Матрица с обратной засветкой что это?

Технологический прорыв: в Sony разработали матрицу BSI-CMOS с глобальным затвором

Компания Sony сделала важный шаг вперёд в области производства датчиков изображения, объявив о разработке новой многослойной матрицы с обратной засветкой, у которой считывание со всех отдельных датчиков происходит одновременно. Правда, на сей момент реализована лишь матрица разрешения 1,46 миллиона точек, однако полученные результаты выглядят многообещающе.

Новая матрица позволяет считывать информацию со всех «пикселей» одновременно за счёт того, что каждый единичный датчик имеет собственный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), расположенный на «нижнем чипе», плоскость которого находится ниже, чем «верхнего чипа», содержащего активные светочувствительные элементы. Огромное количество ЦАПов и делает возможным одновременно считывание – вместо массово использующегося сейчас в последовательного считывания сигнала, ряд за рядом, поскольку в традиционных КМОП-матрицах содержится гораздо меньшее количество ЦАПов, соединённых параллельными столбцами.

Мгновенное считывание сигнала по всей матрицы позволяет избежать эффекта «роллинг-шаттера» (буквально – катящегося затвора), при котором на изображении подвижных объектов возникают различные искажения – вследствие задержки между считыванием рядов пикселей друг за другом. В ныне существующих матрицах быстро движущиеся объекты искривляются по мере продвижения по кадру, поскольку верхний ряд пикселей считывается раньше, чем нижний. Искривления могут доходить даже до полного разрыва изображения и образования странных стробоскопических эффектов.

В относительно безобидных ситуациях при искусственном освещении могут возникать полосы на изображении.

Глобальный затвор, при котором весь кадр считывается за один раз, решает все подобные проблемы.

Снято при времени экспонирования 0,56 мс

Разработчики Sony заявляют, что их новая матрица – первая в мире высокочувствительная К-МОП матрица с обратной засветкой, имеющая параллельные ЦАПы на пиксельном уровне, а общее количество пикселей превышает 1 миллион.

Хотя миллион пикселей – маловато для сегодняшних фотографов, это всё равно большой шаг на пути к созданию матрицы, безупречной с точки зрения проблемы роллинг-шаттера. Матрицам с глобальным затвором станет не нужен механический затвор – электронного затвора будет достаточно, чтобы делать снимки движущихся объектов без искажения. Резко возрастут и возможности использования электронного затвора при съемке со вспышкой, уж не говоря о работе с флюоресцентным и светодиодным освещением без боязни появления полос на изображении. В не меньшей степени будет глобальный затвор полезен и для видеосъемки.

Новая технология является большим шагом вперёд и в сравнении с нынешними К-МОП матрицами с глобальным затвором, в которых имеется сначала светочувствительный пиксель, а далее идёт буферный пиксель, или «пиксель хранения» (storage pixel), в который передаётся заряд, полученный во время экспонирования. Этот «пиксель хранения» держит заряд до момента считывания столбцовыми ЦАПами, ряд за рядом. Проблема такого подхода в том, что на активном светочувствительном слое приходится выделять области для «пикселей хранения», и площадь реального экспонирования снижается. При новой технологии, считают в Sony, необходимость в «пикселях хранения» полностью отпадает, поскольку считать информацию со всех светочувствительных элементов можно один раз, в конце экспозиции.

Специалисты Sony сообщают, что им прошлось использовать в 1000 раз больше ЦАПов, чем потребовалось бы обычно для 1-мегапиксельной матрицы. Дополнительным ЦАПам требуется намного больше тока питания, так что для этого чипа были разработаны специальные ЦАПы с низким энергопотреблением. Кроме того, новая высокоскоростная конструкция передачи данных обеспечивает более высокие скорости считывания и записи, необходимые для параллельной работы всех ЦАПов и передачи цифровых данных.

Вероятно, пройдет какое-то время, прежде чем новая технология будет реализована в матрицах высокого разрешения – с большим количеством пикселей меньшего размера – и начнёт использоваться в камерах, доступных на массовом рынке, однако есть все шансы, что в обозримом будущем это-таки произойдёт.

Некоторые специальные виды матриц

Основная сфера применения линейных световоспринимающих устройств — сканеры, панорамная фотоаппаратура, а также спектроанализаторы и другое научно-исследовательское оборудование.

• Координатные и угловые датчики.

• Матрицы с обратной засветкой.

В классической схеме ПЗС-элемента, при которой используются электроды из поликристаллического кремния, светочувствительность ограничена по причине частичного рассеивания света поверхностью электрода. Поэтому при съёмке в особых условиях, требующих повышенной светочувствительности в синей и ультрафиолетовой областях спектра, применяются матрицы с обратной засветкой (англ. back-illuminated matrix). В сенсорах такого типа регистрируемый свет падает на подложку, но для требуемого внутреннего фотоэффекта подложка шлифуется до толщины 10-15 мкм. Данная стадия обработки существенно увеличивала стоимость матрицы, устройства получались весьма хрупкими и требовали повышенной осторожности при сборке и эксплуатации.

Матрица с обратной засветкой

Очевидно, что при использовании светофильтров, ослабляющих световой поток, все дорогостоящие операции по увеличению чувствительности теряют смысл, поэтому матрицы с обратной засветкой применяются по большей части в астрономической фотографии.

Светочувствительность матрицы складывается из светочувствительности всех её фотодатчиков (пикселей) и в целом зависит от:

• интегральной светочувствительности, представляющей собой отношение величины фотоэффекта к световому потоку (в люменах) от источника излучения нормированного спектрального состава;
• монохроматической светочувствительности’ — отношения величины фотоэффекта к величине световой энергии излучения (в миллиэлектронвольтах), соответствующей определённой длине волны;
• набор всех значений монохроматической светочувствительности для выбранной части спектра света составляет спектральную светочувствительность — зависимость светочувствительности от длины волны света;

• КМОП-МАТРИЦА.

КМОП-матрица — светочувствительная матрица, выполненная на основе КМОП-технологии.

SIMD WDR матрица, также выполненная на основе КМОП-технологии, имеет в обрамлении каждого пикселя ещё и автоматическую систему настройки времени его экспонирования, что позволяет радикально увеличить фотографическую широту устройства.

В КМОП-матрицах используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости.

Эквивалентная схема ячейки КМОП-матрицы

Эквивалентная схема ячейки КМОП-матрицы: 1 — светочувствительный элемент (диод); 2 — затвор; 3 — конденсатор, сохраняющий заряд с диода; 4 — усилитель; 5 — шина выбора строки; 6 — вертикальная шина, передающая сигнал процессору; 7 — сигнал сброса.

КМОП (К-МОП; комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник; англ. CMOS, Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor) — технология построения электронных схем. В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с биполярными технологиями (ТТЛ, ЭСЛ и др.) является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний). Отличительной особенностью структуры КМОП по сравнению с другими МОП-структурами (N-МОП, P-МОП) является наличие как n-, так и p-канальных полевых транзисторов; как следствие, КМОП-схемы обладают более высоким быстродействием и меньшим энергопотреблением, однако при этом характеризуются более сложным технологическим процессом изготовления и меньшей плотностью упаковки.

Принцип работы.

• До съёмки подаётся сигнал сброса.
• В процессе экспозиции происходит накопление заряда фотодиодом.
• В процессе считывания происходит выборка значения напряжения на конденсаторе.

Преимущества.

• Основное преимущество КМОП технологии — низкое энергопотребление в статическом состоянии. Это позволяет применять такие матрицы в составе энергонезависимых устройств, например, в датчиках движения и системах наблюдения, находящихся большую часть времени в режиме «сна» или «ожидания события».
• Важным преимуществом КМОП матрицы является единство технологии с остальными, цифровыми элементами аппаратуры. Это приводит к возможности объединения на одном кристалле аналоговой и цифровой части, что послужило основой для создания миниатюрных встраиваемых камер для самого разного оборудования и снижения их стоимости.
• С помощью механизма произвольного доступа можно выполнять считывание выбранных групп пикселов. Данная операция получила название кадрированного считывания (англ. windowing readout). Кадрирование позволяет уменьшить размер захваченного изображения и потенциально увеличить скорость считывания по сравнению с ПЗС-сенсорами, поскольку в последних для дальнейшей обработки необходимо выгрузить всю информацию. Появляется возможность применять одну и ту же матрицу в принципиально различных режимах. В частности, быстро считывая только малую часть пикселей, можно обеспечить качественный режим живого просмотра изображения на встроенном в аппарат экране с относительно малым числом пикселей. Можно отсканировать только часть кадра и применить её для отображения на весь экран. Тем самым получить возможность качественной ручной фокусировки. Есть возможность вести репортажную скоростную съёмку с меньшим размером кадра и разрешением.
• В дополнение к усилителю внутри пиксела, усилительные схемы могут быть размещены в любом месте по цепи прохождения сигнала. Это позволяет создавать усилительные каскады и повышать чувствительность в условиях плохого освещения. Возможность изменения коэффициента усиления для каждого цвета улучшает, в частности, балансировку белого.

Недостатки.

• Фотодиод ячейки занимает существенно меньшую площадь элемента матрицы, по сравнению с ПЗС матрицей с полнокадровым переносом. Поэтому ранние матрицы КМОП имели существенно более низкую светочувствительность, чем ПЗС.
• Фотодиод ячейки матрицы имеет сравнительно малый размер, величина же получаемого выходного напряжения зависит не только от параметров самого фотодиода, но и от свойств каждого элемента пикселя. Таким образом, у каждого пикселя матрицы оказывается своя собственная характеристическая кривая, и возникает проблема разброса светочувствительности и коэффициента контраста пикселей матрицы. В результате чего первые произведённые КМОП-матрицы имели сравнительно низкое разрешение и высокий уровень так называемого «структурного шума» (англ. pattern noise).
• Наличие на матрице большого по сравнению с фотодиодом объёма электронных элементов создаёт дополнительный нагрев устройства в процессе считывания и приводит к возрастанию теплового шума.

ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР.

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом.

Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы называются униполярными (в отличие от биполярных).

ПЗС-сенсор

ПЗС-ма́трица (сокр. от «прибор с зарядовой связью») или CCD-ма́трица (сокр. от англ. CCD , «Charge-Coupled Device») — специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС — приборов с зарядовой связью.

Содержание

История ПЗС-матрицы

Прибор с зарядовой связью был изобретен в 1969 году Уиллардом Бойлом (Willard Boyle) и Джорджем Смитом (George E. Smith) в Лабораториях Белла (AT&T Bell Labs). Лаборатории работали над видеотелефонией (англ. picture phone ) и развитием «полупроводниковой пузырьковой памяти» (англ. semiconductor bubble memory ). Приборы с зарядовой связью начали свою жизнь как устройства памяти, в которых можно было только поместить заряд во входной регистр устройства. Однако способность элемента памяти устройства получить заряд благодаря фотоэлектрическому эффекту сделала данное применение ПЗС устройств основным.

В 1970 году исследователи Bell Labs научились фиксировать изображения с помощью простых линейных устройств.

Впоследствии под руководством Кацуо Ивама (Kazuo Iwama) компания

Ивама умер в августе 1982 года. Микросхема ПЗС была установлена на его надгробной плите для увековечения его вклада.

В январе 2006 года за работы над ПЗС У.Бойл и Дж. Смит были удостоены награды Национальной Инженерной Академии США (англ. National Academy of Engineering ). [1]

Общее устройство и принцип работы

ПЗС-матрица состоит из поликремния, отделённого от кремниевой подложки, у которой при подаче напряжения через поликремневые затворы изменяются электрические потенциалы вблизи электродов.

До экспонирования обычно подачей определённой комбинации напряжений на электроды происходит сброс всех ранее образовавшихся зарядов и приведение всех элементов в идентичное состояние.

Далее комбинация напряжений на электродах создаёт потенциальную яму, в которой могут накапливаться электроны, образовавшиеся в данном пикселе матрицы в результате воздействия света при экспонировании. Чем интенсивнее световой поток во время экспозиции, тем больше накапливается электронов в потенциальной яме, соответственно тем выше итоговый заряд данного пикселя.

После экспонирования последовательные изменения напряжения на электродах формируют в каждом пикселе и рядом с ним распределение потенциалов, которое приводит к перетеканию заряда в заданном направлении, к выходным элементам матрицы.

Пример субпикселя ПЗС-матрицы с карманом n-типа

Архитектура пикселей у производителей разная.

Обозначения на схеме субпикселя ПЗС:

• 1 — Фотоны света, прошедшие через объектив фотоаппарата;
• 2 — Микролинза субпикселя;
• 3 — R — красный светофильтр субпикселя, фрагмент фильтра Байера;
• 4 — Прозрачный электрод из поликристаллическогокремния или оксида олова;
• 5 — Изолятор (оксид кремния);
• 6 — Кремниевый канал n-типа. Зона генерации носителей (зона внутреннего фотоэффекта);
• 7 — Зона потенциальной ямы (карман n-типа), где собираются электроны из зоны генерации носителей;
• 8 — Кремниевая подложка p-типа;

Классификация по способу буферизации

Матрицы с полнокадровым переносом

Матрицы с буферизацией кадра

Матрицы с буферизацией столбцов

Классификация по типу развёртки

Матрицы для видеокамер

• Матрицы с прогрессивной развёрткой
• Матрицы с чересстрочной развёрткой

Размеры фотографических матриц

Некоторые специальные виды матриц

Светочувствительные линейки

Основная сфера применения линейных световоспринимающих устройств — сканеры, панорамная фотоаппаратура, а также спектроанализаторы и другое научно-исследовательское оборудование.

Координатные и угловые датчики

Матрицы с обратной засветкой

В классической схеме ПЗС-элемента, при которой используются электроды из поликристаллического кремния, светочувствительность ограничена по причине частичного рассеивания света поверхностью электрода. Поэтому при съёмке в особых условиях, требующих повышенной светочувствительности в синей и ультрафиолетовой областях спектра, применяются матрицы с обратной засветкой (англ. back-illuminated matrix ). В сенсорах такого типа регистрируемый свет падает на подложку, но для требуемого внутреннего фотоэффекта подложка шлифуется до толщины 10-15 мкм. Данная стадия обработки существенно увеличивала стоимость матрицы, устройства получались весьма хрупкими и требовали повышенной осторожности при сборке и эксплуатации. А при использовании светофильтров, ослабляющих световой поток, все дорогостоящие операции по увеличению чувствительности теряют смысл. Поэтому матрицы с обратной засветкой применяются в основном в астрономической фотографии.

Светочувствительность

Светочувствительность матрицы складывается из светочувствительности всех её фотодатчиков (пикселей) и в целом зависит от:

• интегральной светочувствительности, представляющей собой отношение величины фотоэффекта к световому потоку (в люменах) от источника излучения нормированного спектрального состава;
• монохроматической светочувствительности’ — отношения величины фотоэффекта к величине световой энергии излучения (в миллиэлектронвольтах), соответствующей определённой длине волны;
• набор всех значений монохроматической светочувствительности для выбранной части спектра света составляет спектральную светочувствительность — зависимость светочувствительности от длины волны света;

Матрицы для камер видеонаблюдения. На что обращать внимание?

Качество изображения видеокамеры во многом зависит от используемого в ней светочувствительного сенсора (матрицы). Ведь поставь хоть лучший процессор для оцифровки видео – если на матрице получено плохое изображение, хорошим оно уже не станет. Попытаюсь популярно объяснить, на что следует обращать внимание в характеристиках сенсора камеры видеонаблюдения, чтобы потом не было мучительно больно при взгляде на изображение…

Тип матрицы

В интернете вы наверняка найдете информацию о том, что в камерах видеонаблюдения применяются CCD (ПЗС, прибор с зарядовой связью) и CMOS (КМОП, комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) светочувствительные матрицы. Забудьте! Давно остался только CMOS, только хардкор.

CCD матрицы, при всех их достоинствах (лучшая светочувствительность и цветопередача, меньший уровень шумов) – уже практически не используются в видеонаблюдении. Потому что сам принцип их действия CCD матриц – последовательное считывание заряда по ячейкам – слишком медленный, чтобы удовлетворить запросы быстрых современных видеокамер высокого разрешения. Ну и самое главное CCD дороже в производстве, а в условиях современной высококонкурентной среды на счету каждая копейка прибыли. Вот почему все ключевые производители сосредоточились на выпуске именно CMOS матриц.

Осталось производителей, между прочим, не так и много. Крупнейшими, по состоянию на начало 2017 года, являются компании: ON Semiconductor Corporation (в свое время поглотившая известную профильную компанию Aptina), Omnivision Technologies Inc., Samsung Electronics и Sony Corporation. Кроме того, матрицы для собственных нужд производит, например, компания Canon, Hikvision.

Конкуренцию старым брендам пытаются создать молодые, полные энтузиазма и денег китайские чипмейкеры «второго эшелона», вроде компании SOI (Silicon Optronics, Inc.) и др. Трудно сказать, выживет ли молодая поросль, когда на рынке CMOS сенсоров наступит насыщение и станет слишком тесно. Но в любом случае в этом сегменте не исключено появление новых игроков и обострение борьбы, ведь наладить производство CMOS сенсоров не слишком и сложная по современным меркам задача.

Крупные мировые бренды типа Hikvision или Dahua обычно предпочитают работать с производителями матриц первого эшелона или собственными. Локальные же ведут себя по разному. Например, Tecsar даже в недорогих камерах использует матрицы с хорошей репутацией от ON Semiconductor, Omnivision и Sony. В в ассортименте других “народных” марок, например Berger, широко представлены сенсоры SOI и т.д.

Как делаются матрицы цифровых камер

Лидерские качества CMOS

CMOS технология предусматривает размещение электронных компонентов (конденсаторов, транзисторов) непосредственно в каждом пикселе светочувствительной матрицы.

Структура пикселя и CMOS матрицы

Это уменьшает полезную площадь светочувствительного элемента и снижает чувствительность, плюс активные элементы повышают уровень собственных шумов матрицы. Зато технология позволяет осуществлять преобразование заряда светочувствительного элемента в электрический сигнал прямо в матрице и гораздо быстрее сформировать цифровой сигнал изображения, что критично для видеокамер. Именно поэтому CMOS лучше подходят для камер видеонаблюдения, где требуется быстрая смена кадров.

Принцип работы CCD и CMOS матриц

Плюс возможность произвольного считывания ячеек CMOS матрицы дает возможность буквально «на лету» изменять качество и битрейт получаемого видео, что невозможно для CCD. А энергопотребление CMOS-решений ниже, что тоже немаловажно для компактных камер наблюдения.

Да будет цвет

Для получения цветного изображения матрица разлагает световой поток на составляющие цвета: красный, зеленый и синий. Для этого используются соответствующие светофильтры. Разные производители варьируют размещение и количество светочувствительных элементов разного цвета, но суть от этого не меняется.

Принцип формирования изображения на светочувствительной матрице:

Р – светочувствительный элемент
Т — электронные компоненты

Как устроен и работает КМОП сенсор камеры можно также посмотреть на этом видео от Canon:

CMOS матрицы всех производителей базируются на вышеописанных общих принципах, отличаясь лишь в деталях реализации на кремнии. Например, в погоне за дешевизной и сверхприбылью, чипмейкеры стараются выпускать матрицы как можно меньшего размера. Расплата за это неизбежна…

Почему большой – это хорошо

Типоразмер (или другими словами формат) матрицы обычно измеряют по диагонали в дюймах и указывают в виде дроби, например 1/4″, 1/3″, 2/3″, 1/2 дюйма и др.

Первое правило выбора лучшей матрицы довольно простое: при одинаковом количестве пикселей (разрешении), чем больше физические размеры сенсора – тем лучше. У большей матрицы крупнее пиксели, а значит, она улавливает больше света. Пиксели большей матрицы расположены менее тесно, а значит меньше влияние взаимных помех и ниже уровень паразитных шумов, что напрямую влияет на качество получаемого изображения. Наконец, более крупная матрица позволяет получить большие углы обзора при использовании объектива с одним и тем же фокусным расстоянием!

Светочувствительная матрица производства ON Semicondactor для камер видеонаблюдения

Светочувствительная матрица, установленная на плате видеокамеры

Увы, большеформатные матрицы в массовых камерах видеонаблюдения сейчас практически не используются в силу дороговизны и самих матриц, и объективов для них, которые должны иметь более крупные линзы и, соответственно, габариты и стоимость. На сегодня в камеры устанавливают в основном матрицы типоразмера 1/2″ – 1/4″ (это самые крошечные). Выбирая камеру, нужно четко понимать, что покупая ультрадешевую модель с 1/4″ матрицей производства SOI и крохотным объективом с пластиковыми линзами сомнительной прозрачности, вы не сможете создать систему видеоконтроля приемлемого качества, на которой можно было бы хорошо различать небольшие детали отснятых событий, особенно при съемке в условиях слабой освещенности.

Выбирая же камеру с матрицей Sony типоразмера 1/2.8″ вы априори получите гораздо лучший результат по качеству видео, камеру с такой матрицей уже вполне можно использовать в профессиональной системе видеонаблюдения. И чувствительность у такой камеры будет заведомо выше, что позволит лучше снимать в условиях слабой освещенности: в плохую погоду, в сумерках, в полутемном помещении и т.п. С увеличением разрешения при том же размере матрицы светочувствительность падает, и это тоже нужно учитывать при выборе. Для камеры, установленной в темной подворотне у черного хода, имеет смысл выбрать матрицу с меньшим разрешением и более высокой чувствительностью, чем камеру ультравысокого разрешения с низкой чувствительностью матрицы на которой из-за шумов ничего нельзя будет толком различить.

Светочувствительность

Светочувствительность матрицы определяет возможность ее работы в условиях слабого окружающего освещения. С точки зрения физики это выглядит совсем банально: чем меньше световой энергии достаточно для получения изображения матрицей, тем выше ее светочувствительность. Но! Будем откровенны, гнаться за высокой чувствительностью уже особо не стоит. Дело в том, что современные камеры видеонаблюдения благополучно переходят в режимы «день/ночь», при снижении освещенности переводя матрицу в режим черно-белого изображения с более высокой чувствительностью. Плюс автоматическое включение инфракрасной подсветки дает камерам возможность отлично снимать даже в полной темноте. Например, в закрытом помещении без окон и с выключенным светом, когда об уровне какой-то внешней освещенности даже речи нет. Светочувствительность остается критичной для камер лишенных ИК подсветки, но использовать такие в современном видеонаблюдении – почти моветон. Хотя корпусные модели без подсветки все еще продаются, конечно.

Сравнение матриц разных производителей

Вообще правило таково: чем выше освещенность, тем лучше снимет матрица и, соответственно, камера. Поэтому не рекомендуется ставить камеры по полутемным закоулкам, даже если у них хорошая чувствительность. Имейте в виду, что в спецификации матриц камер обычно указывается минимальный уровень освещенности, когда можно зафиксировать хоть какое-то изображение. Но никто не обещает, что это изображение будет хотя бы приемлемого качества! Оно будет отвратительным в 100% случаев, на нем с трудом можно будет что-либо разобрать. Для достижения хотя бы удовлетворительного результата рекомендуется снимать как минимум при освещенности хотя бы в 10-20 раз большей, чем минимально допустимая для матрицы.

Производители придумали ряд технических решений, чтобы улучшить чувствительность CMOS матриц и снизить потери света в процессе фиксации изображения. Для этого в основном используется один принцип: вынести светочувствительный элемент как можно ближе к микролинзе матрицы, собирающей свет. Сначала компания Sony предложила свою технологию Exmor, сократившую путь прохождения света в матрице:

Затем прогрессивные производители дружно перешли на использование матриц с обратной засветкой, позволяющей не только сократить путь света сквозь матрицу, но и сделать полезную площадь светочувствительного слоя больше, разместив его над другими электронными элементами в ячейке:

Технология обратной засветке дает камере максимальную чувствительность. Отсюда вывод – «при прочих равных условиях» лучше приобрести камеру использующую матрицу с обратной засветкой, чем без таковой.

Для улучшения изображения в условиях слабого освещения для слабочувствительных дешевых матриц производители камер могут использовать различные ухищрения. Например, режим «медленного затвора», а говоря проще – режим большой выдержки. Однако «размазывание» контуров движущихся объектов уже на этапе фиксации изображения матрицей в таком режиме не позволяет говорить о мало-мальски качественной видеосъемке, поэтому такой подход совершенно неприемлем в охранном видеонаблюдении, где важны детали.

Определенным прорывом в качестве изображения стало появление технологии Starlight, впервые появившейся в камерах Bosch в 2012 году. Эта технология, благодаря комбинации огромной светочувствительности матрицы (порядка 0,0001 — 0,001 люкс) и очень эффективной технологии шумоподавления позволила получать очень качественное цветное изображение с видеокамер в условиях слабой освещенности и даже в ночное время.

Тогда как традиционный способ преодоления слабой освещенности – использование ИК подсветки – дает возможность получить четкое изображение лишь в монохромном режиме (оттенках серого), камеры с технологией Starlight позволяют получить цветную картинку, обладающую гораздо большей информативностью. В частности, при слабой освещенности система видеонаблюдения с технологией Starlight легко сможет различать цвета автомобилей, одежды и др. важные признаки.

Вот демонстрация технологии Starlight в действии:

При выборе камеры видеонаблюдения обязательно обращайте внимание на характеристики матрицы, а не только ее разрешение. Ведь от этого в значительной степени будет зависеть качество изображения, а следовательно и полезность камеры. В первую очередь следует обращать внимание на надежный бренд, типоразмер и разрешение матрицы, светочувствительность принципиальна лишь для камер лишенных ИК-подсветки.

Очень рекомендую брать камеру с матрицей, по которой можно найти вменяемый даташит с подробной информацией, а не покупать кота в мешке. Например, вы легко найдете спецификации на матрицы производства ON Semiconductor, Omnivision или Sony. А вот мало-мальски подробных характеристик матриц SOI не сыскать днем с фонарем. Возникает подозрение, что производителю есть что скрывать…

А общий итог такой: CMOS матрицы безоговорочно победили в устройствах видеонаблюдения и в ближайшем будущем не собираются сдаваться какой-либо конкурирующей технологии.

Матрица с обратной засветкой что это?

• Ты видеограф
• Съемка на смартфон
• Обзоры
• Братишка Али
• Блог
• Путешествия

Что посмотреть в блоге

Обзоры видеооборудования

Развитие

Статьи и события

Backstage

Съемка на смартфон

Список моего оборудования для видеосъемки.

Машины и автоаксессуары

Путешествия

Выгорает ли матрица фотоаппарата со временем?

Выгорает ли матрица фотоаппарата при его долгом использовании?

В этой заметке речь пойдет не о том, что будет с матрицей, если ее направить на полчаса на солнце или несколько секунд светить в нее лазером мощностью 200 милливатт. Очевидно, что в первом случае она очень сильно нагреется, что может привести к ее быстрой деградации и появлению «горячих» пикселей, во втором случае, она выйдет из строя прямо у вас на глазах.

Выгорает ли матрица фотоаппарата?

Вопрос в другом: многие, в том числе и профессиональные фотографы верят в миф, что матрица у зеркалок со временем портится, цвета тускнеют, снижается динамический диапазон (хотя большинство фотографов вообще не знают, что это такое) и что от зеркалки с пробегом 200 000 надо быстрее избавляться, потому что она уже не торт.

Собственно, меня эти заблуждения всегда только забавляли и не особо волновали, но как-то недавно мне моя знакомая (фотограф) вновь озвучила эту страшную болезнь зеркалок — выгорание матрицы. Я поинтересовался, откуда она это знает, на что она сказала, что ей это поведал продавец в фотомагазине (тоже фотограф). И ладно бы это был супермаркет, где продавцы имеют весьма отдаленное представление касательно технических процессов в фотографии. Но это специализированный магазин фототехники (у нас в городе их всего 2, но какой именно я писать не буду). А сказали этой девочке так, потому что она принесла свой Nikon D600, которому уже больше 2-х лет с жалобами, что на картинке появились дефекты изображения:

— А какой пробег у него?

— Ну под 100 000 уже.

— Так а что вы хотели, матрица уже выгорает.

Такого бреда я не ожидал услышать. Дальше знакомым фотографам лучше покинуть эту страницу, потому что некоторые предложения им могут не понравиться)))

Итак, предположим, что вы сделали 200 000 снимков. Среднее время выдержки примерно 1/200 секунды. (Хотя на самом деле, оно еще меньше, т.к. на улице днем снимают на диафрагмах F1.4 — F2.8 и шаттере 1/2000 — 1/8000. Но мы возьмем самый нереальный вариант — фотограф снимает только ночью в клубе со вспышкой)

Итак, сделав 200 000 фото на средней выдержке 1/200 получается, что свет падал на матрицу 1000 секунд. Это меньше 17 минут. Т.е. на основании логики «выгорания» матрицы, включив Live View или снимая видео, ровно через 17 минут ваша матрица начнет выгорать, цвета тускнеть, контрастность падать. Тогда каким образом миллионы людей, и я в том числе, снимают ЧАСАМИ видео на зеркалки в течение нескольких лет и никаких проблем с матрицей не происходит? На современных фотоаппаратах она даже не перегревается от непрерывной съемки в течение многих часов!

Вот вам и ответ: матрица не «выгорает» от долгого использования. Если у вас дефекты изображения после длительного общения с фотоаппаратом — то вам просто нужно сдать матрицу на чистку.

А теперь, собственно, хочу перейти к главной части этой заметки: почему люди верят в такую чушь? И не простые люди, а фотографы, профессиональные фотографы. Итак, для начала, следует задать вопрос: почему современные фотографы вообще не шарят в том, как работает фотоаппарат на котором они зарабатывают деньги? Почему любой видеограф знает про DSLR в 10 раз больше фотографа? Я не хочу тут разводить писанину на тему, что сложнее — делать видео или снимать фото, это и так очевидно.

Но вот почему любой человек, который освоил режим «M» на фотоаппарате, автоматически причисляется к рангу профессиональных фотографов и считает, что ему больше знать ничего не нужно? Я в 11 лет уже снимал на отцовский «Зенит» и знал, что такое экспонометр. Получается я тогда уже был профессиональным фотографом.

Итак, сколько фотографов из числа ваших знакомых знает ответы на простейшие вопросы о фототехнике:

— Что такое динамический диапазон, в чем он измеряется и как зависит от плотности пикселей на матрице?

— Что такое муар и алиасинг и зачем в некоторых фотоаппаратах стоит оптический фильтр низких частот (Canon 5Ds, Nikon D800), а в некоторых не стоит (Canon 5Ds R, Nikon D800E) и как он влияет на изображение?

— Что такое бандинг и чем 12-битный RAW отличается от 14-битного?

— Что такое Rolling Shutter?

— Кто-то знает, что такое «Native ISO» и насколько радикально зависит динамический диапазон фото от значения светочувствительности?

— Что значит, что стабилизатор объектива компенсирует 4 стопа экспозиции?

— Много ли владельцев Nikon знают, что могут поменять фокусировочный экран и понимают ли они, что это вообще такое?

— Почему в режиме Live View не может работать обычная система автофокуса и нужно ставить дополнительные датчики фокуса прямо на матрицу?

Это абсолютно несложные вопросы, ответы на которые знает практически любой видеограф. Но не знает практически любой фотограф).

Заметьте, здесь нет вопросов про EOS iTR и EOS iSA, нет и о том, чем матрицы с обратной засветкой засветкой лучше обычных КМОП, никто даже не просит расшифровать этот КМОП (CMOS). Нет вопросов про систему экспозамера из 150 000 RGB датчиков, которые объединяется в 252-зонный TTL экспозамер, и чем крестообразный датчик автофокуса лучше обычного, и какие из них могут работать с диафрагмами меньше F2.8, а какие не могут?

Разумеется, чтобы снимать фотографии, можно всего этого и не знать. И продолжать считать, что матрица со временем выгорает. Более того, если человек зарабатывает только фотографией — то он уже автоматически является «профессионалом», потому что это, как не крути, его профессия. Кто-то может сказать, что для того, чтобы делать крутые фотки, все это можно и не знать. Это правда, миллиарды людей на планете вообще в школе не учились и как-то же живут.

Но вот вам один пример: зависимость динамического диапазона Canon 5D Mark III и Nikon D800 от значения ISO.

Теперь вам понятно, почему у Nikon из RAW тени тянутся на «ура», а у Canon это выглядит как грязная каша? Все дело в дополнительных 2-х стопах динамического диапазона. Наверное, вы также замечали, что на больших ISO картинка выглядит более плоской? Теперь вы, хотя бы, будете знать почему. А ведь это непосредственно влияет на качество картинки.

Так, может, лучше немного разобраться, как, все-таки, работает фотоаппарат?