Progressive scan cmos что это?

Hikvision

My Account

• Мой аккаунт
• Оформление заказа

• No products in the cart.

Поиск

Последние записи

• Снижение частоты ложных тревог в центрах приема сигнализации
• 3 способа, благодаря которым технология Hikvision AcuSense обеспечивает новые конкурентные преимущества для вашего бизнеса
• Способы восстановления пароля
  на устройствах Hikvision
• Решить проблему с отображением
  видео: подключение устройств
  Hik-Connect к IVMS-4200
• Сравнение камер Hikvision:
  DS-2CD2047G1-L
  DS-2CD2047G2-L

Последние комментарии

Категории

• База знаний
• Без категории
• Видеонаблюдение для
• Новости
• Новости
• Скачать
• Словарь Hikvision
• Статьи
• Техническая поддержка
• Техподдержка

Типы и размеры матриц
камер видеонаблюдения

Разберем характеристику первой попавшейся камеры.

Матрица	1/4″ Progressive Scan CMOS
Эффективных пикселей	1Мп, 1280 х 720

Такую таблицу вы встретите на странице каждой камеры, меняются лишь значения, подставляемые к перечню характеристик. Как понять, что вам нужно и на какие данные стоит обратить внимание в первую очередь? Ведь матрица – это и есть та главная часть камеры, которая получает изображение, как фотопленка в старых фотоаппаратах.

Рассмотрим типы матриц. И начнем от обратного. Матрицы, не использующиеся Hikvision – CCD-матрицы.

По сравнению с технологией CMOS, которую применяет в своих камерах Hikvision, CCD-матрицы позволяют создавать высококачественное изображение. В процессе съемки возникает гораздо меньше шумов, а бороться с все же возникшими намного легче, чем в матрицах CMOS.

Еще одним важным показателем является их высокая эффективность. Например, коэффициент заполнения у матриц CCD приближается к 100%, а соотношение зарегистрированных матрицей фотонов к их общему числу – 95%. Если сравнивать с нашими глазами, то при расчёте в тех же единицах соотношение составит только 1%.

К недостаткам CCD-матриц можно отнести сложность процесса. Для фиксации изображения в камере необходимо дополнительное наличие целого перечня устройств. Это приводит к более высокому энергопотреблению, делает их дороже в производстве и “капризнее” в эксплуатации.

Теперь о CMOS-матрицах.

Главное достоинство CMOS-матриц – более низкое энергопотребление и возможность произвольного считывания ячеек, а это CCD-матрице недоступно, там считывание происходит одновременно. Благодаря произвольному считыванию в CMOS-матрицах нет размазывания изображения.

Еще одно достоинство – расположение значительной части электроники непосредственно на ячейке, благодаря этому появляются широкие возможности управления матрицей и изображением.

При всех имеющихся достоинствах данной технологии, недостатков хватает. Главный – незначительный размер светочувствительного элемента в соотношении к общей площади пикселя. Одно из основных достоинств – расположения электроники на ячейке. Но из него вытекает еще один недостаток – значительная часть площади пикселя занята электроникой, а значит, уменьшена площадь светочувствительного элемента.

В то же время нельзя не отметить, что CMOS был модифицирован несколько лет назад, и для видеонаблюдения CMOS-матрицы действительно подходят лучше (благодаря чёткому изображению, низкому энергопотреблению и возможности уменьшать битрейт видео.

Матрицы в камерах видеонаблюдения

Матрицы в камерах видеонаблюдения

Когда стоит выбор, какую камеру приобрести для системы видеонаблюдения, многие обращают внимание прежде всего на разрешение, фокусное расстояние и дальность работы ик-подсветки. Но мало кто реально обращает внимание на самую главную часть любой камеры – матрицу. Ведь именно от неё зависит качество картинки, которую выдаёт камера. Не производительный процессор, который просто влияет на скорость оцифровки видео, а именно матрица. В характеристиках камеры можно увидеть такую строку:

Матрица — 1/3″ Progressive Scan CMOS

У человека, впервые столкнувшегося с задачей установить у себя систему видеонаблюдения, возникнет много вопросов при взгляде на эту таблицу, и скорей всего он упустит важность данной информации, а посмотрит на разрешение и другие явные характеристики камеры. В этот статье я постараюсь пролить свет на то, почему именно матрица играет важнейшую роль при определении качества и цены той или иной камеры.

Разновидность матриц

Существует два типа матрицы, которые были применены в камерах видеонаблюдения. Это CCD и CMOS матрицы.

CCD матрица использовалась повсеместно в камерах видеонаблюдения до появления CMOS.

Преимуществами CCD можно считать:

• более качественная картинка;
• отличная светочувствительность;
• мало шумов при съёмке видео.

Недостатки у CCD матрицы:

• сложный и медленный процесс съёмки видео, нужны дополнительные устройства для отображения видео;
• высокое энергопотребление;
• требовательны при эксплуатации;
• дорогие в производстве.

CCD матрицы на сегодняшний день не выдерживают конкуренции с CMOS матрицами из-за самого принципа работы – считывание по ячейкам проходит слишком медленно и камера с CCD-матрицей, снимающая в высоком разрешении, не сможет удовлетворить требования по скорости срабатывания на различные тревожные события.

CCD-матрицы до сих пор производятся крупными компаниями:

• ON Semiconductor (поглотившая небезызвестную компанию Aptina);
• OmniVision;
• Samsung;
• Sony.

Помимо них для себя матрицы изготавливают компании Canon и Hikvision.
Также CCD матрицы производят молодые китайские производители. К примеру компания SOI (Silicon Optronics, Inc.) и другие. Сложно прогнозировать, насколько полезными окажутся их матрицы на рынке, где вовсю доминируют CMOS-матрицы. Возможно они смогут предложить рынку что-то совсем новое, но пока этого не произошло, CMOS-матрицы сегодня весьма популярны за счёт своей низкой цены и простоты производства.

Крупные компании вроде Hikvision и Dahua, работают в основном с известными производителями или сами изготавливают матрицы для своих устройств. Другие бренды могут задействовать разработки китайских молодых производителей или воспользоваться матрицами от именитых компаний. К примеру, бюджетные камеры Tecsar оснащаются матрицами от ON Semiconductor, OmniVision и Sony. В других брендах – Partizan, Oltec, можно встретить камеры, оснащённые матрицами от SOI.

Структура и принцип работы CMOS-матрицы

Технология CMOS-матриц предполагает расположение электронных составляющих (конденсаторы, транзисторы, и т.д.) во всех пикселях матрицы.

Отдельно взятый пиксель и CMOS-матрица

Из-за такого расположения уменьшается полезное пространство и светочувствительность матрицы, значительно повышается появление шумов. Вместе с этим в матрице формируется сигнал с большей скоростью и передача видео происходит без задержек, что очень важно в системах видеонаблюдения. Благодаря этому свойству сегодня CMOS матрицы повсеместно распространены в камерах и не имеют конкурентов.

В отличие от CCD, в CMOS матрице есть возможность «на ходу» менять качество изображения, благодаря чему у камер видеонаблюдения значительно снижено потребление электроэнергии.

Для того, чтобы получить цветную картинку, в матрице применяются светофильтры, которые разделяют общий световой поток на красный, зелёный и синий цвет.

Принцип захвата изображения в матрице, где P – светочувствительный элемент, T – электронный компонент

На видео ниже можно увидеть устройство и принцип действия CMOS-сенсора от компании Canon:

Работа CMOS матриц от различных производителей основана на вышеописанных общих принципах. Отличия могут быть только в размере самой матрицы, или, как его ещё называют – формате. Размер матрицы в характеристиках указывается в виде дроби и в дюймах. К примеру — 1/4″, 1/3″, 2/3″, 1/2″ и т.д.

Выбирая камеру, стоит руководствоваться первым и самым простым правилом – чем больше физический размер сенсора, тем лучше и качественнее матрица. На большой матрице пиксели крупнее, тем самым камера захватывает гораздо больше света. Также пиксели расположены не слишком плотно на такой матрице, следовательно на картинке создаётся меньше помех и шумов, что очень сильно повлияет на качество картинки. Помимо этого благодаря большому размеру матрицы камера получает больший угол обзора с одинаковым фокусным расстоянием.

CMOS-матрица от ON Semiconductor

CMOS-матрица, вмонтированная в плату камеры

К сожалению, большие матрицы в камерах видеонаблюдения используются нечасто, в виду того, что производство таких матриц стоит дороже, объективы под них должны иметь более крупную линзу. В дешёвых камерах видеонаблюдения применяются матрицы 1/2″, 1/4″ — они являются самыми маленькими в ассортименте. Если Вы покупаете камеру с такой матрицей, тем более произведённой компанией SOI, с применением маленького объектива, пластиковой линзы, будьте готовы к тому, что Вы не получите желаемой детализации, особенно если съёмка происходит в условиях плохого освещения.

При выборе камеры, оснащённой матрицей от Sony с размером 1/2.8″ можно с уверенностью сказать — Вы получите качественную картинку, которая будет соответствовать системе видеонаблюдения, удовлетворять различные задачи, стоящие перед ней. Светочувствительность такой камеры будет значительно лучше, благодаря чему её можно будет применять в условиях плохого освещения и погоды. Учтите один нюанс – при выборе камеры высокого разрешения светочувствительность будет ниже. Если Вам необходимо задействовать круглосуточное наблюдение на территории или в помещении, где нет уличного освещения – используйте камеру со стандартным разрешением, но большой светочувствительностью.

Насколько важен параметр светочувствительности?

Сама же характеристика светочувствительности показывает способность камеры воспринимать объекты в сложных условиях плохого освещения или кромешной темноты. Принцип восприятия камеры с хорошей светочувствительностью кажется на первый взгляд простым – чем меньше световой энергии необходимо для получения картинки матрицей, тем лучше светочувствительность. Но с применением инфракрасной подсветки этот параметр долгое время перестал восприниматься как важный параметр при учитывании возможностей камеры снимать отчётливое изображение в темноте. На данный момент этот параметр показывает способность камеры снимать цветное изображение в темноте без включения ик-подсветки.

Проще говоря, старайтесь использовать камеры в местах, где лучше освещение, тогда матрица сможет захватить более качественное изображение. Потому как в характеристиках камер в основном указывается минимальный порог освещённости, при котором камера сможет хоть как-то передать изображение. Не качественное, а хоть какое-то. Для того, чтобы камера могла выдавать нормальное изображение, необходимо ставить её в место с уровнем освещения в 10-20 раз превышающий минимальный порог, заявленный в характеристиках.

Технологии улучшения восприятия света от производителей камер

В последнее время производители начали обращать внимание на этот нюанс и внедрили несколько технических новшеств для улучшения ситуации с видеонаблюдением в плохих условиях освещения. Производители решили сдвинуть светочувствительный элемент ближе к микролинзе, которая захватывает свет, исходящий из окружающей среды. Компания Sony представила собственную разработку под названием Exmor, благодаря которой свет проходит гораздо быстрее за счёт сокращения количества «препятствий»:

Позже производители стали применять матрицы с обратным засветом, которая позволяет не только ускорить восприятие света матрицей, но также увеличить полезное пространство светочувствительного слоя, расположив его над электроникой в сенсоре:

Обратная засветка максимально улучшает светочувствительность камеры, из чего стоит делать выводы – если позволяет бюджет, лучше купить камеру, которая оснащена матрицей с такой технологией, чем без неё.

Бюджетный сегмент также не обошли стороной и производители решили применить различные уловки. К примеру, медленный затвор, или, другими словами – большая выдержка. Но при захвате кадра с движущимся объектом возникает размытие изображения, что является неприемлемым моментом для систем видеонаблюдения.

Большой прогресс в области видеонаблюдения в темноте принесла компания Bosch в 2012 году. Тогда мир впервые познакомился с технологией Starlight, которая позволяла увеличить чувствительность матрицы до показателей 0,0001 – 0,001 люкс, задействовать эффективную систему подавления шума, благодаря чему камера могла снимать цветное изображение отличного качества при плохом освещении или ночью.

На картинке отчётливо видно, как благодаря технологии Starlight можно получить цветное изображение, увидеть множество деталей, в том числе различить цвет автомобиля, одежды и другие важные признаки, которые могут помочь опознать нарушителя. Обычная камера позволяет увидеть детали лишь во время включения ик-подсветки.

Видео, на котором наглядно демонстрируется работа камеры Starlight

Когда будете выбирать камеру для системы видеонаблюдения, обратите внимание на параметры матрицы, именно от неё зависит, получите ли Вы качественную картинку и будете ли довольны вложенными средствами. Также советуем делать выбор, основываясь на проверенных брендах, в которых применяются последние технологии для улучшения качества видео.

Также немаловажно будет обратить внимание на бренд матрицы. Те же Sony, Omnivision и ON Semiconductor предоставляют подробную информацию о спецификациях матриц, которые они выпускают. А что касается китайских «умельцев» в лице SOI – Вы вряд ли найдёте подробную информацию о выпускаемых ими матрицах. А этот факт, в свою очередь, вызывает много вопросов о качестве оборудования.

Итог таков – не удивляйтесь тому, что дешёвая камера будет снимать некачественное изображение с минимумом деталей. Для серьёзных задач нужны серьёзные вложения. А серьёзные технологии стоят немалых денег. При скудном бюджете и постановке вопроса о защите своей собственности рекомендуем не гнаться за дешёвым оборудованием. Ведь правило «скупой платит дважды» здесь ещё больнее ударит по Вашему кошельку. Выбирайте с умом!

Разбираемся в светочувствительных матрицах: CMOS и CCD

Светочувствительная матрица — это «глаз» вашей видеокамеры безопасности. Она захватывает свет, попавший в объектив видеокамеры безопасности, и преобразовывает его в электронный сигнал.

Формат, или размер, матрицы определяет охват ваших камер безопасности. Самыми популярными форматами являются следующие: 2/3″, 1/2″ и 1/3″.

• Матрица с диагональю 2/3″ позволяет вести видеонаблюдение на больших расстояниях в условиях очень низкой освещенности.
• Матрица с диагональю 1/2″ — в большинстве случаев, представляет собой оптимальное решение с приемлемой светочувствительностью.
• Матрица с диагональю 1/3″ обеспечивает хорошую производительность при низкой освещенности и высокой частоте кадров.

Самыми популярными типами матриц по применяемой технологии являются CMOS (КМОП-матрица) и CCD (ПЗС-матрица).

1. Видеокамеры наблюдения с КМОП-матрицей: за и против

КМОП (CMOS) означает комплементарный металл-оксид-полупроводник (Complementary Metal Oxide Semiconductor). В видеокамерах безопасности с матрицей CMOS используется технология прогрессивного сканирования.

Преимущества и недостатки видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей

Преимущества видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей

• Высокое разрешение
• Отличная цветопередача
• Высокая кадровая частота
• Низкое энергопотребление
• Экономическая эффективность

Недостатки видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей

• Высокий уровень шума
• Умеренная светочувствительность

2. Видеокамеры наблюдения с ПЗС-матрицей: за и против

Аббревиатура ПЗС (CCD) означает прибор с зарядовой связью (Charge Coupled Device). Видеокамеры наблюдения с ПЗС-матрицами имеют отличный WDR (широкий динамический диапазон), поэтому часто используются в условиях низкой освещенности. Камеры безопасности с матрицами CCD, как правило, менее подвержены влиянию вибраций по сравнению с камерами безопасности с матрицами CMOS.

Сильные и слабые стороны видеокамеры наблюдения с CCD-матрицей

Сильные стороны видеокамеры наблюдения с CCD-матрицей

• Хорошая производительность в условиях низкой освещенности
• Хорошая технология WDR
• Меньшая восприимчивость к вибрационному эффекту
• Низкий уровень шума
• Высокая чувствительность
• Высокое разрешение

Недостатки видеокамеры наблюдения с CCD-матрицей

• Высокое энергопотребление
• Низкая кадровая частота
• Дороговизна

CMOS или CCD — что лучше?

Раунд 1: Кадровая частота и потребляемая мощность

Камера безопасности с CMOS-датчиком является однозначным победителем по частоте кадров. Камера безопасности с CMOS-датчиком может напрямую преобразовывать фотоэлектрический сигнал в цифровой сигнал. Частота кадров и скорость процесса преобразования сигнала CMOS-датчиком гораздо больше по сравнению с CCD-датчиком.

Аналого-цифровое преобразование происходит за пределами CCD-датчиков, поэтому формирование изображений и видео происходит дольше. Кроме того, видеокамеры безопасности с датчиками изображения CCD часто страдают от проблемы перегрева.

Камеры видеонаблюдения с CMOS-датчиками поддерживают гораздо более высокую кадровую частоту и потребляют меньше энергии, а также более экономичны по сравнению с камерами безопасности с CCD-датчиками. Обычно цена камеры видеонаблюдения с CMOS-матрицей более приятная, чем цена камеры безопасности с CCD-матрицей.

Поэтому победителем первого раунда становится видеокамера с CMOS-матрицей!

Раунд 2: Качество изображения

Как правило, камеры безопасности с CCD-матрицей создают изображения с более высоким разрешением. Тем не менее, развитие технологий может поставить качество изображений CMOS на один уровень с CCD. Например, видеокамеры безопасности с CMOS датчиками и оптическим зумом могут создавать даже более четкие изображения, чем видеокамеры с матрицами CCD.

Итак, второй раунд — ничья!

Раунд 3: Светочувствительность и шум

Традиционно, ПЗС-датчики менее подвержены искажениям изображения и имеют более высокую светочувствительность, поэтому создают гораздо меньше шума, чем камеры безопасности с датчиками CMOS. Однако, в настоящее время, в плане чувствительности, камеры видеонаблюдения с матрицами CMOS иногда даже превосходят CCD видеокамеры.

Трудно сказать, кто станет победителем в категориях светочувствительности и шума. Однако, исходя из текущего уровня развития технологии и производительности, видеокамеры с матрицей CCD становятся победителями в третьем раунде (возможно, это временная победа).

Основываясь на приведенной выше информации и подробном сравнении двух типов датчиков, можно обнаружить, что каждый тип датчика имеет свои плюсы и минусы.

В этой битве не может быть одного победителя. Все сводится к конкретному случаю:

1. Вы можете выбрать камеры безопасности с CCD-датчиками, если их использование будет происходить в условиях низкой освещенности.

Примечание: Некоторые камеры безопасности с CMOS-матрицами также могут обеспечить отличное наблюдение в темное время суток.

2. Видеокамеры наблюдения с CMOS-датчиками могут быть более компактными, поскольку размеры самих CMOS-датчиков могут быть очень маленькими. Поэтому можете выбрать их, если не хотите привлекать внимания к своей системе наблюдения.

3. Выбирайте видеокамеры безопасности с CMOS-матрицей, если ваше интернет-подключение недостаточно качественное. Видеокамеры наблюдения с CMOS-матрицей имеют меньше требований к ширине полосы пропускания, поэтому не будут перегружать вашу сеть.

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.

Сенсоры CMOS OmniVision. Технические характеристики и сравнение.

Компания OmniVision была основана в 1995 году в США, первые успешные разработки касались аксессуаров для мобильных телефонов: датчики и сенсоры.

Сегодня матрицы компании — это передовые решения, используемые при обработке фото- и видеоизображения. Производимая продукция используется в разных отраслях высоких технологий: видеонаблюдении, камерах мобильных устройств: ноутбуках, смартфонах, планшетах, вэб камерах; летательных дронах, автомобильных видеорегистраторах, камерах заднего вида, в медицине.

На начало 2019 года выделим четырех наиболее крупных производителей CMOS (КМОП) сенсоров:

— Sony
— OmniVision
— ON Semiconductor (бывшая Aptina Imaging)
— Samsung

Есть еще: Teledyne e2v, Toshiba, Nikon, Panasonic, но их объем матриц на мировом рынке по сравнению с первыми незначителен.

Nyxel

На сегодня Sony считается лидером по объему продаж CMOS матриц, его доля в 2018 году составляет не менее 40% рынка.

По технологиям OmniVision идет сразу вслед за Sony, так в 2017 году компанией была разработана революционная технология «Nyxel», которая улучшает ночное зрение устройств, работающих на этих матрицах, и уменьшает энергопотребление.

«Nyxel» от компании OmniVision в три раза увеличивает квантовую эффективность, позволяя получать четкие и яркие изображения в условиях низкой освещённости.

Вкратце расскажем об остальных современных разработках ОмниВижн, которые применяются в матрицах при построении систем видеонаблюдения, в смартфонах и ноутбуках, автомобильных видеорегистраторах и в медицине.

PureCel Plus

Технология OmniVision, которая увеличивает отклик матрицы, улучшает чувствительность и снижает уровень шума в высоких динамических диапазонах. В условиях низкой освещённости PureCel Plus от OmniVision воспринимает больше света за счет повышения уровня чувствительности сенсора при автоматическом повышении мощности. Также позволяет уменьшить цветовые перекрестные помехи, дополнительно улучшая цветопередачу.

RGB-Ir Technology.

Технология позволяет осуществлять с помощью стандартной видеосъемки биометрическую аутентификацию, обнаруживать жесты, распознавать лица. Активно применяется в современных смартфонах и видеонаблюдении.

OmniPixel 3-GS

OmniPixel 3-GS от ОмниВижн захватывает движущиеся объекты, даже на высоких скоростях, без создания пространственных искажений, а так же позволяет различать невидимые для человеческого зрения изображения.

Датчики изображения OmniVision чувствительны к ближнему инфракрасному свету, который выходит за пределы спектра человеческого глаза.

OmniPixel 3-HS

CMOS процесс OmniPixel 3-HS от компании OmniVision использует технологию освещения для датчиков изображения, которые позволяют снимать при высокой контрастности темных и ярких участках.

OmniPixel3-HS значительно улучшает фото- и видеоизображение в условиях очень низкой освещенности, технология особенно востребована для создания миниатюрных, компактных решений: камер мобильных телефонов, ноутбуков, автомобильных камер заднего вида и прочего, где нет возможности использовать дополнительное освещение.

OmniBSI-2 Technology

OmniBSI-2 позволяет проектировать матрицы по 65 нм процессу, за счет этого снизилось энергопотребление и тепловыделение сенсоров OmniVision, что в свою очередь позволило добиться более высокого качества изображения. За счет оптимальной компоновки пикселей и уменьшения их размера благодаря разработке Bsi-2 удалось увеличить количество кристаллов на одну пластину, что позволяет производить самые высокотехнологичные пиксельные сенсоры.

Для КМОП сенсоров OmniVision свойственны указанные параметры:

— Разрешение матрицы напрямую зависит от количества пикселей. Например, перемножаем 1920×1080 и получаем 2 073 600, что равно 2Мп
— Размер матрицы определяет количество света, который может попасть на нее.
— Чувствительность матрицы зависит от размера пикселя и от совершенства технологий производителя
— Качественная съемка в темное время суток зависит от соотношения сигнал/шум.

Рассмотрим характеристики самых популярных матриц OmniVision, которые повсеместно применяются в камерах видеонаблюдения, смартфонах, ноутбуках, авторегистраторах.

OmniVision OV2710

Недорогая 2Мп CMOS матрица компании с разрешением Full HD, разработанная специально для цифровых видеокамер, регистраторов, ноутбуков, вэб-камер и других мобильных устройств, для которых важны компактные размеры и цифровое видео высокого качества. OV2710 появился одним из первых на рынке с разрешением 1920×1080 и работающий на частоте 30 кадров в секунду. В модуле OV2710-1E используется OmniPixel3-HS, про которую мы упоминали ранее.

Матрица OV2710 обладает отличными техническими характеристиками: хорошо справляется с работой при недостаточной освещенности и в условиях контрастного света.

OmniVision OV4689

4-мегапиксельный чип для экшн-камер и стационарных камер видеонаблюдения. Многие пользователи по праву считают OmniVision OV4689 одним из лучших для съемки движущихся объектов при недостаточной освещённости. Если добавить к этому сенсору зум-объектив, то можно даже снимать быстродвижущиеся удаленные объекты в хорошем качестве.

— 2688 x 1520 — в максимальном разрешении 4 Мп может работать с частотой 90 кадров/с
— 1920 x 1080 — при разрешении 2Мп выдает уже 120 кадров/с
— 1280 x 720 — при разрешении 1Мп выдает 180 кадров/с
— 672 x 380 — при установке низкой детализации (разрешения) выдает аж 330 кадров/с

В зависимости от задачи выставляйте нужный режим работы.

Матрица OmniVision OV4689 построена на 2-микронном пикселе с применением технологии Omni BSI-2, благодаря чему обеспечивает сверхчувствительность сенсора при слабом освещении и высокий динамический диапазон (HDR). Большая частота кадров сенсора позволяет получать четкое изображение быстродвижущихся объектов. То есть камера с модулем OV4689 окажется незаменимым помощником при съемке экстремально скоростных видов спорта или позволит считывать номера авто с быстродвижущихся объектов.

OmniVision OV4689 — на сегодняшний день это одно из лучших предложений на рынке по соотношению цены к качеству.

OmniVision OV9712

Проверенная временем 1Мп матрица используется, в основном, в недорогих автомобильных видеорегистраторах и вэб-камерах. Сейчас таким качеством записи уже никого не удивишь, размер матрицы 1/4″, что стандартно для подобного рода устройств. Электроника, построенная на OV9712, достаточно надежна и не вызывает проблем. К плюсам можно отнести очень низкое энергопотребление — всего 110 милливатт при полной нагрузке. Видеорегистратор не придется постоянно держать на зарядке. Сенсор omniVision выдерживает морозы до — 30C, регистраторы можно смело оставлять зимой на ночь в машине.

OmniVision OV9732

Улучшенная матрица модели OV9712 сильно отличается от своего предшественника.

По началу может показаться, что две модели сенсоров очень похожи по своим техническим характеристикам. Обе имеют разрешение 1Мп 1280×720 и одинаковый размер матрицы, это так, но дальше их пути расходятся.

Чип OV9732 ультракомпактный по своим габаритам, он на 35% меньше, но при этом значительно превосходит по быстродействию. OV9732 выполнен по современной технологии Omni Pixel 3 — HS, что позволяет раскрыть весь свой потенциал при работе с неблагоприятными условиями освещения.

Стоит отметить, что энергоэффективность у OV9732 стала еще лучше, чем у 9712 и составляет 99 милливатт при полной нагрузке и 36 милливатт в режиме ожидания (очень низкое энергопотребление).

Благодаря своим крохотным размерам и низкому потреблению электричества CMOS (КМОП) матрицы OV9732 активно применяются в системах умного дома и беспроводных wi-fi камерах, которые работают от аккумуляторных батарей.

OmniVision OV2680 и OV2685

OV2680 (RAW) и OV2685 (SoC) являются экономичными 2-мегапиксельными матрицами с низким энергопотреблением. Предназначены в первую очередь для мобильных телефонов, смартфонов и планшетов.

Матрица имеет размер 1/5″, а размер пикселя составляет 1,75-микрон. OV2680 и OV2685 разрабатываются с применением OmniPixel3-HS, которая создает высококачественные 2-мегапиксельные изображения и видео при потоке 30 кадров в секунду.

Сенсоры OV2680 и OV2685 имеют разрешение 1616×1216, что формирует изображение с пропорциями 4:3. Такой формат часто используется в фронтальных камерах смартфонов и планшетах.

Модели чипов OV2680 и OV2685 получили положительные отзывы среди пользователей мобильных устройств, потому как формируют качественное видеоизображение даже в условиях низкой освещенности.

OmniVision OV7950 (OV7955)

Omni Vision предлагает достойное решение, выпустив обновленную модель матрицы OV7955, предыдущая модель OV7950 была очень схожа по техническим характеристикам, но по отзывам люди частенько жаловались на шумы при недостатке света. Обновленная версия лишена этого недостатка и обладает превосходной чувствительностью сенсора в ультракомпактном размере модуля, что делает его идеальным решением для камер заднего вида, объемного обзора и систем обнаружения слепых зон.

Модуль OV7955 приобрел поддержку Omni Pixel3-HS, которая обладает наилучшей светочувствительностью при слабом освещении, и отличными характеристиками в отношении сигнал / шум (SNR).

Поскольку матрица OV7955 предназначена в первую очередь для автомобильных камер, то она рассчитана на большой перепад температур и эксплуатацию в диапазоне от -40°С до +105°С.

OmniVision OV12a10 (OV12A1B)

12-мегапиксельные датчики от компании ОмниВижн с поддержкой современной PureCel Plus ориентированы для эксплуатации в двойных и одиночных камерах мобильных телефонов (смартфонов).

OmniVision OV12A10 — это современный цветной сенсор для мобильных аппаратов, модель OV12A1B — это монохромное решение при почти полностью идентичных технических характеристиках.

Обе матрицы OmniVision выполнены по 1,25 микронной технологии и предназначены для эксплуатации в качественных смартфонах со всеми передовыми функциями: оптическим зумом, широким динамическим диапазоном (HDR), стабилизатором изображения и пр. Отличным примером реализации будет использование сенсора OV12a10 и линзы Sunny в Xiaomi Redmi 5 Plus. Всем рекомендую. Если сомневаетесь, в интернете достаточно отзывов по качеству фото- и видеокамеры с нашим подопытным.

OV12a10 ничуть не уступает по качеству конкурирующим с ней 12Мп матрицам Sony, но по цене, скорее всего, окажется для производителей мобильных устройств дешевле, а значит, и вам не придется переплачивать за бренд.

OmniVision OV13855 (OV13850)

Поскольку OV13850 уже устарела и снята с производства, рассматривать будем OmniVision OV13855 — это третье поколение, которое получило поддержку PureCel Plus, в отличие от предыдущей версии OV13850.

13Мп матрицей OV13855 в 2018 году обзавелись известные всему миру смартфоны Xiaomi Redmi Note 5. В обзорах ее сравнивают даже с 20Мп (Sony IMX376). Сенсор OV13855 выдает более качественные снимки, чем 12Мп сенсор OV12a10, используемый в Redmi 5 Plus и Mi 5.

Запись видео — это отдельная история. Матрица камеры обладает следующими характеристиками:

— возможность записи 4K видеоконтента со скоростью 30 кадров/с.
— запись видео в качестве 1080p (2Мп) со скоростью 60 кадров/с.

Сенсор ОмниВижн ov13855 в купе с качественной программной и хардвардной (железной) частью = Xiaomi Redmi Note 5 (а это один из самых продаваемых смартфонов в России в 2018 году).

Автор: Дмитрий Самохвалов, технический редактор компании Rucam-Video.