Sensore: si riferisce a un sensore di immagine, la cui superficie contiene diversi milioni a decine di milioni di fotodiodi. è un chip a semiconduttore che converte le immagini ottiche in segnali elettrici.
Pixel: un pixel è l'unità base di un sensore. Un'immagine è composta da pixel e il numero di pixel indica la quantità di elementi fotosensibili contenuti nella fotocamera.
Risoluzione: si riferisce al numero massimo di pixel che un'immagine può ospitare sia nelle direzioni orizzontali che verticali.
Dimensione dei pixel: si riferisce alla dimensione effettiva rappresentata da un pixel sia nelle direzioni di lunghezza che di larghezza.
Rappresentati vividamente dalla figura sopra, i pixel rappresentano il numero totale di griglie nere in questa immagine, che è di 91 pixel, mentre la risoluzione si riferisce al numero di griglie nere rispettivamente nella lunghezza e nella larghezza. La figura mostrata sopra è 13*7. La dimensione dei pixel è la dimensione rappresentata da ogni griglia nera in questa immagine e l'unità è generalmente micrometri. Quando la dimensione dell'immagine è costante, maggiore è la dimensione del pixel, minore è la risoluzione e più bassa la chiarezza.
Bayer Color Filter ArraySfondo: dopo che le persone avevano sensori che potevano percepire l'intensità della luce, potevano solo scattare foto nere - e - bianche (immagini in scala di grigi) perché i sensori a quel tempo potevano solo percepire l'intensità della luce ma non il colore. Se si voleva ottenere un'immagine a colori, il metodo più diretto era aggiungere filtri di colori diversi. Pertanto, è stato sviluppato l'array Bayer. è composto da filtri rossi, verdi e blu disposti alternativamente in uno schema normale. Un filtro di uno dei colori RGB viene posizionato su ciascun pixel, consentendo di passare solo la luce di un colore specifico.
Bayer Formation: di Eastman. L'Array Bayer, inventato da Bryce Bayer, uno scienziato di Kodak, nel 1976, è ancora ampiamente utilizzato nel campo dell'elaborazione delle immagini digitali fino ad oggi.
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Cellule oculari umani
Nell'occhio umano, ci sono due tipi di cellule visive: cono - sagoma e a forma di asta -
Le cellule del cono sono ulteriormente classificate in tre tipi: cellule di fotorecettori rossi, cellule di fotorecettori verdi (le più sensibili) e cellule fotorecettori blu. Non sono sensibili quando l'illuminanza è bassa. Solo quando l'intensità della luce raggiunge una determinata condizione può funzionare le cellule del cono.
Le cellule a bastine sono altamente sensibili alla luce e possono formare immagini di oggetti in condizioni di illuminazione molto fioca, ma non possono percepire i colori.
Questo spiega anche perché le persone possono vedere oggetti di notte ma non possono distinguere efficacemente i loro colori.
La differenza tra CCD e CMOS
CCD (dispositivo di coppia di carica): dispositivo accoppiato a carica, integrato su materiali a cristallo singolo a semiconduttore.
CMOS (semiconduttore di ossido di metallo complementare): semiconduttore di ossido di metallo complementare, integrato su materiali a semiconduttore di ossidi metallici.
Al momento, nel mercato della sicurezza, i sensori di immagine delle telecamere sono CCD o CMOS. Nell'era della sorveglianza standard - Definizione, sia fotocamere analogiche che fotocamere di rete standard - definizione generalmente utilizzate sensori CCD. Tuttavia, negli ultimi anni, CMOS ha inghiottito il mercato del CCD. Nell'era della sorveglianza ad alta definizione, CMOS ha gradualmente sostituito i sensori CCD.
1. Velocità di lettura delle informazioni
Le informazioni di carica memorizzate nel dispositivo CCD Charge - accoppiato devono essere trasferite in bit per bit verso il basso sotto il controllo del segnale sincrono e quindi amplificate uniformemente per la conversione ADC. L'output di trasferimento e lettura delle informazioni di carica richiede un circuito di controllo dell'orologio e il circuito complessivo è relativamente complesso. I sensori CMOS eseguono direttamente il guadagno di amplificazione e l'analogico - a - conversione digitale all'interno dell'unità di luce - sensibile, rendendo molto semplice la lettura del segnale. Possono anche elaborare contemporaneamente le informazioni sull'immagine da ciascuna unità. Pertanto, la velocità di lettura dei CMOS è più veloce di quella del CCD.
2. Sensibilità
Poiché ogni pixel di un sensore CMOS contiene circuiti aggiuntivi (amplificatori e circuiti di conversione A/D), l'area di luce - sensibile di ciascun pixel occupa solo una piccola parte dell'area del pixel. Pertanto, quando la dimensione dei pixel è uguale, la sensibilità di un sensore CMOS è inferiore a quella di un sensore CCD.
3. Rumore
Poiché ogni fotodiodo in CMOS richiede un amplificatore, se misurato in megapixel, sono necessari milioni di amplificatori. Poiché gli amplificatori sono circuiti analogici, è difficile mantenere coerente il guadagno di amplificazione di ciascun pixel. Pertanto, rispetto ai sensori CCD che hanno un solo amplificatore, il rumore dei sensori CMOS aumenterà in modo significativo, influenzando la qualità dell'immagine.
4. Consumo energetico
Il metodo di acquisizione dell'immagine dei sensori CMOS è attivo. La carica generata dal fotodiodo è amplificata direttamente e convertita dal circuito adiacente. Tuttavia, i sensori CCD sono passivi nell'acquisizione. Una tensione applicata deve essere applicata per effettuare la carica in ciascun pixel verso il basso e la tensione applicata di solito richiede da 12 a 18 V. Pertanto, il CCD richiede anche una progettazione precisa della linea di alimentazione e resistere alla resistenza alla tensione. L'elevata tensione di guida rende il consumo energetico di CCD molto più alto di quello dei CMO.
5. Costo
Poiché i sensori CMOS adottano il processo MOS, che è i circuiti di semiconduttore più comunemente utilizzati, i circuiti periferici (come il controllo dei tempi, CDS, ISP, ecc.) Possono essere facilmente integrati nel chip del sensore, risparmiando così il costo dei chip periferici. CCD trasmette i dati attraverso il trasferimento di addebito. Se un solo pixel non funziona, l'intera riga di dati non può essere trasmessa. Pertanto, la resa del CCD è relativamente bassa. Inoltre, il suo processo di produzione è complesso e solo pochi produttori possono padroneggiarlo. Questo è anche il motivo dell'alto costo.
Velocità dell'otturatore
L'otturatore è un dispositivo utilizzato per controllare il tempo di esposizione ed è un componente importante di una fotocamera. La sua struttura, forma e funzione sono fattori importanti nella misurazione del grado di una fotocamera. Sia i sensori di immagine CCD che CMOS utilizzano persiane elettroniche, comprese le persiane globali e le persiane.
Shutter globale: tutti i pixel del sensore raccolgono la luce contemporaneamente ed espongono contemporaneamente. Cioè, all'inizio dell'esposizione, il sensore inizia a raccogliere luce. Alla fine dell'esposizione, il circuito di raccolta della luce viene tagliato e quindi il valore del sensore viene letto come un frame.
Tutti i pixel sono esposti nello stesso momento, simili al congelamento di un oggetto in movimento, quindi è adatto per sparare a oggetti veloci.
Otturatore di rotolamento: il sensore raggiunge questo attraverso un'esposizione progressiva. All'inizio dell'esposizione, il sensore scansiona la linea per linea ed espone la linea per linea fino a quando tutti i pixel non sono esposti. Naturalmente, tutte le azioni sono completate in un tempo estremamente breve e il tempo di esposizione per diversi pixel di riga varia.
è una linea - per - esposizione sequenziale di riga, quindi non è adatto a sparare oggetti in movimento. Se l'oggetto o la fotocamera si trovano in uno stato di rapido movimento durante le riprese, è molto probabile che il risultato di tiro mostri fenomeni come "inclinazione", "oscillazione" o "esposizione parziale".
La tendenza allo sviluppo dei CMO
1. Basso - Effetto luce
Lo sviluppo del tradizionale sensore CMOS FSI (il lato anteriore) - il sensore CMOS illuminato sul retro BSI (Illuminazione sul retro) - Il sensore CMOS illuminato è un grande salto tecnologico. La più grande ottimizzazione del sensore CMOS sul retro - illuminato risiede nel cambiamento della struttura interna del componente. Back - CMOS illuminato inverte l'orientamento dei componenti dello strato di luce - Sensibili, consentendo alla luce di entrare direttamente dalla parte posteriore. Ciò evita l'influenza del circuito tra i microleni e il fotodiodo e il transistor nella tradizionale struttura del sensore CMOS, migliorando significativamente l'efficienza della luce e migliorando notevolmente l'effetto di tiro in condizioni di bassa luce. Back - Sensori CMOS illuminati hanno fatto un salto qualitativo in sensibilità rispetto ai tradizionali sensori CMOS. Di conseguenza, la loro capacità di messa a fuoco e la qualità dell'immagine sono state notevolmente migliorate a bassa illuminazione.
2. Suppressione del rumore
Da un lato, l'algoritmo di rilevamento del rumore specializzato viene direttamente integrato nella logica di controllo del sensore di immagine CMOS. Attraverso questa tecnologia, il rumore fisso può essere eliminato con successo. D'altra parte, nell'ISP vengono adottate varie innovazioni tecnologiche, come la tecnologia di denoising, per migliorare il problema del rumore delle CMO.
3. alta integrazione
Uno dei principali vantaggi dei sensori CMOS. è un circuito con altre funzioni integrate nel suo sensore. Ad esempio, il lancio di OV10633 è un sensore di gamma dinamica HD a 720p. Il modello OV10633 integra la gamma dinamica ampia WDR e le funzioni di elaborazione del segnale dell'immagine ISP sullo stesso chip del sensore di immagine.
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