Все о CCD Imager и чипах CMOS

Вся информация про чипы CCD и CMOS

Чипы CCD и CMOS привели к серьезным изменениям в нашей культуре, сделав фотографию такой простой и широко распространенной. Широкий доступ к камерам означает, что они никогда не упускают момент, а поскольку они встроены в мобильные телефоны, это означает, что для большинства людей больше нет необходимости покупать большие и более дорогие автономные камеры. Аналогичным образом, достижения в области микросхем ПЗС и КМОП позволили миниатюризировать камеру видеонаблюдения в виде двухсекционной конструкции печатной платы, которая позволяет камере безопасности иметь различные компактные конструкции. Эти два типа чипов также имеют множество других применений, в том числе в беспроводных видеопередатчиках и астрономических инструментах.

CCD и CMOS

Когда цифровые камеры были впервые изобретены, они использовали датчики изображения CCD. Эти датчики преобразовывали изображения из аналоговых световых сигналов в серию цифровых пикселей без каких-либо искажений. Процесс изготовления ПЗС-датчиков был отлажен до такой степени, что изображения были невероятно детализированы; однако производственный процесс, даже в лучшем случае, все еще был очень дорогим.

Чипы CMOS, с другой стороны, используют транзисторы для создания цифровых изображений. Заряд перемещается через каждый пиксель, рассматривая его как полное изображение. Это делает CMOS более гибким в использовании. Также гораздо дешевле производить CMOS-чипы, потому что они создаются с использованием тех же производственных процессов, которые используются для создания процессоров, оперативной памяти и других компьютерных компонентов. Чипы CMOS являются основной причиной, по которой цифровые камеры и камеры наблюдения стали такими недорогими.

Есть несколько различий между ними в дополнение к стоимости и процессу производства. Существует разница в качестве — датчики CCD создают изображения с гораздо меньшим уровнем шума, что означает, что они имеют более высокое качество. Они также более чувствительны к свету и могут делать хорошие снимки даже при слабом освещении. КМОП-сенсорам требуется гораздо больше света для получения четких изображений с низким уровнем шума. Например, это наиболее очевидно среди камер, фиксирующих номерные знаки. В них все еще используются ПЗС-датчики для просмотра на больших расстояниях и захвата с высокой скоростью, поскольку захват номерного знака выполняется при более высоких скоростях затвора, которые делают кадры темными. CMOS-датчики, которые обычно встречаются в IP-камерах, нуждаются в дальнейшем улучшении, чтобы соответствовать характеристикам датчиков CCD, и их использование ограничено областями применения, где автомобили движутся медленно и требуют достаточно света.

Однако это не означает, что КМОП-датчики полностью уступают. С изменениями в производственном процессе качество датчиков и изображений, которые они производят, улучшается. Совсем недавно были объявлены IP-камеры с разрешением 8K и 4K UltraHD, использующие преимущества новых технологий производства CMOS-датчиков. Большинство экспертов по технологиям ожидают, что качество КМОП-датчиков в конечном итоге превысит качество ПЗС-технологии, что сделает ее устаревшей.

Потребление энергии также лучше у сенсоров CMOS, что является отличной новостью для мобильных устройств. Поскольку устройства становятся более мощными процессорами и камерами, срок службы батареи имеет первостепенное значение, чтобы обеспечить возможность реалистичного использования в течение дня. Время автономной работы CMOS-камеры уже намного дольше, чем у CCD-камеры, и это еще одна причина, по которой они широко используются в смартфонах и беспроводных камерах видеонаблюдения.

Хотя чипы CCD и CMOS используются в цифровых камерах и мобильных телефонах, у них есть другие приложения. Сотовые телефоны — безусловно, самый большой сегмент производителей CMOS. Огромное количество денег, исследований и разработок ушло на создание самого качественного, но самого маленького CMOS-имидж-сканера, чтобы чипы занимали очень мало места. Последний результат этого исследования можно увидеть в Google Glass, относительно новом устройстве, созданном Google, которое включает в себя небольшую высококачественную камеру, и находится на боковой поверхности пары очков. Эта камера настолько легкая, что большинство людей ее вообще не чувствуют.

В дополнение к цифровым камерам, CCD и CMOS чипы также можно найти в видеокамерах. Чипы CMOS особенно популярны из-за их дешевизны и того факта, что изображения, сделанные некоторыми системами камер видеонаблюдения, не обязательно должны быть невероятно подробными. В прошлом, например, записи видеонаблюдения часто были черно-белыми, и разрешение не всегда было невероятно высоким, потому что компании хотели хранить столько, сколько годовой записи за один раз. Индустрия безопасности использует КМОП-датчики в первую очередь из-за их низкой стоимости и способности легко интегрировать эти имидж-камеры в камеры наблюдения. Взять, к примеру, новейший тип камер безопасности HD называемые HDCVI-камерами, которые используют преимущества недорогих 1 / 2,8 "CMOS-датчиков для создания видео в режиме реального времени со скоростью 30 кадров / с 1080P или 2K при меньших затратах по сравнению с камерами на основе CCD.

Чипы CMOS-изображений также могут быть использованы в ряде других мест, например, в оборудовании со смешанным сигналом (использующих как цифровые, так и аналоговые сигналы) и в выходных сигналах. CMOS также используется в радиочастотных интегральных схемах, которые встречаются в различных беспроводных устройствах и в устройствах, использующих микроволновые частоты.

Однако датчики CCD имеют свое применение. Так как они очень чувствительны к свету, датчики изображения CCD используются астрономами во многих различных спутниках и других космических камерах. Один из самых известных космических телескопов "Хаббл" использует матрицу ПЗС для съемки множества великолепных изображений, снятых за эти годы. ПЗС-чипы также встречаются в спектрометрах и ряде аналитических приборов, используемых в астрономии.