстояние около 1 метра. Понятно, что при этом габариты сканера сильно возрастают. Для уменьшения габаритов до разумных размеров используется система преломляющих зеркал.
Недостатки:
Повышенные габариты и масса сканера
Оптическая система, состоящая из линз и зеркал, увеличивает габариты и массу сканера
Ограниченная геометрическая точность сканирования
Проходя через линзу, отраженный свет претерпевает искажения, которые известны в оптике под названием сферических аберраций. В силу этого геометрическая точность сканирования снижается. Возникающие искажения производитель компенсирует путем сложной математической обработки данных.
Высокая чувствительность к внешним воздействиям
Элементы оптической системы крепятся на отдельных кронштейнах. Минимальные смещения элементов оптической системы, приводят к рассогласованию изображения в местах стыковки соседних CCD-камер. Возникает так называемый “эффект склейки”.
В силу этой причины CCD-сканеры очень чувствительны к вибрациям, механическим воздействиям, перепадам температур и требуют регулярной калибровки. Пользователь должен быть внимательным и постоянно проверять, не появился ли указанный недостаток вновь и не пора ли провести калибровку.
www.graphtec.ru