Виды матриц в видеорегистраторах и количество пикселей

[Veselchak]

Матрицы видеорегистраторов

Мы попытаемся разобраться в их отличии без погружения в детали физики, просто, чтобы иметь представление не только о том, как устроен видеорегистратор, но и о том, какая сейчас на вашей камере матрица.

Итак, CCD - это charge-coupled device (ПЗС — прибор с обратной зарядной связью). Этот тип матриц изначально считался более качественным, однако и более дорогим и энергозатратным. Если представить основной принцип работы матрицы CCD в двух словах, то они собирают всю картину в аналоговой версии, и только потом оцифровывают.

CCD матрица

В отличие от CCD матриц, CMOS матрицы (complementary metal-oxide-semiconductor, комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник, КМОП), оцифровывают каждый пиксель на месте. CMOS матрицы были изначально менее энергопотребляющие и дешевыми, особенно в производстве больших размеров матриц, однако уступали CCD матрицам по качеству.

CMOS матрица

CCD матрицы отличаются более высоким качеством изображения и все еще остаются популярными в областях медицины, промышленности, науки, там где качество изображения является критически важным. За последнее время CCD матрицы уменьшили энергозатратность и стоимость, а CMOS матрицы значительно усовершенствовали качество изображения, особенно после технологического переворота в производстве CMOS -сенсоров, когда по технологии Active Pixel Sensors (APS) к каждому пикселю был добавлен транзисторный усилитель для считывания, что позволило преобразовывать заряд в напряжение прямо в пикселе. Это и обеспечило прорыв CMOS технологии, к 2008 году она стала практически альтернативой CCD матрицам.
Сложно однозначно сказать, что лучше – CCD или CMOS матрицы, ибо обе технологии имеют свой рынок и свое применение, и пока что остаются скорее взаимодополняющими. Со временем, возможно, CMOS охватит большие сферы применения, где традиционно первенство принадлежит CCD, но это, по оценкам некоторых экспертов, дело еще по меньшей мере десятилетия.

Преимущества CCD матриц:
1. Низкий уровень шумов.
2. Высокий коэффициент заполнения пикселов (около 100%).
3. Высокая эффективность (отношение числа зарегистрированных фотонов к их общему числу, попавшему на светочувствительную область матрицы, для CCD — 95%).
4. Высокий динамический диапазон (чувствительность).
Недостатки CCD матриц:
1. Сложный принцип считывания сигнала, а следовательно и технология.
2. Высокий уровень энергопотребления (до 2-5Вт).
3. Дороже в производстве.

Преимущества CMOS матриц:
1. Высокое быстродействие(до 500 кадров/с).
2. Низкое энергопотребление(почти в 100 раз по сравнению с CCD).
3. Дешевле и проще в производстве.
4. Перспективность технологии( на том же кристалле в принципе ничего не стоит реализовать все необходимые дополнительные схемы: аналого-цифровые преобразователи, процессор, память, получив, таким образом, законченную цифровую камеру на одном кристалле. Созданием такого устройства, кстати, с 2002 года занимаются совместно Samsung Electronics и Mitsubishi Electric).
Недостатки CMOS матриц:
1. Низкий коэффициент заполнения пикселов, что снижает чувствительность(эффективная поверхность пиксела ~75%,остальное занимают транзисторы).
2. Высокий уровень шума (он обусловлен так называемыми темповыми токами — даже в отсутствие освещения через фотодиод течет довольно значительный ток)борьба с которым усложняет и удорожает технологию.
3. Невысокий динамический диапазон.



Что такое матрица? Зачем она нужна? Что такое пиксили?

Выше мы разобрали какие виды матриц бывают (xfot используют в видеорегистраторах). Теперь будем разбирать, что это и для чего она нужна.

Свет, проходя через линзы объектива, попадает именно на матрицу.
Именно матрица есть тот элемент, который преобразует входящий световой поток в набор электронных импульсов, которые затем, после обработки процессором, записываются в виде цифрового кода на карту памяти. Таким образом, матрица как бы преобразует свет в электронный сигнал .

Матрица состоит из мельчайших элементов - пикселей.
Пиксель - мельчайшая часть изображения, точка. Чем больше таких точек, тем чётче картина (выше разрешение). Есть информация, что разрешение нашего глаза составляет около 250 млн. пикселей ...



Чем большее количество пикселей имеет матрица, тем по идее, чётче картинка.
Однако, здесь есть нюанс.
Самый "крутой" телевизор или монитор показывает картинку с разрешением не более 2 млн. пикселей (2 мегапикселей).
Для распечатки фотографий формата 10х15 требуется не более 3 мегапикселей .
Возникает вопрос - зачем в видеорегистраторах устанавливают матрицы с разрешением 5 и выше мегапикселей? Да ещё и увеличивают этот показатель каждый год ?
Маркетинговый ход? Стимулирование спроса?
Да, конечно, есть и такое...

Здесь имеет место даже такая ситуация, когда увеличение количества пикселей без увеличения размера матрицы вредно для качества фотографии ...
За счёт чего пикселей в одной матрице больше, чем в другой, если матрицы одинакового размера? Конечно, за счёт размера самого пикселя. Пикселей больше, но они мельче. А чем меньше размер пикселя, тем хуже его светопередача, следовательно, видеорегистратор будет хуже обрабатывать кадры в условиях слабого освещения.
Поэтому - совет, если выбираете видеорегистратор с большим количеством пикселей, обращайте также внимание и на размер матрицы

Размере матрицы