Úvod do technologie snímače obrazu

Základní předpoklad elektronického zobrazování spočívá v tom, že světelná energie je přeměněna na elektřinu způsobem, který zachovává vizuální informace a umožňuje nám rekonstruovat optické vlastnosti scény. Tato předvídatelná interakce mezi fotony a elektrony iniciuje proces zachycování digitálních snímků. Poté, co je energie dodávaná dopadajícími fotony převedena na elektrickou energii, musí mít systém nějaký způsob, jak kvantifikovat tuto energii a uchovávat ji jako sekvenci (nebo matice) hodnot.

U většiny obrazových senzorů se přeměna z světla na elektřinu provádí fotodiodou, což je pn křižovatka, jejíž struktura zvýhodňuje vytváření dvojic elektronů a otvorů v reakci na dopadající světlo.

Fotodiody jsou obvykle vyráběny z křemíku, ale k různým zvláštním účelům se používají i jiné polovodičové materiály, jako je arzenid indium, antimonid indium, tellurid kadmia z rtuti atd.

Důležitým pokrokem v technologii snímače obrazu bylo vytvoření fotodiódy typu pinned. Na obrázku výše se fotodioda jako normální dioda skládá z oblasti typu p a oblasti typu n.

Fotodiody typu pinned mají dodatečnou oblast vyrobenou z vysoce léčeného polovodiče p-type (p for short); jak je znázorněno, je tenčí než ve dvou ostatních regionech.

Tento obrázek ukazuje strukturu připevněného fotodiodu integrovaného do snímače obrazu

Připevněné fotodiody, které byly zavedeny v 80. letech, vyřešily problém (nazývaný "hystereze") spojený s opožděným přenosem světelného nálože. Fotodiody ve stylu pinned also offer higher quantum efficiency, improved noise performance, and lower dark current (we'll return to these concepts later in this series).

V současnosti je světelný prvek téměř ve všech obrazových senzorech ccd a cmos připevněnou fotodiodou.

The two main imaging technologies are ccd (charge coupled device) and cmos.

Existují i jiné typy senzorů, jako jsou nmos senzory pro spektroskopii, miniaturní fotometry poskytující infračervenou tepelnou zobrazovací citlivost a speciální aplikace mohou používat fotodiodové pole připojené k vlastním zosilňovacím obvodem.

Nicméně se zaměříme na ccd a cmos. Tyto dvě obecné kategorie senzorů pokrývají velmi širokou škálu aplikací a funkcí.

Zdá se, že lidé jsou přitahováni k hodnotovému úsudku "co je lepší?" Bjt nebo fet? Canon nebo nikon? Windows nebo mac (nebo linux)? Tyto otázky mají zřídka smysluplné odpovědi a dokonce i porovnání jednotlivých rysů může být obtížné.

Takže, což je lepší, cmos nebo ccd? Tradiční srovnání probíhá takto: ccd má nižší hluk, lepší jednotnost pixel-to-pixel a má pověst pro vyšší kvalitu obrazu. Cmos senzory nabízejí vyšší úrovně integrace-snižující složitost pro konstruktory obvodů-a nižší spotřebu energie.

Neříkám, že toto hodnocení je nepřesné, ale jeho užitečnost je omezená. Hodně závisí na vašich potřebách pro senzory a na vašich požadavcích a prioritách.

Kromě toho se technologie rychle mění a velké množství peněz investovaných do výzkumu a vývoje digitálního zobrazování může postupně změnit vzor ccd a cmos.

Za druhé, snímače snímků neprodukují. Je nedílnou součástí digitálního zobrazovacího systému (samozřejmě velmi důležitá část) a vnímaná kvalita obrazu vytvořená systémem závisí nejen na senzoru, ale mnoho dalších faktorů. Není pochyb o tom, že ccd převyšují cmos senzory pro některé optoelektronické vlastnosti. Ale přidružení ccd s vyšším celkovýmKvalita obrazu se zdá trochu nepřiměřená.

Systém založený na senzorech ccd vyžaduje velkou investici do návrhu. Ccd vyžadují různé výkonové a řídicí napětí na nelogické úrovni (včetně záporných napětí) a načasování, které musí být aplikováno na snímač, může být velmi složité. Obrazová "data" produkovaná senzorem je analogová vlnová forma, která musí být jemně zesílená a odebrána vzorky, a jakákoli obvodová obvodovka zpracování signálů nebo převodu dat má samozřejmě potenciál k zavedení hluku.

Výkonnost s nízkým hlukem začíná ccd, ale nekončí tam-musíme se snažit minimalizovat hluk v celém signálním řetězci.

Výstupní formulář ccd

Situace je pro snímače obrazu cmos zcela odlišná. Pracují spíše jako standardní integrované obvody, s zdroji napětí na logické úrovni, zpracováním obrazu na čipe a digitálními výstupními údaji. You may also have to deal with some additional image noise, but in many applications this is a small price to pay for greatly reducing design complexity, development cost and stress.

Zpracování obrazu není typická úloha mikrokontroloru, zejména když pracujete s vysokým snímkem nebo senzory s vysokým rozlišením. Většina aplikací bude mít prospěch z výpočtového výkonu digitálního signálního procesoru nebo fpga.

Také je třeba zvážit kompresi, zejména pokud potřebujete ukládat obrázky do paměti nebo je přenést bezdrátově. To může být prováděno softwarem nebo programovatelným hardwarem.