Billede sensor

Afhængigt af typen af sensor, kan driften princippet variere. den udfører dog den samme funktion overalt - det konverterer strømmen kommer ind gennem objektivet til elektrisk signal, der hovedsageligt indeholder oplysninger om lysstyrke optagede billede. I modsætning til optrædener, typen sensoren er af stor betydning for kvaliteten af udgangsbilledet.

Fig. 1. CMOS type billede sensor fra APTI-24C2-36W kamera

De mest almindeligt anvendte er to typer af sensorer - CCD og CMOS (. Figur 2a og 2b). Den anden er mere ofte bruges i industrielle kameraer, på grund af deres design og de muligheder, de tilbyder. Henviser CCD sensorer findes normalt i mindre populære analoge kameraer opererer i PAL-standard. Forneden er en kort beskrivelse af egenskaber og drift princippet af hver sensor.

Fig. 2a. CCD sensor

Fig. 2b. CMOS-sensor

CCD-sensor ( Charge Coupled Device ) - en ladningskoblet indretning.

Alt i alt driftprincippet af en CCD sensor baserer på akkumuleringen af elektrisk ladning på de tilsvarende sektorer i sensorens matrix, kaldet pixels. Dette skyldes fotoner (lys) falder på individuelle pixel isoleret fra hinanden, at banke elektroner ud (fig. 3). En enkelt pixel kan visualiseres som en beholder, der indsamler de nyoprettede elektroner. Deres antal er proportionalt med lysintensiteten, og behandlingstid (fig. 4).

Takket være akkumulering på matrixen af varierende antal elektroner skabes et kort, der i en vis forstand er en afspejling af et billede, set af kameraet. Det er værd at nævne her, at matrix sensoren selv indfanger kun intensiteten af lys, uden farver af enkelte elementer i et billede, som vil blive drøftet i senere del.

Processen med at scanne antallet af elektroner akkumuleret i hver pixel udføres sekventielt. Det betyder, at overførslen af elektroner til yderligere elektroniske kredsløb sker kun fra scanning registre, som er placeret langs en række af matricen. Efter elektronerne fra den første række i matricen er scannet, sker næste hop af elektroner fra den næste række, og deres plads bliver taget af elektroner fra den næste række. Hele proceduren gentages, indtil alle pixels scannes (fig. 5).

På denne måde ladningerne fra hver pixel bliver overført til elektroniske kredsløb, der ændrer dem til en elektrisk spænding svarende til mængden af ​​"fanget" lys. Endvidere hver værdi få koordinaterne for en pixel på matrix sensoren. Så dette er en kort beskrivelse af hvordan senderen fanger et billede.
Hvordan det sker dog, at billedet er i farver? For at forklare dette, bør vi vende tilbage til strukturen af matrix ​​sensoren (fig. 6). Det er dækket med filtre RGB (rød, grøn, blå), et pr. hver pixel i den definerede ordning. Hvert filter afgiver lys i kun en farve. Som et resultat, hver pixel registrerer mængden af ​​lys af en bestemt farve afhængig af et filter, hvorunder den er placeret. På grund af det faktum, at pixels har deres koordinater kender vi intensiteten af ​​lys og farve i hver af dem. Resten bliver ordnet af elektronikken. GPU af enheden har en programmeret kort over filtrene i det samme system, hvor det er til stede på matricen, hvorigennem det kan gengive det optagne billede af senderen til en digital version.

Fig. 6. CCD matrix dækket med RGB filtre, som hver afgiver lys af relevante farve

Det er interessant at nævne, at antallet af pixels med filtre transmitterer grønne farve er to gange større end resten af farver. Dette skyldes, at billedsensoren er skabt som en model af et menneskeligt øje, hvilken af alle primære farver er de mest følsomme over farven grøn.

Filtrene udføre en anden vigtig funktion - de beskytter mod infrarødt lys, som udsendes af stort set alle formål ved en temperatur over det absolutte nulpunkt. Sensoren er følsom over hele båndet af synligt lys, og i modsætning til det menneskelige øje, til infrarødt lys, som dårligt påvirker kortlægning af farver og lysstyrke.

Desuden, på grundlag af farver af 9 pixels i et 3x3-system, processoren bestemmr den resulterende farve og lagrer på et sted af center pixel (fig. 7), og derefter tager hensyn til følgende ni pixels ved at flytte rammen ved en, og bestemmer farven på næste intern pixel. Denne proces kaldes interpolation og takket være dette billedet er tættere på virkeligheden.

Den beskrevne fremgangsmåde til interpolation, dvs. bestemmelse af resulterende (middel) farve baseret på de omgivende farver, vil ikke arbejde for pixels placeret ved kanterne af matrixen. Selvfølgelig betragtning af den aktuelle størrelse af matricer, der anvendes i industrielle kameraer har det ingen betydning overhovedet. Men producenterne af kameraer, især dem højere end kameraer, ofte, bortset fra antallet af pixel, giver antallet af effektive pixels . Dette er antallet af pixel, der faktisk anvendes til opnåelse af et billede, udelader pixels placeret ved kanterne af matrixen eller andre hjælpestoffer pixels.

CMOS-sensor ( Complementary Metal Oxide Semiconductor ).

De halvledere til stede i disse sensorer, både med hensyn til design og metode til information transmission er baseret på masselager arkitektur. Hovedsageligt de er karakteriseret ved drift hastighed og reducerede effektkrav i forhold til CCD'er. Funktionsprincippet ligner CCD-sensorer, med en sådan forskel, at alle pixels uafhængigt scannes og ikke sekventielt scannes. Dette sker, fordi hver pixel i en CMOS-matrix har sin egen ladning til spænding transducer og dens adresse. Som følge heraf kan alle pixels scannes på samme tidspunkt af tid (fig. 8).

Uheldigvis har dette system også ulemper. På grund af behovet for at placere yderligere komponenter inde i sensoren, afstanden mellem pixels er meget større end i tilfælde af CCD-sensorer. De er ikke så tæt på hinanden og dermed sensoren er større. Som følge heraf hele matrixen er mindre følsom på grund af det faktum, at en del af lyset ikke falder på de lysfølsomme elementer, men mellem disse. En anden væsentlig ulempe er, at det ikke er muligt at fremstille flere millioner identiske lysfølsomme elementer, hvor hver sensor virker med samme nøjagtighed. Til sidst, kan det vise sig, at billedet, som bør være ensartet i farven, vil indeholde specifikke striber kaldes støj . Selvfølgelig, afhængig af klassen af indretningen, kan elektronikken er ansvarlige for yderligere behandling af et billede løse dette problem i større eller mindre grad.

Sensor størrelse i kameraet bestemmes i inches. Typisk er større sensoren, jo flere pixel den indeholder, og således - bedre kvalitet billedet. De mest populære størrelser af sensorer til industrielle kameraer er 1/3 "og 1/4". Det er interessant at nævne, at dette har meget lidt at gøre med den faktiske størrelse af sensoren. Dette er en rest fra det tidspunkt, hvor funktionen af sensoren i videokameraer blev udført ved et glas katoderør. Størrelsen, imidlertid ikke anvendelse på lampe selv, men diameteren af beskyttelse glaskugle.

Så for eksempel, sensoren størrelse 1 "er af størrelsen af katodestrålerør placeret inde i en glaskolbe med en diameter på 1 tomme. For lettelse man kan antage, at sensoren diagonal lig til ca. To tredjedele af sin betegnelse . de nøjagtige værdier er angivet i tabellen over størrelser.