Как работает цифровая камера: в чем отличия цифровой камеры от пленочной и как работает цифровая съемка?
в чем отличия цифровой камеры от пленочной и как работает цифровая съемка?
К 2022 году, вероятно, каждый пользователь интернета имеет цифровую камеру — на своем смартфоне или ноутбуке, в виде фотоаппарата или видеокамеры. Но в чем же заключаются секрет и простота, в отличие от пленочных устройств?
unsplash.com
Как давно вы пользовались пленочной камерой? Расскажите, почему перешли только на цифровую, в комментариях!
Цифровизация в современном мире, кажется, окончательно победила. Человечество окружено камерами и использует в большинстве своем только цифровые устройства для фиксировании реальности (хотя есть и те, кто до сих пор придерживаются пленочной съемки).
Так, стоит узнать, что именно позволяет нам всем наслаждаться моментальными фотографиями и видео с кошечками и собачками, а правительству следить за всем происходящим.
Цифровая камера использует многочисленные компоненты, уникальные для цифровой фотографии:
- Датчик изображения — представляет из себя полупроводниковый чип с миллионами светочувствительных пикселей, также называемых массивами, которые индивидуально измеряют попадающий на них свет;
- Цветовой фильтр — находится поверх датчика изображения и позволяет пикселям измерять определенные цвета световых волн;
- Цифровой преобразователь — данные, собранные в каждом пикселе, преобразовываются в цифровой сигнал, который обрабатывает этот чип;
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
- Печатная плата — содержит все компьютерные микросхемы, которые камера использует для записи данных.
Схема на плате переносит данные с датчика изображения и других микросхем в хранилище на карте памяти;
- Экран дисплея: -необходим для настройки камеры, а также для компоновки фотографии и просмотра фотографий после того, как они сняты.
Работа цифровой камеры
- Измерение света — открыв затвор и дав свету пройти через объектив и попасть на датчик изображения, вы позволяете пикселям на датчике изображения измерить интенсивность света в миллионах различных точек, создавая точные измерения для фото;
- Фокусировка — линзы объектива при вращении образуют четкую фокусировку на определенном объекте;
- Преобразование света — каждый пиксель преобразует измеренный свет в электроны. Пиксель, который измеряет более яркий свет, будет содержать больше электронов, что приводит к большему заряду. Затем чип АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) преобразует световой сигнал в каждом пикселе в цифровое значение;
- Хранение — когда свет от сцены преобразуется в цифровое значение, камера может перемещать данные так же, как любой компьютерный чип перемещает их, двигая цифровые двоичные биты через схемы на печатной плате.
Когда биты достигают карты памяти, камера использует микропрограмму для записи данных.
Как работает цифровая камера | KV.by
Вы здесь
Главная
»
Архив газеты
»
2001 год
»
№11
»
Как работает цифровая камера
Иконограф делал
картинки вовсе не за счет того,
что пропускал свет на
специальным образом
обработанную бумагу. Все было
гораздо проще — внутри у него
сидел маленький демон, который
хорошо чувствовал цвет и умел
быстро работать кистью. Терри Пратчетт, «Безумная звезда». |
Всяческая цифровая техника нынче
начинает распространяться
практически экспоненциально. В
такие традиционно аналоговые ниши,
как звук, радио, телевидение, она
пришла уже достаточно давно и
прочно там утвердилась. Цифровая
фотография — явление более молодое,
но тоже уже хорошо известное.
Помнится, Хайнлайн говорил, что
человек не должен знать, как
сделать самому любую вещь, которой
он пользуется, но знать, как она
работает, он обязан. Так как же
работает цифровая фотокамера?
Вообще, цифровая камера — это аппарат, позволяющий получать изображения объектов в цифровой форме. По большому счету, разница между обычным и цифровым фотоаппаратом — только в приемнике изображения. В первом случае это фотоэмульсия, требующая затем химической обработки. Во втором — специальный фотоэлектронный датчик. Это, так сказать, изложение на уровне «а внутрях у ей неёнка, и она ей думаеть». А теперь перейдем к подробностям.
Датчик этот называется матрицей и действительно представляет из себя прямоугольную матрицу светочувствительных ячеек, помещенных на одном полупроводниковом кристалле.
ПЗС-матрица |
При попадании света на элемент
матрицы он вырабатывает
электрический сигнал,
пропорциональный количеству
попавшего света.
Но сердцем любой цифровой камеры
является все-таки матрица. Чем они
различаются? Первое — это
технология изготовления. Сейчас
наиболее распространены камеры на
основе CCD (charge coupled device — устройство с
зарядовой связью) матриц.
Называются они так потому, что во
время экспозиции в
светочувствительных элементах
накапливается заряд,
пропорциональный интенсивности
падающего света. Затем, при
считывании данных, эти заряды
сдвигаются из строки в строку, пока
не будет считана вся матрица.
Производятся ПЗС-матрицы по
МОП-технологии и для получения
качественного изображения требуют
высокой однородности параметров по
всей площади чипа. Если не
вдаваться в технологические дебри,
то CCD-матрицы дают лучшее качество
изображения, но дорогие, причем
цена быстро растет с увеличением
разрешения (то есть количества
элементов, а значит, и размера).
Альтернативой CCD являются CMOS (то бишь, по-русски, КМОП) матрицы. Их преимущество — относительная дешевизна изготовления (все-таки КМОП — основная технология для всех компьютерных компонентов), большая плотность упаковки элементов (пикселов) и меньшее энергопотребление. Правда, до недавнего времени CMOS не выдерживал конкуренции с CCD в области качества. Однако в последний год сразу несколько компаний (в частности, такой монстр индустрии, как KODAK) объявили о разработке собственных улучшенных технологий производства CMOS-матриц высокого разрешения (до 16 мегапикселов). Так что в скором времени можно ожидать на рынке весьма качественные CMOS-камеры.
Теперь следующий момент —
элементы матрицы воспринимают
только интенсивность падающего
света (то есть, дают черно-белое
изображение). Откуда берется цвет?
Для получения цветного изображения
между объективом и матрицей
располагается специальный
светофильтр (фильтр Байера),
состоящий из точек основных цветов
(зеленого, красного и синего),
находящихся над соответствующими
ячейками. Причем, для зеленого
цвета обычно используются два
пиксела, поскольку глаз наиболее
чувствителен именно к этому цвету.
Окончательный цвет пиксела на
картинке в такой системе
высчитывается с учетом
интенсивностей соседних элементов
разных цветов, так что в результате
каждому одноцветному пикселу
матрицы соответствует цветной
пиксел на картинке.
Главным параметром матрицы является ее разрешение — то есть как раз количество светочувствительных элементов. Большинство камер сейчас делается на основе мегапиксельных (миллион пикселов) или бОльших матриц. Естественно, чем больше разрешение матрицы, тем более детализированный снимок можно на ней получить. Конечно, чем больше матрица, тем она дороже. Но за качество всегда приходится платить.
Как связано разрешение матрицы и размер полученных снимков? Напрямую. На мегапиксельной камере мы получим картинку размером 1024х960 = 983040. А примерная таблица соответствия размера картинки и размера фотографии получается такая:
Отпечаток, см x см | Разрешение, пикселей |
9 x 13 | 1024 x 767 |
10 x 15 | 1280 x 960 |
20 x 25 | 1600 x 1200 |
Как видите, для больших
отпечатков это соответствие
нелинейное — и это правильно,
поскольку бОльший отпечаток
рассматривается с бОльшего
расстояния, и детализацию на нем
можно уменьшить.
(Продолжение следует)
Константин
АФАНАСЬЕВ,
[email protected]
Версия для печати
Номер:
№11 за 2001 год
Рубрика:
Hardware
Заметили ошибку? Выделите ее мышкой и нажмите Ctrl+Enter!
Лучшие Android-приложения в марте
Декларирование зарубежных доходов за 2022 год: как правильно подать отчетность
Это вообще законно? Отвечаем на 11 самых популярных вопросов о криптовалюте
20 мая в Минске пройдет криптоконференция Smart Taler
Афиша IT-мероприятий в апреле
Ставим видео на главный экран Android-смартфона
Как работают камеры: от объектива до фотосенсора
В наши дни у каждого в телефоне есть цифровая камера, но вы, начинающий фотограф, возможно, думаете, что пришло время набраться смелости и перейти на камеру более высокого класса. Но если вы просматриваете камеры на Amazon, вы можете заметить, что с более высоким качеством появляется все больше и больше спецификаций — странных строк букв и цифр, которые не имеют для вас никакого смысла. «Что, черт возьми, означают ISO, мегапиксели и диафрагма?» ты спрашиваешь. Затем вы направляетесь в магазин, чтобы попробовать один из них. Вы тяготеете к тому, что находится в пределах вашего ценового диапазона, берете его и делаете снимок. Но когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, вы слышите серию щелчков и жужжания. «Я думал, что эта штука цифровая! Что это за звуки?» вы продолжаете удивляться. Затем вы внезапно понимаете, что знаете о том, как работают камеры, намного меньше, чем вы думали.
Все в порядке. Я тоже так начинал. Механика камеры довольно сложна, и то, как они переводят все эти странные звуки и числа в изображения, требует довольно серьезной инженерной мысли. В этой серии из двух частей я попытаюсь раскрыть тайну камер и объяснить, как они работают, от объектива до пленки и фотосенсора. Следуйте за мной, пока я путешествую по зеркальным камерам с одним объективом (SLR), камерам, используемым сегодня большинством профессиональных фотографов.
Все зеркальные фотокамеры снимают изображения одинаково, независимо от того, запечатлевается ли оно на пленке или закодировано на карте памяти. Когда я буду объяснять устройство камеры, используйте приведенную ниже схему в качестве руководства:
Поперечное сечение зеркальной камеры. Изображение предоставлено photographylife.com Все начинается с объектива (1). Когда свет попадает в объектив, он проходит через него и попадает на зеркало (2), расположенное напротив под углом 45 градусов. Зеркало направляет свет вверх к отделению, называемому пентапризмой (7), где он немного отражается, пока не попадет в видоискатель вашей камеры (8), позволяя вам увидеть, на что указывает объектив. (Почему именно пентапризма, а не другое зеркало? Зеркало будет показывать в видоискателе перевернутое изображение, а пентапризма удерживает его в вертикальном положении. )
Когда вы готовы сделать снимок и нажимаете кнопку, зеркало поднимается вверх и блокирует попадание света в видоискатель, в то же время открывая туннель, который позволяет свету проходить прямо через объектив, через теперь открытый затвор (3) и на носитель захвата (4), будь то пленка (в традиционной камере) или фотосенсор (в цифровой камере). Это очень простая установка света и зеркал.
Хотя механика зеркальной камеры довольно проста, на этом сходство между пленочной и цифровой зеркальной камерой заканчивается.
Как изображения записываются на пленкуТрадиционные камеры снимают изображения на пленку, которая сделана из пластикового листа, покрытого слоем желатина (тот же материал, что и в мармеладных мишках). Желатин содержит светочувствительные кристаллы, состоящие из химического вещества, называемого галогенидом серебра (см. схему ниже). Галогенид серебра — это то, на что это похоже: атом серебра, связанный с галогенидом.
Черно-белая пленка содержит один слой кристаллов галогенида серебра: когда свет попадает на кристаллы, серебро и галогенид распадаются, оставляя после себя металлическое серебро. Металлическое серебро заставляет пленку темнеть при проявлении. Цветная пленка содержит несколько слоев галогенида серебра, и каждый слой чувствителен к разным цветам света.
Вообще говоря, размер пленки влияет на качество изображения — чем больше пленка, тем больше деталей вы можете получить. В старых катушечных кинокамерах использовалась 8-миллиметровая пленка, в типичной пленочной SLR-камере использовалась 35-миллиметровая пленка, а в камерах IMAX использовалась 70-миллиметровая пленка!
Слои пленки. (photo.tutsplus.com) Фотосенсоры: «пленка» цифровых камер Фотополости или «фотосайты». Они выстроены в двумерный массив и собирают свет. Из Кембриджа в цвете. Как и традиционная пленка, фотодатчик цифровой зеркальной фотокамеры, также известный как датчик изображения, чувствителен к свету. Но вместо того, чтобы использовать кристаллы галогенида серебра для улавливания света, он использует поле из тысяч микроскопических полостей, называемых фотосайтами. Каждый фотосайт похож на кабинет в офисе, где данные анализируются и интерпретируются. Когда вы открываете затвор камеры, чтобы осветить фотосайты, каждый из них собирает фотоны (частицы света). Когда затвор закрывается, фотосайты закрываются, что дает каждому сайту возможность проанализировать поглощенный им свет. Количество световых частиц, которые захватывает фотосайт, преобразуется в размер электрического сигнала, который он посылает в камеру, и, в конечном счете, , яркость каждого пятна на конечном изображении.
Достаточно просто, правда? Но в этот момент фотосайты не могут отличить один цвет света от другого. Для фотосенсора свет есть свет; фотон есть фотон. Без какой-либо дополнительной информации, кроме этой, все, что вы получите, это черно-белые изображения.
Как же тогда цифровая камера захватывает цветные изображения?
Для получения цветных фотографий датчик изображения в цифровой зеркальной фотокамере обычно покрывается так называемым фильтром Байера. Это светофильтр, который ложится поверх фотодатчика и, как витраж в потолке комнаты, пропускает в каждый фотоучасток только один цвет. Фильтр Байера, в частности, представляет собой довольно простую конструкцию: он пропускает красный свет в четверть фотосайтов, синий — в другую четверть, а зеленый — в оставшуюся половину в виде красивого узорчатого массива (см. ниже). Фотосайты знают, какой цвет они должны получить, поэтому, когда свет попадает на каждый из них, камера может рассчитать уровни каждого цвета по отдельности.
Возможно, вы спросите: «Если каждый фотосайт собирает только красный, зеленый или синий, то как камера может создать фотографию с большим количеством цветов?» Ну, я знаю, я сказал, что камера измеряет количество света в каждом фотосайте индивидуально, но чтобы определить истинный цвет света, она на самом деле смотрит на несколько фотосайтов одновременно. В частности, он анализирует квадрат фотосайтов 2×2: сравнивает относительные уровни красного, зеленого и синего среди них, выполняет некоторые вычисления и переводит эту информацию в истинный цвет изображения. Этот квадрат 2×2 образует один пиксель.
Когда появились первые цифровые фотоаппараты типа «наведи и снимай», производители цифровых фотоаппаратов хвастались количеством мегапикселей, содержащихся в их камерах, потому что количество мегапикселей определяет разрешение получаемой фотографии. Действительно, с большим количеством мегапикселей фотограф может собрать больше информации о свете, который он захватывает, и распечатать фотографии большего размера, не беспокоясь о том, что они увидят «пиксельное» изображение.
Но большое количество мегапикселей не обязательно гарантирует качественное изображение. Качество изображения также зависит от того, как большой, пиксели . Чем больше мегапикселей производитель пытается упаковать в фотосенсор, тем меньше должны быть отдельные фотосайты, чтобы все они могли поместиться. Если фотосайты слишком малы, они не могут захватить достаточно света для получения качественного изображения.
Единственный раз, когда вы можете контролировать количество мегапикселей и размер вашего датчика изображения, это когда вы покупаете камеру или телефон. Выбрав камеру для покупки, вы решили, насколько ваша камера может помочь вам в создании качественного изображения. Но есть гораздо больше факторов, влияющих на получение хорошей фотографии, помимо возможностей вашей камеры. Остальное зависит от тебя.
Во второй части я описываю функции зеркальной фотокамеры, которыми вы можете управлять, что поможет вам сделать красивую фотографию.
Введение в датчики изображения | LUCID Vision Labs
Датчик изображения — один из важнейших компонентов любой камеры машинного зрения.Хотя функция датчика заключается в преобразовании света в электрический сигнал,
не все датчики устроены одинаково. Узнать больше о том, как работают датчики изображения и как они классифицируются
, поможет вам лучше выбрать правильный.
- Домашняя страница
- Технические обзоры
- Знакомство с датчиками изображения
Датчики можно классифицировать по нескольким признакам, таким как тип их структуры (ПЗС или КМОП), тип цветности (цветной или монохроматический) или тип затвора (глобальный или скользящий затвор).

Как бы они ни классифицировались, назначение датчиков изображения одинаково; для преобразования входящего света (фотонов) в электрический сигнал, который можно просмотреть, проанализировать или сохранить. Датчики изображения представляют собой твердотельные устройства и служат одним из наиболее важных компонентов внутри камеры машинного зрения. Каждый год производятся новые разновидности датчиков с улучшенными размерами, разрешением, скоростью и светочувствительностью. В этой статье мы обсудим некоторые основы технологии датчиков изображения, используемые в камерах машинного зрения, и то, как они соотносятся с их классификациями.
Содержимое содержимого
Компоненты датчика изображения
Изображение кремниевые пластины
Функции датчиков внутри камеры
Различия между CCD и CMOS
Mono и цветовые датчики
Сенсор изображения (размер)
Pixel Размер
. Ответ
Типы Global и Rolling Shutter
Компоненты датчика изображения
Ниже показан типичный датчик изображения CMOS. Чип датчика находится в упаковке с защитным стеклом. На упаковке есть контактные площадки, которые соединяют датчик с печатной платой.
Примечание сбоку
Различные датчики поставляются в разных упаковках. Например, на фото выше датчик с керамическим корпусом PGA.
Вверху: Схема датчика изображения CMOS
Чип твердотельного датчика изображения содержит пиксели, состоящие из светочувствительных элементов, микролинз и микроэлектрических компонентов. Чипы производятся полупроводниковыми компаниями и вырезаются из пластин. Проволочные соединения передают сигнал от матрицы к контактным площадкам на задней стороне датчика. Упаковка защищает микросхему датчика и проводные соединения от физического и экологического вреда, обеспечивает рассеивание тепла и включает в себя соединительную электронику для передачи сигнала. Прозрачное окно в передней части упаковки, называемое защитным стеклом, защищает микросхему датчика и провода, позволяя свету достигать светочувствительной области.
Датчики изображения из кремниевых пластин
Матрицы датчиков производятся большими партиями на кремниевых пластинах. Пластины разрезаются на множество частей, каждая из которых содержит один кристалл датчика. Чем больше размер кристалла датчика, тем меньшее количество датчиков на пластину. Обычно это приводит к более высоким затратам. Одиночный дефект на пластине с большей вероятностью повлияет на датчик изображения большего размера.
Вверху: матрицы датчиков удаляются с пластины с помощью прецизионной резки
Примечание
Производственный процесс от голой кремниевой пластины до отдельных элементов датчика изображения может занять до нескольких месяцев.
Функции датчика внутри камеры
В системе камеры датчик изображения принимает падающий свет (фотоны), который фокусируется через линзу или другую оптику. В зависимости от того, является ли датчик ПЗС или КМОП, он будет передавать информацию на следующий этап либо в виде напряжения, либо в виде цифрового сигнала. Датчики CMOS преобразуют фотоны в электроны, затем в напряжение, а затем в цифровое значение с помощью встроенного аналого-цифрового преобразователя (АЦП).
Вверху: типичная компоновка камеры CMOS.
В зависимости от производителя камеры общая компоновка и используемые компоненты могут различаться. Основная цель этого макета — преобразовать свет в цифровой сигнал, который затем можно проанализировать, чтобы вызвать какое-то действие в будущем. Камеры потребительского уровня будут иметь дополнительные компоненты для хранения изображений (карта памяти), просмотра (встроенный ЖК-дисплей), а также ручки управления и переключатели, которых нет у камер машинного зрения.
Различия между ПЗС и КМОП
Датчики ПЗС (устройство с заряженной парой) запускают и останавливают экспозицию для всех пикселей одновременно. Это известно как глобальный затвор. Затем ПЗС передает этот экспонирующий заряд в сдвиговый регистр горизонтальной развертки, откуда он затем отправляется в плавающий диффузионный усилитель. Примечание. В 2015 году Sony объявила о планах прекратить производство ПЗС-матриц и прекратить поддержку ПЗС-матриц к 2026 году.0002 Характеристики ПЗС:
• Глобальный затвор
• Низкий уровень шума
• Широкий динамический диапазон
• Средняя частота кадров
• Возможны размытия запускать и останавливать экспозицию по одной строке пикселей за раз, что известно как скользящий затвор. Со временем ситуация изменилась, и сейчас на рынке доступно множество КМОП-сенсоров с глобальным затвором. Датчики CMOS используют меньшие АЦП для каждого столбца пикселей, что обеспечивает более высокую частоту кадров, чем ПЗС. Датчики CMOS претерпели значительные усовершенствования за эти годы, сделав большинство современных датчиков CMOS равными или превосходящими ПЗС-матрицы по качеству изображения, скорости изображения и общей стоимости.
Современные характеристики CMOS:
• Модели с глобальным затвором и скользящими затворами
• От низкого до очень низкого уровня шума
• От высокого до очень высокого динамического диапазона
• Очень высокая частота кадров
• Без смазывания
Монохромные и цветные датчики
Датчики видимого света (кроме инфракрасного, ультрафиолетового или рентгеновского) бывают двух основных типов; цвет и моно. Датчики цвета имеют дополнительный слой, расположенный под микролинзой, называемый цветным фильтром, который поглощает нежелательные цветовые длины волн, так что каждый пиксель чувствителен к определенной цветовой длине волны. Для моносенсоров цветной фильтр отсутствует, поэтому каждый пиксель чувствителен ко всем длинам волн видимого света.
Вверху слева: плоскость моносенсора. Вверху справа: Плоскость датчика цвета с шаблоном Байера.
Для примера с датчиком цвета, показанного выше справа, используемая матрица цветовых фильтров представляет собой шаблон фильтра Байера. Этот шаблон фильтра использует массив 50% зеленого, 25% красного и 25% синего. В то время как большинство цветных камер используют шаблон фильтра Байера, существуют и другие доступные шаблоны фильтров с другим расположением шаблонов и разбивкой RGB.
Примечание сбоку
Для некоторых датчиков, особенно датчиков с меньшим размером пикселя, используются дополнительные микролинзы, помогающие направлять фотоны в фотодиод.
Формат датчика изображения (размер)
Датчики изображения бывают разных форматов (также называемых оптическим классом, размером или типом датчика) и упаковок. Разрешение и размер пикселя определяют общий размер датчика, при этом датчики большего размера имеют либо более высокое разрешение, либо больший размер пикселей, чем датчики меньшего размера. Знание формата сенсора важно для выбора объектива и оптики для камеры. Все объективы предназначены для определенных форматов датчиков и разрешений. Обратите внимание, что форматы датчика описывают только область чипа датчика, а не весь корпус датчика.
Вверху размеры сенсора (слева направо): 1/6″, 1/3″, 2/3″, 1″
тип формата 2/3″. Однако фактический размер диагонали кристалла составляет всего 0,43 дюйма (11 мм). Текущие дюймовые типы датчиков НЕ являются фактическим размером диагонали датчика. Хотя может показаться, что типы форматов датчиков определены несколько неоднозначно, на самом деле они основаны на трубках старых видеокамер, где размер в дюймах относится к внешнему диаметру видеотрубки. Ниже приведена таблица с наиболее распространенными типами форматов датчиков и их реальными размерами диагоналей датчиков в мм.
Боковая заметка
Вот пример трубки старой видеокамеры. Диаметр этих старых трубок служит классификацией формата датчика для сегодняшних современных датчиков.
Sensor Format vs. Actual Size
Image Sensor Format (Type) | 1″ | 2/3″ | 1/1.![]() | 1/3″ |
Image Sensor Diagonal ( мм) | 16 мм | 11 мм | 8,9 мм | ~6 мм |
Размер пикселя сенсора
Размер пикселя измеряется в микрометрах (мкм) и включает всю площадь фотодиода и окружающей электроники. Пиксель CMOS состоит из фотодиода, усилителя, затвора сброса, затвора переноса и плавающей диффузии. Однако эти элементы не всегда могут быть внутри каждого пикселя, поскольку они также могут быть общими для разных пикселей. На приведенной ниже диаграмме показана упрощенная компоновка монохромного и цветного пикселя CMOS.
Вверху, упрощенная CMOS монохромная и цветная компоновка пикселей
Как правило, больший размер пикселя лучше для повышения светочувствительности, поскольку на фотодиоде больше площади для приема света. Если формат сенсора остается прежним, а разрешение увеличивается, размер пикселя должен уменьшаться. Хотя это может снизить чувствительность сенсора, улучшения в структуре пикселей, технологии шумоподавления и обработки изображений помогли смягчить это. Чтобы получить более точное представление о чувствительности датчика, лучше всего обратиться к спектральному отклику датчика (квантовая эффективность), а также к другим результатам работы датчика.
Монохромный и цветной спектральный отклик
Из-за физических различий между монохромными и цветными датчиками, а также различий между технологиями производителей датчиков и структурой пикселей, разные датчики воспринимают свет в разной степени. Один из способов получить более точное представление о чувствительности датчика к свету — прочитать его спектральную диаграмму отклика (также известную как диаграмма квантовой эффективности).
Две приведенные ниже таблицы представляют собой черно-белую и цветную версии одной и той же модели датчика. Слева показана спектральная характеристика моносенсора, а справа — цветового сенсора. По оси X отложена длина волны (нм), а по оси Y отложена квантовая эффективность (%). В большинстве цветных камер машинного зрения установлены ИК-фильтры, блокирующие длины волн ближнего ИК-диапазона. Это удаляет ИК-шум и цветовой переход из изображения, лучше всего соответствуя тому, как человеческий глаз интерпретирует цвет. Тем не менее, в ряде приложений может быть полезно получать изображения без ИК-фильтра. Независимо от того, установлен ИК-фильтр или нет, цветовой датчик никогда не будет таким же чувствительным, как монохромный датчик.
Вверху: 2 примера кривых спектрального отклика с использованием одного семейства датчиков.
Монохромный датчик (слева) и датчик цвета без ИК-фильтра (справа)
Чем выше квантовая эффективность, тем лучше датчик воспринимает свет. Приведенные выше диаграммы являются одним из многих результатов производительности, основанных на стандартах измерения EMVA 1288. Стандарт EMVA 1288 определяет, как тестировать и отображать результаты производительности, чтобы пользователи могли лучше сравнивать и сопоставлять модели разных поставщиков. Посетите сайт EMVA 1288 для получения дополнительной информации.
Global Shutter и Rolling Shutter
Важной функцией датчика является его тип затвора. Двумя основными типами электронных затворов являются глобальные затворы и скользящие затворы . Эти типы затворов различаются по своей работе и конечным результатам изображения, особенно когда камера или цель находятся в движении. Давайте подробно рассмотрим, как они работают и как это влияет на визуализацию.
Общее время затвора
На диаграмме слева показано время экспозиции Датчик глобального затвора . Все пиксели начинают и заканчивают экспозицию одновременно, но считывание по-прежнему происходит построчно. Эта синхронизация создает неискаженные изображения без колебания или перекоса. Датчики глобального затвора необходимы для визуализации движущихся с высокой скоростью объектов.
Синхронизация скользящего затвора
На схеме слева показана синхронизация экспозиции датчика скользящего затвора . Время экспозиции отличается построчно, при этом сброс и считывание происходят в сдвинутое время. Эта экспозиция ряд за рядом приводит к искажению изображения, если цель или камера находятся в движении. Датчики со скользящим затвором обеспечивают превосходную чувствительность для визуализации статических или медленно движущихся объектов.
Заключение
Если вы только начинаете изучать мир камер машинного зрения, приведенная выше информация является отличным началом для понимания того, как индустрия машинного зрения классифицирует датчики. Понимание терминов и технологии цифровых датчиков позволит вам лучше выбрать подходящую камеру для вашего приложения. Например, определенные характеристики сенсора, такие как размер пикселя и формат сенсора, будут играть важную роль при выборе правильного объектива. Кроме того, по мере появления новых сенсорных технологий вы будете лучше подготовлены к пониманию того, полезны ли они для вашего приложения. Если вы готовы обсудить требования к вашей камере, пожалуйста, свяжитесь с нашим квалифицированным персоналом по продажам Lucid.