Формат матрицы: Матрица фотоаппарата — основа основ

Формат матрицы Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Кроп.

Кроп-фактор (от англ. Crop factor, crop — обрезать, factor — множитель) — условный коэффициент, отражающий изменение поля зрения объектива при его использовании с кадровым окном уменьшенного размера. Эта величина появилась одновременно с цифровой фотографией и чаще всего интерпретируется, как виртуальное увеличение фокусного расстояния оптики, рассчитанной на малоформатный кадр фотоплёнки при использовании фотоматрицы меньшего размера. Физический смысл кроп-фактора можно описать отношением диагонали стандартного кадра к диагонали используемого.

K f {\displaystyle K_{f}} = диагональ35мм / диагональматрица (диагональ малоформатного кадра 24×36 мм ≈ 43,3мм)

Таким образом, кроп-фактор «полнокадровой» матрицы, соответствующей размерам малоформатного кадра, равен единице. В практической фотографии кроп-фактор не может быть меньше единицы, поскольку использование кадра размеров, превышающих расчётные, приводит к виньетированию. Кроп-фактор служит только в качестве справочной величины и никак не влияет на действительное фокусное расстояние объективов, зависящее от их оптической конструкции.

Содержание

  • 1 Происхождение термина
  • 2 Уменьшение поля зрения
  • 3 Эквивалентное фокусное расстояние
  • 4 Эквивалентная резкостная диафрагма
  • 5 Сменная оптика для камер с кроп-фактором
  • 6 Некоторые размеры матриц
    • 6.1 4/3, 18×13,5 мм, соотношение сторон 4:3
    • 6.2 DX и APS-C, около 25,1×16,7 мм, соотношение сторон 3:2
    • 6.3 APS-H формат, 27×18 мм, соотношение сторон 3:2
    • 6.4 Полнокадровый (англ. full frame) фотодатчик формата 36×24 мм ±1 мм, соотношение сторон 3:2
    • 6.5 Среднеформатная матрица формата 60×45 мм, соотношение сторон 4:3
  • 7 Кроп-фактор и размеры матриц
  • 8 См. также
  • 9 Примечания
  • 10 Источники
  • 11 Литература

Происхождение термина[ | ]

В аналоговой фотографии понятия кроп-фактора не существовало, несмотря на огромный диапазон размеров кадрового окна фотоаппаратов. Каждому формату негатива соответствует определённое фокусное расстояние объектива, считающееся нормальным. Обычно оно приблизительно равно диагонали кадра или незначительно её превосходит

[1]. Так, для крупноформатных камер с кадром 9×12 см нормальным считается объектив с фокусным расстоянием

Подбор объектива: формат матрицы | БИК Дом оптики

Матрица (сенсор, фотоприемник)- это устройство камеры, где формируется телевизионное изображение,как правило представляет собой микросхему,состоящую из фотодиодов. При прохождении лучей света (фотонов) фотодиоды генерируют попавший свет в электрический сигнал. Соответственно, чем больше света попадет,тем лучше будет сигнал. Как правило один фотодиод содержит три пикселя RGB, расположенных в трех уровнях один под одним каждый и представляют собой ячейку фотоприемника. От количества пикселей зависит разрешение (детализация) получаемого изображения.Чем больше пикселей содержит матрица, тем выше будет детализация.

Одной из основных характеристик матрицы является её физический размер.В спецификациях к камерам производителями принято указывать размеры матрицы в дюймах.К примеру, матрица формата 1/3″ имеет размеры: горизонтальный 4.8 x вертикальный 3.6 мм. Размер матрицы влияет на такие важные показатели,как вес и габариты камеры, цифровой шум на изображении и поле зрения при использовании с тем или иным объективом.На большую по площади матрицу попадает большее количество света, тем самым получая на выходе изображение с меньшим количеством шумов.Стоит отметить,что на показатели шума также влияет размер пикселей.При большом размере пикселей слой изоляции между ними тоже больше, а следовательно ток утечки уменьшается.

При подборе оптики к тому или иному формату ТВ камеры нужно руководствоваться простым правилом: выбранный объектив должен либо быть равным формату матрицы камеры либо превосходить его.Если объектив спроектирован для работы с сенсором меньших размеров,чем установленный в камере, то на изображении появится тёмная окантовка или так называемое «виньетирование«.Если объектив спроектирован для работы с сенсором большего размера,чем установленный в камере,то часть информации на изображении будет находится за пределами матрицы, таким образом сужается поле зрения (угол обзора).Во втором случае,отсекание краевых участков на изображении позволяет использовать самую «продуктивную» часть объектива — центральную область,в которой разрешение оптики,измеряемое в линиях/мм всегда больше,чем на краях,поэтому и качество изображения будет выше.

Поясняющее изображение:

К примеру, объектив Kowa LMVZ655 формата 1/2″ можно с успехом использовать на камерах с сенсором 1/2″,1/3″,но нежелательно на 2/3″.

Соотношение основных оптических форматов сенсоров и их физические размеры приведены в таблице:

Матрицы для камер видеонаблюдения. На что обращать внимание? / Хабр

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:

Итоги

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.

Ознакомьтесь с обзором матриц, формирующих фотоизображение. Часть 2

Часть 2. История развития форматов

Владимир Нескоромный

Главный редактор сайта alphapro.sony.ru

Продолжение. Начало материала (часть 1) здесь.

 

Компания-производитель камеры сообщает обычно размер изображения в мегапикселях, а также условный размер матрицы, к примеру, «полный кадр», APS-C, «4/3», разнообразные дюймовые дроби. С практической точки зрения, фотографу полезнее знать кроп-фактор. Это коэффициент пересчета фокусного расстояния объектива для получения с помощью разных камер и объективов одного и того же по передаче перспективы снимка.

Если кроп-фактор 1,5х, это значит, что 50-мм объектив на определенной камере будет работать как 75-мм на полнокадровой. А также, что гиперфокальное расстояние будет примерно в эти же полтора раза меньше. Начало зоны резкости расположится ближе к фотографу, а сама она будет шире.

Чтобы определить кроп-фактор, нужно разделить принятую за «единицу измерения» диагональ малоформатного (24х36 мм) кадра, а это 43,3 мм, на диагональ матрицы выбранной камеры.

 

Два дюйма — две эпохи

Цифровая фотография унаследовала технологии и стандарты как пленочной, так и видеозаписывающей техники. Так, для расчета кроп-фактора мы используем величину диагонали (43,3 мм) кадра 35-мм кинопленки с перфорацией. Именно эта пленка и, конечно, камеры Leica, где она применялась, в свое время обеспечили популярность этому формату. А вот дюймовым дробям в маркировке матриц мы обязаны видеокамерами, вернее телекамерам.

В телекамерах на заре телевидения использовались для регистрации видеосигнала электронно-лучевые передающие телевизионные трубки - видиконы. Их технологический размер, а именно внешний диаметр трубки, обозначался в дюймах. Этот размер дошел до эпохи цифровых камер как отраслевой стандарт производства теле/видеоаппаратуры. Важно отметить, что этот стандарт характеризует не размер светочувствительной области, а габаритные размеры видикона. В прошлом это было важно для возможности независимой разработки и ремонта телекамер.

Реальный размер светочувствительной зоны матрицы составляет примерно две трети от видиконовской трубки. (Точно узнать значение размеров можно из справочников или из документации аппарата.) Поэтому когда говорят «видиконовский дюйм», то имеется в виду не 25,4 мм (общепринятый дюйм), а около 17 мм (16,93 мм). Иными словами, сам видикон имел габариты 24,5 мм, а диагональ его светочувствительного элемента составляла 17 мм.

Напомним, что для кадра 24х36 мм с диагональю 43,3 мм цифровая фотография унаследовала технологии и стандарты как пленочной, так и видеозаписывающей техники. Так, для расчета кроп-фактора мы используем величину диагонали (43,3 мм) кадра 35-мм кинопленки с перфорацией. Именно эта пленка и, конечно, камеры Leica, где она применялась, в свое время обеспечили популярность этому формату. А вот дюймовым дробям в маркировке матриц мы обязаны видеокамерами, вернее телекамерам.

Сколько дюймов?

Именно в видиконовских дюймах измеряют сенсоры компактных камер. Например, в камерофоне Sony Ericsson Cyber-Shot C905 (2008) установлен КМОП-сенсор с диагональю 1/ 2,5 дюйма. Как это значение перевести в традиционные миллиметры? Нужно единицу разделить на 2,5 и умножить на 16,93 мм. Получается 6,77 мм. Напомним, что диагональ 35-мм кадра равна 43,3 мм. Значит, диагональ сенсора камерофона в 6,4 раза меньше, чем полный кадр. Иными словами, кроп-фактор 6,4х.

Теперь рассмотрим объектив. В спецификациях сказано, что его фокусное расстояние составляет f=5,91 мм. Умножаем это значение на полученный кроп-фактор 6,4х и получаем эквивалентное фокусное расстояние f=38 мм.

Соответственно, популярный формат Four Thirds (4/3 дюйма) пересчитываем следующим образом: 4 делим на 3 и умножаем на 16,93; получается 22,57 мм, что почти в два раза меньше, чем полный кадр (кроп-фактор 2х). Собственно, так и пересчитывается оптика для системы Four Thirds.  

В камерафоне Sony Ericsson Cyber-Shot C905 (2008) установлен КМОП-сенсор с диагональю 1/ 2,5 дюйма. Кроп-фактор 6,4х. Фокусное расстояние объектива экв. f=38 мм.

Пленочный формат в цифровых камерах

Терминология современных цифровых камер сберегла для нас память об одной из последних попыток автоматизации и цифровизации пленочной фотографии. В 1990-х годах компании-производители фототехники и фотоматериалов приняли новый набор отраслевых стандартов под названием «Усовершенствованная фотосистема»/Advanced Photo System (APS).

В серийных образцах APS-камер использовалась 24-мм пленка с более тонким слоем фотоэмульсии, по сравнению с 35-мм, и с лучшими характеристиками. В камеру заряжалась почти традиционная кассета, но уменьшенного размера. При съемке можно было выбрать различное соотношение сторон кадра, например, 3:2, 16:9 или 3:1 (панорама). Первый режим съемки маркировался «С» (Classic), второй - «H» (High Definition), третий - «P» (Panoramic).

Собственно, когда стали появляться цифровые камеры, а полный кадр все еще был непозволительной роскошью, разработчики решили использовать APS-формат применительно к новым цифровым моделям. Они выбрали формат, который ближе к фотографии, а не видиконовский из видеоиндустрии.

Например, камера ILCE-6500 оснащается сенсором APS-C с площадью кадра 23,5х15,6 мм. Как мы уже написали, это Classic, соотношение сторон 3:2. Попробуем просчитать кроп-фактор. При диагонали 28,20 мм кроп-фактор составляет 1,54х.

Матрица формата APS-C (23,5x15,6 мм). Разрешение 20 Мпикс.

Заключение

Хотя в качестве отправной точки для пересчета и был выбран кадр узкой пленки 24х36 мм, он не является вершиной пирамиды матриц. Современные технологии уже обеспечили доступность матриц и камер больше малого формата. И если говорить о цифровом среднем формате, то следует сказать, что для него кроп-фактор меньше единицы, например, 0,79х, Но цифра эта малоинформативна для практического применения. Фотографы, использующие среднеформатные камеры, не пересчитывают свои объективы на малоформатные, а оперируют более профессиональным термином - «угол поля зрения объектива». Но это тема уже для другого материала.

 

Примечания:

1_ Four Thirds - Стандарт крепления объективов для цифровых зеркальных фотокамер.

2_ Advanced Photo System (APS) - «Усовершенствованная фотосистема» («А-Пэ-Эс»).

3_«С» (Classic) — Классический формат.

4_«H» (High Definition) — Формат высокой четкости.

5_«P» (Panoramic) — Панорамный формат.

похожие статьи

Матрица (светочувствительная матрица) в камерах видеонаблюдения

Матрица или светочувствительная матрица, видеоматрица (image sensor, imager) является основным элементов видеокамер, цифровых фотоаппаратов и предназначена для преобразования, проецированного на неё оптического изображения в аналоговый электрический сигнал или в поток цифровых данных (при наличии аналого-цифрового преобразователя непосредственно в составе матрицы). Если обойтись без википедии, то матрица преобразовывает свет в электрический сигнал.

Матрица или светочувствительная матрица, видеоматрица (image sensor, imager) камеры видеонаблюдения

Необходимо отметить, что сама матрица даже важнее процессора, который используется для оцифровки видео - пусть в ЦП и будет множество функций, но если на матрице получено плохое изображение, то процессор работает уже с плохим изображением.
Также отметим, что у одного производителя может быть две камеры с одинаковыми характеристиками (разрешение записи, угол обзора и т.п.), но разными матрицами, например одна камера с матрицей от Sony и вторая камера с матрицей от SOI (или Noname) - и цена таких камер может отличаться на 30-35%.

Матрица или светочувствительная матрица, видеоматрица (image sensor, imager) камеры видеонаблюдения

Производители матриц

Давайте и начнем с производителей. Наиболее известными и популярными производителями матриц для камер видеонаблюдения являются: ON Semiconductor Corporation, Omnivision Technologies Inc., Samsung Electronics и Sony Corporation. Производители используют матрицы этих брендов для создания основной линейки видеокамер и камер премиум класса. Также, отметим бренды Canon, Hikvision и Dahua - они также производят матрицы под собственные нужды.

Но, разумеется, что существует множество других производителей, которые предлагают бюджетные решения, например, одна из наиболее популярных компаний - это SOI (Silicon Optronics, Inc.), которая достаточно молодая, но уже пытается найти свою нишу среди именитых брендов. Как раз на базе матриц SOI множество производителей и делают бюджетные линейки видеокамер. То есть, если Вы видите, что даже у одного производителя есть камеры с абсолютно одинаковыми характеристиками, но с разной ценой - то, обратите внимание на матрицу и производителя этой матрицы, скорее всего разница только в этом. В целом, понятна и разница между брендами и любым ноунеймом. Да, все характеристики могут быть одинаковыми, разрешение передачи видео изображения, но разные матрицы и разные производители - на выходе вы увидите разные картинки, разную насыщенность и даже разные цвета (оттенки).

CCD и CMOS матрицы

CCD и CMOS матрицы

В старых статьях и обзорах в Сети вы можете увидеть много букв про преимущества и недостатки CCD или CMOS матриц и какую лучше выбрать. Но, победили CMOS матрицы, в основном из-за того, что они дешевле в производстве. Поэтому, при выборе камеры для видеонаблюдения нет больше выбора между CCD и CMOS матрицы - only CMOS. Поэтому, перейдем к остальным характеристикам матриц.

Формат (типоразмер) матрицы

В характеристиках видеокамеры вы обязательно увидите размер матрицы - 1/4 дюйма, 1/3", 1/2.8 д и т.п. Формат матрицы - это размер матрицы по диагонали. Обозначение типоразмера досталось в наследство от электронно-лучевых трубок, и указывают формат матрицы в виде дроби с размерностью в дюймах.

CCD и CMOS матрицы

В формате матрицы очень простое правило - чем больше размер матрицы, тем лучше. Так как, при других равных условиях (разрешении, то есть одинаковом количестве пикселей) у большей матрицы крупнее пиксели, таким образом, она улавливает больше света. Кроме того, сами пиксели на матрице большего размера расположены менее тесно, что обеспечивает меньшее влияние взаимных помех и ниже уровень паразитных шумов, а это все влияет качество получаемого видеосигнала и получаемого изображения в итоге.

Также, физический размер матрицы влияет на угол обзора камера видеонаблюдения. При прочих равных условиях, чем больше матрица, тем больше углы обзора у видеокамеры.
От размера матрицы зависит и то, какие объективы можно устанавливать на камеру (если возможна смена объектива в камере видеонаблюдения).  Производители объективов всегда указывают размер матрицы, под которую подходит объектив, например 1/4 или 1/3. При этом, объектив для матрицы большего размера подойдет для камер с матрицей меньшего размера, но никак не наоборот.

И, что очевидно, матрица большего размера дороже в производстве. Поэтому, в бюджетных моделях камер видеонаблюдения вы редко увидите матрицы больше 1/4", а в уже более дорогих камерах используются типоразмеры матрицы 1/3",  1/2.8" и т.п. В специальных профессиональных камерах высокого качества могут использоваться матрицы размером 1/2" и 1/1.9".

CCD и CMOS матрицы

Светочувствительность матрицы

Характеристика, которую вы также увидите в описание практически у каждого производителя, некоторые производители могут указывать просто как чувствительность матрицы. Светочувствительность матрицы определяет возможность работы матрицы в условиях окружающего освещения. Таким образом, чем меньше количество световой энергии необходимо для получения нормального изображения, тем выше и светочувствительность матрицы. Для всех матриц справедливо следующее - чем лучше освещенность, тем лучше изображение. Светочувствительность матрицы производители указывают в Люксах - ЛК, Lux, люкс. Но, обратите внимание, что производители указывают минимальный уровень освещенности, при котором видеокамера еще может зафиксировать какое-то изображение, но никто не обещает, что это будет изображение хорошего качества. Сегодня практически все камеры поддерживают режимы "день / ночь" и оснащены ИК-подсветкой и в темное время суток (при снижении освещенности) камера переключается автоматически в черно-белый режим съемки. Обычная ИК-подсветка позволяет снимать даже в полной темноте на расстоянии 20 – 25 м, кроме того, существуют модели с усиленной ИК-подсветкой, где можно снимать на расстоянии 60 – 100 м в полной темноте.

CCD и CMOS матрицы


Таким образом, светочувствительность критична для камер, без ИК-подсветки, которых сейчас практически нет (только специальные миниатюрные цилиндрические или корпусные камеры могут быть без ИК-подсветки). Как правило, все производители указывают светочувствительность 0,01 Lux, что соответствует по значениям освещенности как "Безлунная ночь" 0,01 Lux (для сравнения - "Лунная ночь" - 0,05 Lux, "Сумерки и хорошо освещенная автомагистраль ночью" - 10 Lux, "Дневное, естественное освещение на улице в солнечную погоду" - 5000 - 100000 Lux).

CCD и CMOS матрицы

Еще стоит немного упомянуть о технологиях, которые используются для улучшения светочувствительности матрицы в видеокамере и снизить потери света в процессе фиксации изображения. Как правило, для этого необходимо вывести светочувствительный элемент как можно ближе к микролинзе матрицы, которая собирает свет. Это технологии Exmor и Starlight. Такие камеры могут передавать даже в цвете с помещения освещенностью 0,01 Lux, и давать неплохое изображение в условиях освещенности 0,0001 - 0,001 Lux. Но стоит, отметить, что и цена таких камер немалая – это уже более профессиональная линейка. Есть смысл использовать такие технологии в роботизированных камерах, которые снимают, например, на больших территориях или для системы "Умный город". Для обычных объектов проще / и дешевле 🙂 / заняться вопросом освещения.

Надеемся, что после прочтения этой статьи вы больше узнаете о характеристиках матрицы и на что они влияют. Теперь вы понимаете насколько много зависит от производителя и качестве матрицы в видеокамере. Поэтому, в одном и том же производители в одинаковых характеристиках и корпусах могут быть камеры с разными матрицами и по разной цене (разница может составлять даже 30-35%).

Матричный формат файла формата

Формат файла Matrix Market

Код и библиотеки


Код для чтения и анализа графиков в формате mtx (как и во многих других форматах графиков):

Обратите внимание, что устройства чтения графиков в PMC и PGD достаточно надежны и способны во многих случаях считывать и выводить тип формата графика. Кроме того, читатели mtx в этих библиотеках могут читать файлы mtx, которые могут нарушать одну или несколько характеристик файла MTX.

Примечание примечания обозначены как минимум одним % . Строка заголовка обычно является первой строкой, которая начинается по крайней мере с одного % и во многих случаях с двух %% , за которыми следует MatrixMarket и в большинстве случаев четыре поля, которые описывают сохраненные данные. Как правило, первая строка, отображаемая без % , представляет N M K , где N - количество строк, M - количество столбцов и K - число ненулевых элементов в матрице.Для неориентированных графиков первая строка, отображаемая без % , представляет N N M , где N - количество узлов, а M - количество ребер. Например, первая строка выше - 4 4 6 и указывает, что число узлов равно N = 4, а количество ребер равно M = 6.

Файл графика с расширением .mtx читается (PGD и PMC выше) с помощью этого (несколько) строгого считывателя графиков MTX. Таким образом, если файл графа не строго следует вышеуказанному формату mtx (например,например, если график представляет собой список ребер, без строки заголовка или строки, которая кодирует количество строк, столбцов и ненулевых элементов, затем следует изменить расширение файла, чтобы его можно было прочитать более гибким средством чтения графиков, которое обсуждается ниже.

  • Edge list: эти коды разработаны так, чтобы быть максимально гибкими и принимать множество вариаций краевых списков. Обратите внимание, что эти коды могут быть немного медленнее, чем mtx reader. Это связано с разрешением гибких форматов списка краев. Следовательно, этот читатель должен выполнить много проверок, чтобы выяснить точный формат входного файла, и выполнить любую необходимую предварительную обработку, которая может потребоваться.

    • Разделители. Считыватель принимает списки границ, разделенные запятыми, пробелами или табуляцией.

    • Комментарии: Комментарии разрешены и должны обозначаться первым символом новой строки как # или%

    • Веса: если список ребер содержит веса в 3-м столбце, они просто игнорируются. Пользователь может указать чтение весов, установив параметр wt или отметив, что график фактически является временным графиком.

    • Мультиграф: если список ребер содержит несколько ребер, мы просто удаляем дублирующиеся ребра.

    • Список ребер также может содержать пробелы в идентификаторах вершин (непоследовательные идентификаторы вершин) и начинаться с любого положительного целого числа. Self-петли удаляются.

    • Предполагается, что список границ не является ненаправленным. Однако, если указан ориентированный граф, он просто считается неориентированным.

Формат файла MM / MTX


  • Формат ASCII;
  • разрешить строки комментариев, которые начинаются со знака процента;
  • использовать формат "координата" для разреженных матриц;
  • использовать формат «массив» для общих плотных матриц;

Файл в формате Matrix Market состоит из четырех частей:

  1. Строка заголовка: содержит идентификатор и четыре текстовых поля;
  2. Строки комментариев: позволяют пользователю хранить информацию и комментарии;
  3. Размер строки: указывает количество строк и столбцов, и количество ненулевых элементов;
  4. Строки данных: указывают расположение элементов матрицы (неявно или явно) и их значения.

Строка заголовка имеет вид

 % MatrixMarket  объект   формат   поле   симметрия   

или

 % MatrixMarket  объект   формат   поле   симметрия   

Строка заголовка должна быть первой строкой файла, а заголовок строка должна начинаться со строки % MatrixMarket или %% MatrixMarket .Четыре поля, следующие за этой строкой

  • , объект обычно представляет собой матрицу , , и это Случай мы рассмотрим здесь. Еще одна юридическая ценность вектор , формат которого похож, но с некоторыми очевидные упрощения.
  • формат это либо координата , либо массив ;
  • поле является либо действительным , двойным , комплексом , целое или шаблон .
  • симметрия либо общая (законно для реальных, сложных, целочисленные или шаблонные поля), симметричный (вещественное, сложное, целое число или шаблон), кососимметричный (действительный, комплексный или целочисленный), или эрмитова (только комплекс).

Если поле матрицы является шаблоном , то будут перечислены только местоположения ненулевых элементов.это очевидно, что мы используем координату формат!

Если симметрия матрицы является симметричной или эрмитовой , то только записи на или ниже главная диагональ должна быть в списке. Если симметрия кососимметричный , то только записи строго ниже основной диагонали должны быть перечислены.

Строки комментариев, если таковые имеются, должны следовать за строкой заголовка.Единственное требование - каждая строка комментария начинается с знак процента.

Если формат был указан как массив , то Размер строки имеет вид:

  м н 
       
где
  • м - количество строк в матрице;
  • n - количество столбцов в матрице;

Если формат был указан как координата , то Размер строки имеет вид:

  m n ненулевых 
       
где
  • м - количество строк в матрице;
  • n - количество столбцов в матрице;
  • ненулевых количество ненулевых записей в матрице (для общей симметрии) или количество ненулевых записей по диагонали или ниже (для симметричной или эрмитовой симметрии), или количество ненулевых записей ниже диагонали (для кососимметричная симметрия).

Если формат был указан как массив , там должно быть точно следуйте м * n линиям передачи данных, одна для каждая запись, перечисленная по столбцам, имеющая форму

  значение 
       
где
  • значение является значением записи. Если поле комплекс , требуется пара действительных чисел.

Если формат был указан как координата , там должно быть точно следуйте ненулевым линиям данных, одна для каждая матричная запись, которая должна быть в списке, имеет форму

  i j значение 
       
где
  • i - строка записи;
  • j - столбец записи;
  • значение является значением записи.Если поле комплекс , требуется пара действительных чисел. Если значение , формат был , шаблон , тогда никакое значение не перечислены здесь; встречаются только значения i и j .
,

Форматы хранения разреженных матриц - GormAnalysis

Разреженные матрицы возникают естественным образом во многих задачах. Например, если мы хотим предсказать цену товара в Craigslist, используя текст сообщения, мы могли бы построить матрицу, в которой каждая строка представляет сообщение Craigslist, а каждый столбец представляет ключевое слово {bad, boat, car, good, new, shoes , used}, а элемент $ (i, j) $ представляет количество раз, когда ключевое слово $ j $ появляется в записи $ i $.

PostId Пост
пост 123 продам мою лодку
пост 225 подержанный автомобиль на продажу.машина в хорошем состоянии
пост 481 избавляемся от моего грузовика
пост 992 продаю старую обувь, потому что обувь не подходит. хорошая обувь!
плохо лодка автомобиль хорошо новый обувь используется
пост 123 0 1 0 0 0 0 0
пост 225 0 0 2 1 0 0 1
пост 481 0 0 0 0 0 0 0
пост 992 0 0 0 1 0 3 0

На практике такая матрица может иметь миллионы строк и столбцов, и хранение каждого отдельного элемента этой матрицы стоит дорогих . Форматы сжатых матриц используют тот факт, что разреженные матрицы состоят в основном из 0, и поэтому они хранят только ненулевые записи. В этом посте мы рассмотрим общие методы хранения разреженных матриц в сжатом формате.

Список координат (COO)

Пожалуй, самый очевидный способ хранения разреженной матрицы - это формат списка координат . В этом формате мы просто сохраняем список триплетов (строка, значение столбца) для каждой ненулевой записи.Например,

плохо лодка автомобиль хорошо новый обувь используется
пост 123 0 1 0 0 0 0 0
пост 225 0 0 2 1 0 0 1
пост 481 0 0 0 0 0 0 0
пост 992 0 0 0 1 0 3 0
ряд: 1 2 2 2 4 4
Колонка: 2 3 4 7 4 6
Значение: 1 2 1 1 1 3
Размеры: 4 х 7

Обратите внимание, что нам также нужно хранить размеры матрицы.Если последняя строка или последний столбец матрицы - все 0, мы не узнаем об этом только из списка триплетов.

Мы можем сделать лучше

Большинство разреженных матриц, встречающихся в дикой природе, имеют несколько ненулевых записей в каждой строке. Это означает, что наш формат списка координат может быть улучшен простым трюком. Вместо хранения индекса строки каждого ненулевого значения, , нам нужно только сохранить количество ненулевых записей в строке . Вот как это выглядит для нашего образца матрицы

плохо лодка автомобиль хорошо новый обувь используется
пост 123 0 1 0 0 0 0 0
пост 225 0 0 2 1 0 0 1
пост 481 0 0 0 0 0 0 0
пост 992 0 0 0 1 0 3 0
Non-0s по строке: 1 3 0 2
Колонка: 2 3 4 7 4 6
Значение: 1 2 1 1 1 3
Размеры: 4 х 7

Обратите внимание, что для удобства я выбрал ненулевые значения исходной матрицы в главном порядке строк.

Обратите внимание, что этот метод хранит меньше данных, чем формат списка координат. Это не гарантируется, но на практике обычно так и будет.

Теперь предположим, что компьютер хранит сжатую матрицу выше. Наш программист говорит: «Эй, дай мне 4-ую строку моей матрицы в несжатом формате, машина!». Другими словами, он хочет получить вектор (0,0,0,1,0,3,0). Как мы могли бы сделать это? Вот алгоритм для этого…

  1. Определите количество ненулевых элементов, которые появляются над строкой 4.Сделайте это путем кумулятивного суммирования элементов в векторе , отличных от 0, по строке вплоть до 4-го индекса (т.е. индексы 1-3). В этом случае мы получаем 1 + 3 + 0 = 4 → есть 4 ненулевые записи над строкой 4.
  2. Определите количество ненулевых элементов, отображаемых в строке 4. Это значение задается 4-м элементом в векторе , отличных от 0, по строке - в данном случае, 2.
  3. Так как над строкой 4 есть 4 ненулевых элемента, мы «переходим» к 5-м элементам столбца и значения .
  4. Следующие 2 пары (, столбец , значение , значение ) сообщают нам, что ненулевыми элементами 4-й строки являются (столбец 4, значение 1) и (столбец 6, значение 3).
  5. Рука Волнистая . Вернуть вектор длины 7, у которого 4-й элемент = 1, 6-й элемент = 3 и все остальные элементы = 0.

сжатый разреженный ряд (CSR)

Следуя нашему примеру выше, предположим, что наш программист запрашивает строку 3 матрицы. .. а затем строка 2. .. и затем строка 4 снова.Каждый раз, когда мы выполняем наш алгоритм для извлечения строки, мы кумулятивно суммируем элементы ненулевых значений по строке . Вместо того, чтобы выполнять эту дорогостоящую задачу несколько раз, мы можем просто заменить Non-0s By Row на ее кумулятивную сумму.

плохо лодка автомобиль хорошо новый обувь используется
пост 123 0 1 0 0 0 0 0
пост 225 0 0 2 1 0 0 1
пост 481 0 0 0 0 0 0 0
пост 992 0 0 0 1 0 3 0
Non-0s по строке Cmltv: 1 4 4 6
Колонка: 2 3 4 7 4 6
Значение: 1 2 1 1 1 3
Размеры: 4 х 7

Предположим, наш программист снова запрашивает строку 4.Теперь мы можем изменить наш алгоритм поиска строк следующим образом:

  1. Определите количество ненулевых элементов, отображаемых над строкой 4. Это значение сохраняется в 3-м элементе , отличных от 0, по строке Cmltv , в данном случае 4.
  2. Определите количество ненулевых элементов, отображаемых в строке 4. Это значение определяется разностью 3-го и 4-го элементов , отличных от 0, по строке Cmltv , в данном случае 6 - 4 = 2.

Шаги 3, 4 и 5 такие же, как указано выше

Единственный сценарий, в котором это происходит, - когда программист запрашивает строку 1 матрицы, шаг 1 приводит к тому, что мы проверяем значение в индексе 0, которого не существует.Чтобы нам не пришлось проверять этот крайний случай, мы можем предвосхитить вектор Non-0s By Row Cmltv с 0.

Наша окончательная сжатая матрица разреженных строк выглядит следующим образом

Non-0s по строке Cmltv: 0 1 4 4 6
Колонка: 2 3 4 7 4 6
Значение: 1 2 1 1 1 3
Размеры: 4 х 7

Этот формат хранения известен как Compressed Sparse Row (CSR) .

Сжатая разреженная колонна (CSC)

В машинном обучении гораздо более распространено извлекать столбцы матрицы, чем извлекать строки. Если у нас есть квадратная матрица в формате сжатых разреженных строк, мы всегда сможем восстановить строки быстрее, чем мы можем восстановить столбцы. Таким образом возникает необходимость в сжатом разреженном столбце (CSC) в формате . Это очевидное отражение формата сжатых разреженных строк. Вот как это выглядит применительно к нашей матрице образцов.

плохо лодка автомобиль хорошо новый обувь используется
пост 123 0 1 0 0 0 0 0
пост 225 0 0 2 1 0 0 1
пост 481 0 0 0 0 0 0 0
пост 992 0 0 0 1 0 3 0
Non-0 Vals By Col Cmltv: 0 0 1 2 4 4 5 6
ряд: 1 2 2 4 4 2
Значение: 1 2 1 1 3 1
Размеры: 4 х 7

Здесь мы отбираем ненулевые значения исходной матрицы в главном порядке столбцов

разреженных матриц на практике

Хорошо, но что теперь? Проверьте мою статью, Разреженное Матричное Построение И Использование В R.

,

MM - Матричный формат файла

MM - Матричный формат файла Market

MM это каталог данных, который содержит файлы, хранящиеся в формате, используемом Matrix Market для хранение и обмен матриц.

Характеристики файла MM:

  • Формат ASCII;
  • разрешить строки комментариев, которые начинаются со знака процента;
  • использовать формат "координата" для разреженных матриц;
  • использовать формат «массив» для общих плотных матриц;

Файл в формате Matrix Market состоит из четырех частей:

  1. Строка заголовка: содержит идентификатор и четыре текстовых поля;
  2. Строки комментариев: позволяет пользователю хранить информацию и комментарии;
  3. Размер строки: указывает количество строк и столбцов, и количество ненулевых элементов;
  4. Строки данных: указывают местоположение элементов матрицы (неявно или явно) и их значения.

Строка заголовка имеет вид

%% MatrixMarket  объект   формат   поле   симметрия 
       
Строка заголовка должна быть первой строкой файла, а заголовок строка должна начинаться со строки %% MatrixMarket . Четыре поля, следующие за этой строкой
  • объект обычно матрица , и это Случай мы рассмотрим здесь.Еще одна юридическая ценность вектор , формат которого похож, но с некоторыми очевидные упрощения.
  • , формат - это либо , либо координата , либо , массив ;
  • Поле является либо действительным , двойным , комплексным , целое число или шаблон .
  • симметрия или общие (законно для реального, сложного, целочисленные или шаблонные поля), симметричный (действительный, комплексный, целое число или шаблон), кососимметричный (действительный, комплексный или целочисленный), или эрмитова (только комплекс).

Если поле матрицы является шаблоном , то будут перечислены только местоположения ненулевых элементов. это очевидно, что мы используем координату формат!

Если симметрия матрицы симметрична или эрмитова , то только записи на или ниже главная диагональ должна быть в списке. Если симметрия кососимметричный , то только записи строго ниже основной диагонали должны быть перечислены.

Строки комментариев, если таковые имеются, должны следовать за строкой заголовка. Единственное требование - каждая строка комментария начинается с знак процента.

Если формат был указан как массив , то Размер строки имеет вид:

          м н 
       
где
  • м - количество строк в матрице;
  • n - количество столбцов в матрице;

Если формат был указан как , координата , то Размер строки имеет вид:

          m n ненулевых 
       
где
  • м - количество строк в матрице;
  • n - количество столбцов в матрице;
  • ненулевых число ненулевых записей в матрице (для общей симметрии) или количество ненулевых записей по диагонали или ниже (для симметричной или эрмитовой симметрии), или количество ненулевых записей ниже диагонали (для кососимметричная симметрия).

Если формат был указан как массив , там должно быть точно следовать м * n строк данных, одна для каждая запись, перечисленная по столбцам, имеющая форму

          значение 
       
где
  • значение является значением записи. Если поле комплекс , требуется пара действительных чисел.

Если формат был указан как , координата , необходимо точно следовать ненулевых строк данных, одна для каждая матричная запись, которая должна быть в списке, имеет форму

          I J значение 
       
где
  • и - строка записи;
  • и - столбец записи;
  • значение является значением записи.Если поле комплекс , требуется пара действительных чисел. Если значение , формат был , шаблон , тогда никакое значение перечислены здесь; встречаются только значения и и и .

Лицензирование:

Компьютерный код и файлы данных описаны и доступны на этой веб-странице. распространяются под лицензия GNU LGPL.

Ссылка:

  1. http://math.nist.gov/MatrixMarket/
    Веб-сайт Matrix Market.
  2. Рональд Буасверт, Ролдан Позо, Карин Ремингтон,
    Матрица биржевого рынка Форматы: первоначальный дизайн,
    Технический отчет NISTIR-5935,
    Национальный институт стандартов и технологий, декабрь 1996 г.

Образцы файлов:

  • gr_900_900_crg.мм, Матрица 900 на 900 в КООРДИНАТЕ НАСТОЯЩАЯ ОБЩАЯ форма.
  • gre_343_343_crg.mm, матрица 343 на 343 в КООРДИНАТИЧЕСКОЙ РЕАЛЬНОЙ ОБЩЕЙ форме.
  • m_04_03_arg.mm, матрица 4 на 3 в РЕАЛЬНОМ ОБЩЕМ виде.
  • m_05_05_cch.mm, матрица 5 на 5 в КООРДИНАТНОМ КОМПЛЕКСНОМ ГЕРМИТСКОМ виде.
  • m_05_05_cig.mm, матрица 5 на 5 в КООРДИНАТНОЙ ЦЕЛОЙ ОБЩЕЙ форме.
  • m_05_05_cpg.mm, матрица 5 на 5 в КООРДИНАТНОЙ ОБЩЕЙ ШАБЛОНЕ.
  • m_05_05_crk.mm, матрица 5 на 5 в КООРДИНАТИЧЕСКОМ РЕАЛЬНОМ КОСМЕТРИЧЕСКОМ ФОРМЕ
  • m_05_05_crg.mm, матрица 5 на 5 в КООРДИНАТИЧЕСКОЙ РЕАЛЬНОЙ ОБЩЕЙ форме.
  • m_05_05_crs.mm, матрица 5 на 5 в КООРДИНАТИЧЕСКОЙ РЕАЛЬНОЙ СИММЕТРИЧЕСКОЙ форме.
  • wathen_29_29_adg.мм, матрица 29 на 29 в ДВОЙНОЙ ОБЩЕЙ форме.
  • west_67_67_crg.mm, матрица 67 на 67 в КООРДИНАТЕ НАСТОЯЩАЯ ОБЩАЯ форма.

Вы можете подняться на один уровень до страница данных.


Последняя редакция 25 марта 2006 г. ,

р - Как преобразовать данные в матричный формат

Переполнение стека
  1. Товары
  2. Клиенты
  3. Случаи использования
  1. Переполнение стека Публичные вопросы и ответы
  2. Команды Частные вопросы и ответы для вашей команды
  3. предприятие Частные вопросы и ответы для вашего предприятия
  4. работы Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
  5. Талант Нанимать технический талант
.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *