Световая характеристика сенсора

ПЗС и КМОП сенсоры преобразуют фотоны, падающие на каждый пиксель, в заряд, в соответствии с квантовой эффективностью.

При отсутствии света минимальный заряд всё-таки образуется за счёт тепловых и других процессов в материале пиксела (полупроводнике). Это будет «уровень чёрного». С другой стороны, зарядовая ёмкость пикселя определяет максимальный заряд, который может накопиться за время экспозиции. Это есть «уровень белого».

При более высокой освещённости изображения заряд будет растекаться на соседние пиксели, изображение будет разрушено. Таким образом, диапазон между уровнем чёрного и белого определяет весь динамический диапазон освещённостей, который может быть передан сенсором ЛИНЕЙНО для реалистичности изображения.

Чем больше физический размер пикселя, тем больше зарядовая ёмкость и тем больше динамический диапазон, тем больше градаций яркости передаст сенсор, тем больше информации.

Развитие технологии ПЗС- сенсоров

У ПЗС-матрицы между фотоэлементами располагаются элементы управления, эффективная суммарная площадь сенсоров составляет около 30%. Для увеличения эффективности регистрации света устанавливают над каждым фотоэлементом индивидуальную собирающую микролинзу, что позволяет увеличить эффективную площадь до 70%.

Дальнейшего роста чувствительности ПЗС удалось добиться за счёт увеличения эффективности пиксельных микролинз, увеличения светочувствительной области и оптимизации цветовых фильтров в матрицах Super HAD и Super HAD II, последней модификации.

КМОП (CMOS) сенсоры

CMOS - сенсор преобразует заряд в напряжение в самом пикселе и много функций интегрированы в чипе. Сенсоры CMOS были изобретены в конце 1970-х гг., но их производство удалось начать только в 1990-е. И сразу наметились их основные достоинства и недостатки, которые и сейчас остаются актуальными.

В CMOS светочувствительная площадка занимает не более четверти площади пиксела.

Основное отличие CMOS -сенсоров от ПЗС-сенсоров заключается не в способе накопления заряда, а в способе его дальнейшего переноса. Технология CMOS, в отличие от ПЗС, позволяет осуществлять большее количество операций прямо на кристалле, на котором расположена фоточувствительная матрица.

Кроме высвобождения электронов и их передачи, CMOS -сенсоры могут также обрабатывать изображения, выделять контуры изображения, уменьшать помехи и производить аналого-цифровые преобразования. Более того, имеется возможность создавать программируемые CMOS -сенсоры, следовательно, можно получить очень гибкое многофункциональное устройство.

Несмотря на кажущиеся преимущества CMOS -матриц перед ПЗС (основным из которых является более низкая цена), они обладают и рядом недостатков:

• Наличие дополнительных схем на кристалле CMOS -матрицы приводит к появлению ряда помех, таких как транзисторные и диодные рассеивания, а также эффект остаточного заряда, то есть CMOS -матрицы на сегодняшний день являются более «шумными».

• Довольно сложно добиться единообразия работы усилителей всех пикселей. Это также приводит к повышению шума. А шум ограничивает возможности усиления сигнала, что в свою очередь ограничивает чувствительность.

• Из-за наличия на пикселе транзисторов светочувствительная площадка занимает не более четверти площади пиксела.

• Такой сенсор в жёстких внешних условиях менее надёжен

В стремлении улучшить характеристики CMOS-матриц компания Sony предложила ряд новых технологий, обеспечивающих практическое сравнение CMOS-матриц с CCD по чувствительности, отношению "сигнал/шум" в мегапиксельных вариантах.

Однако в традиционном CCTV телевизионных форматов CCD-матрицы остаются пока вне конкуренции.

 

10. Честные и нечестные способы повышения чувствительности.