microbik.ru
1
Типы ПЗС-матриц

Вначале для ПЗС-матриц со строчным переносом предлагалось использовать ручное управление электронным затвором, но очень скоро появилась и автоматическая версия. Такой тип управления называется автоматической ПЗС-диафрагмой или электронной диафрагмой (electronic iris). Электронная диафрагма устраняет необходимость в использовании объективов с автодиафрагмой. Объективы с ручной установкой диафрагмы могут использоваться с видеокамерами с электронной диафрагмой даже в уличных условиях (Далеко не во всех случаях, так как динамического диапазона электронного затвора может быть недостаточно для отработки изменений уличного света. Прим. ред.). Однако следует отметить, что электронная диафрагма не может контролировать функцию глубины резкости, обеспечиваемую механической диафрагмой объектива.



Рис. 5.20. Типичная структура ПЗС-матрицы с микролинзами



И следует также помнить то, что когда электронная диафрагма переключается на более высокие скорости затвора, из-за низкой эффективности переноса заряда возрастает вертикальный ореол.

Итак, если включен электронный затвор, он может переключаться в пределах от нормальной скорости Экспозиции в 1/50 с (1/60 с) до более высокой (менее продолжительной) в зависимости от условий освещенности. Теоретически экспозиции, длиннее 1/50 с (1/60 с для EIA), не могут использоваться из-за потери ощущения движущегося изображения. В некоторых ПЗС-видеокамерах возможны более длительные экспозиции, и такой режим называется интеграцией (накоплением заряда. Прим. ред.). В некоторых последних разработках, включающих цифровую обработку сигнала, интеграция включается автоматически, когда освещенность объекта падает ниже заданного уровня. Это особенно ценно в отношении цветных видеокамер, но пока реализовано только для черно-белых видеокамер (в современных цветных видеокамерах с целью повышения их чувствительности реализован режим День/Ночь, благодаря чему при уменьшении освещенности ниже определенного уровня видеокамера автоматически переключается на работу в черно-белом режиме. Прим. ред.). Плата за это - потеря гладкости движения (в режиме накопления мы не можем получить 50 полей/с), которая заменяется видимостью движения, аналогичной прерывистому воспроизведению с time-lapse видеомагнитофона.



Рис. 5.21. Сравнение традиционных схем и новой концепции Exwave фирмы Sony

Уменьшение размеров пикселя в матрицах со строчным переносом косвенно снижает минимальную освещенность матрицы. Эта проблема может быть разрешена очень просто (хотя технологически это не очень легко) - поверх каждого пикселя помещается микролинза. Микролинза концентрирует весь падающий свет на маленькую область, на сам пиксел, и эффективно увеличивает минимальную освещенность. На сегодняшний день наибольшее распространение в охранном телевидении получили матрицы со строчным переносом заряда.

Типичный разрез ПЗС-матрицы со строчным переносом и с микролинзами приведен на рис. 5.20. Как видно, микроструктура матрицы становится довольно сложной, когда речь идет о высококачественном сигнале.

Самый лучший проект - это последняя разработка, матрица с кадрово-строчным переносом, которая обладает всеми характеристиками строчного переноса плюс уменьшение вертикального ореола и лучшее отношение сигнал/шум. Как можно заключить из упрощенной схемы, такая матрица работает со срочным переносом на верхней части матрицы, то есть имеет электронный затвор, но изображение не удерживается в колонках маски в течение экспозиции следующего поля, а сдвигается вниз в более защищенную область маски.

В такой матрице вертикальный ореол еще меньше, а также увеличивается отношение сигнал/шум. Здесь также используются микролинзы для улучшения минимальной освещенности.



Рис. 5.22 Структура ПЗС-матрицы с микролитами

 ПЗС-матрицы с кадрово-строчным переносом заряда имеют еще более совершенную микроструктуру, множество ячеек и областей для предотвращения стекания избыточных зарядов на окружающие области, ловушки генерируемых теплом электронов и пр. Матрицы с такими усовершенствованиями обладают очень высоким динамическим диапазоном, ослабленным вертикальным ореолом и высоким отношением сигнал/шум, что делает их идеальными для съемок на улице и видеожурналистики. Такие типы камер в широковещательном телевидении обычно называются камерами видеожурналистики.

Итак, матрицы с кадрово-строчным переносом для охранного телевидения слишком дороги, и, в основном, используются в широковещательном ТВ. Следует отметить, что независимо от того, насколько совершенна электроника видеокамеры, если качество источника информации - ПЗС-матрицы очень высокое, то и видеокамера будет высшего качества. Противоположное тоже верно, т.е. даже если ПЗС-матрица наивысшего качества, но электроника камеры не в состоянии обработать ее наилучшим возможным способом, то весь комплект будет комплектом второго класса.

Также следует отметить, что большинство из немногочисленных производителей матриц подразделяют ПЗС-устройства одного типа на несколько классов, в зависимости от качества и однородности пикселей. Различные производители могут использовать различные классы для одного и того же типа матриц. Это в итоге отражается не только на качестве, но и на цене видеокамеры.



Импульсы переноса зарядов в ПЗС-матрицах

Качество сигнала, даваемого ПЗС-матрицей, зависит от импульсов переноса заряда. Импульсы генерируются внутренним кварцевым генератором видеокамеры. Частота зависит от многих факторов, но, в основном, от числа пиксел ПЗС-матрицы, типа переноса заряда (покадровый, строчный, кадрово-строчный), а также числа фаз для каждого элементарного сдвига зарядов, в частности, элементарный сдвиг может производиться двухфазным, трехфазным или четырехфазным сдвиговым импульсом. В охранном телевидении наиболее распространены видеокамеры с трехфазным импульсом переноса.

Как вы можете себе представить, кварцевый генератор камеры должен иметь частоту, по крайней мере, в несколько раз более высокую, чем полоса пропускания видеосигнала, формируемого видеокамерой. Все другие синхроимпульсы, в том числе и импульсы переноса, формируются из этой тактовой частоты. На схеме рис. 5.24 показано, как происходит перенос заряда в рамках трехфазовой концепции.

Импульсы, обозначенные как ф1, ф2, ф3 это импульсы низкого напряжения (обычно от 0 до 5 В), поэтому ПЗС-камеры не нуждаются в высоком напряжении, как это обстояло с передающими трубками. Это только один из многих примеров, но он демонстрирует всю сложность и количество генерируемых в ПЗС-видеокамере импульсов.

Информационный источник: www.videо-guаrds.ru