Kuva-anturi

Anturityypistä riippuen, toimintaperiaate saattaa vaihdella. Se suorittaa saman toiminnon kuitenkin kaikkialla - se muuntaa virtauksen, joka saapuu linssien kautta sähkösignaaliksi, joka sisältää periaatteessa tietoa tallennetun kuvan kirkkaudesta. Päinvastoin, kuin ulkonäkkö, käytetty anturityyppi on erittäin tärkeä ulostulokuvan laadun kannalta.

Kuva 1. Kuva-anturin CMOS-tyyppi APTI-24C2-36W kamerasta

Kaikkein yleisimmin käytettyjä ovat kahdentyyppiset anturit - CCD ja CMOS (kuva 2a ja 2b). Toinen on useammin käytetty teollisuuskameroissa, niiden mallin ja tarjoamien mahdollisuuksien vuoksi. Kun taas CCD-antureita löydetään vähemmäm suosituissa analogikameroissa, jotka toimivat PAL standardeilla. Löydä alhaalla jokaisen lyhyt luonnehdinta ja toimintaperiaate.

Kuva 2a. CCD-tyypin anturi

Kuva 2b. CMOS-tyypin anturi

CCD-anturi (Varauskytketty laite) - varauskytketty laite.

Kaikkineen CCD-anturin toimintaperiaate perustuu sähkölatauksen kasaantumiseen vastaavissa anturimatriisin sektoreissa, nimeltä kuvapisteet. Tämä johtuu fotoneista (valo) jotka tippuvat yksittäisille kuvapisteille, jotka on eristetty toisistaan, joka lyö elektronit ulos (kuva 3). Yhtä kuvapistettä voidaan katso säiliönä, joka kerää uutena luotuja elektroneja. Niiden määrä on suhteessa valovoimaan ja altistusaikaan (kuva 4).

Tällä tavoin kiitos eri elektronimäärien matriisin kerääntymiselle, luodaan kartta, joka on jossakin mielessä on kameran näkemän kuvan heijastus. Kannattaa mainita tässä, että anturin matriisi itse kaappaa vain valon voiman, ilman kuvan yksilöllisten elementtien väriä, josta keskustellaan myöhemmässä osassa.

Elektronimäärän skannausprosessi, joka kerätään jokaisessa kuvapisteessä suoritetaan jaksottain. Tämä tarkoittaa, että elektronien siirto muihin elektronivirtapiireihin tapahtuu vain skannauksen rekisteröinnistä, joka löytyy yhdessä matriisin yhtä riviä pitkin. Kun elektronit on skannattu matriisin ensimmäisestä rivistä, tapahtuu uusien elektronien hyppy seuraavasta rivistä, ja niiden paikan ottaa taas elektroneiden avulla seuraava rivi. Koko toimenpide toistetaan, kunnes kaikki kuvapisteet on skannattu (Kuva 5).

Tällä tavoin lataukset jokaisesta kuvapisteestä kuljetetaan sähkövirtapiireihin, jotka muuttavat ne sähköjännitteiksi, jotka mukautuvat "kaapatun" valon määrään. Lisäksi, jokainen arvo saa kuvapisteen koordinaatit anturin matriisilla. Joten tämä on pähkinänkuoressa, miltä kuljetin näyttää.

Miten se tapahtuu, että kuva on kuitenkin värillinen? Tämä selitetään siten, että on palattava anturimatriisin rakenteeseen (Kuva 6). Se katetaan suodattimilla RGB (punainen, vihreä, sininen), yksi per kuvapiste määrityssä aikataulussa. Jokainen suodatin kuljettaa valoa vain yhdessä valossa. Tuloksena, jokainen kuvapiste tallentaa tietyn värin valomäärän, riippuen suodattimesta, jossa se löytyy. Siitä tosiasiasta riippuen, että kuvapisteillä on koordinaattinsa tunnetaan, mikä valon voima on ja niissä oleva väri. Loput hoituvat elektroniikalla. Laitteen GPU:lla on ohjelmoitu suodattimen kartta samassa järjestelmässä, jossa se on esitetty matriisissa, jonka kautta se voi uudelleen valmistaa tallennetun kuvan kuljettimen avulla digitaaliseksi versioksi.

Kuva 6. CCD-matriisi on katettu RGB-suodattimilla, joista jokainen kuljettaa olellisen väristä valoa

On mielenkiintoista mainita, että kuvapisteiden määrä, kun suodattimet kuljettavat vihreää väriä on kaksi kertaa suurempi, kuin loput värit. Tämä johtuu siitä, että kuvan anturi on luotava ihmisen silmä mallina, joka on kaikista primääreistä väreistä kaikkein herkin vihreälle värille.

Suodattimet suorittavat toisen tärkeän toiminnon - ne suojelevat infrapunavaloa vastaan, jota pääsee virtuaalisesti jokaiseen kohteeseen yli absoluuttisen nollan lämpötilan yläpuolella. Anturi on herkkä koko näkyvän valon kaistalle ja, päinvastoin kuin ihmissilmä, infrapunavalolle, joka vaikuttaa huonosta värien ja kirkkauden kartoitukseen.

Lisäksi, 9 kuvapisteen väreihin perustuen 3x3 järjestelmässä, suoritin määrittää tulosvärin ja iskut keskuskuvapisteen paikassa (Kuv. 7), ja sitten se ottaa huomioon seuraavat yhdeksän kuvapistettä liikuttamalla kehystä yhdellä, ja määrittää seuraavan sisäkuvapisteen värin. Tämä prosessi no nimeltään interpolaatio ja kiitos tälle kuva on lähempänä todellisuutta.

Kuvattu interpolaaiton menetemä, esim tuloksena (keski) saadun värin määrittäminen, ei toimi sellaisten kuvapisteiden tapauksessa, jotka löytyvät matriisin päissä. Tietenkin, jos otetaan nykyinen matriisien koko, joita käytetään teollisuuskameroissa, tällä ei ole minkäänlaista merkitystä. Kameroiden valmistajat kuitenkin, erityisesti niiden korkeapäisten kameroiden valmistajat, antavat, poissulkien kuvapisteiden määrän, sen tehokkaiden kuvapisteiden määrän. Tämä on kuvapisteiden määrä, jota varsinaisesti käytetään kuvan hankkimiseen, poisjättäen ne kuvapisteet, jotka löytyvät matriisin päissä tai apukuvapisteissä.

CMOSa-nturi ( CMOS ).

Puolijohde näissä antureissa esitettynä, molemmat mallin ja tiedonsiirrtomenetelmän ehdoilla perustuvat massatallenusarkkitektuuriin. Niitä luonnehditaan pääasiassa toimintanopeuden ja vähennetyn sähkövaatimuksen mukaan verrattuna CCD:hin. Toimintaperiaate on samantapainen, kuin CCD-antureiden, sellaisella erolla, että kuvapisteet skannataan itsenäisesti eikä jaksottaisesti. Tämä tapahtuu, koska jokainen kuvapisteellä on oma jännitteen muuntimen ja sen osoitteen kuormituksensa. Seurauksena kaikki kuvapisteet voidaan skannata samalla hetkellä (Kuva 8).

Valitettavasti tällä järjestelmällä on myös haittansa. Lisäkomponenttien sijoittamisen tarpeen vuoksi anturin sisälle, kuvapisteiden välinen etäisyys on paljon suurempi, kuin CCD-antureiden tapauksessa. Ne eivät ole niin lähellä toisiaan ja seurauksena anturi on suurempi. Tuloksena koko matriisi on vähemmän herkkä sen vuoksi, koska valon osa ei putoa valoherkille elementeille, vaan niiden välille. Toinen suuri haitta on se tosiasia, ettei ole mahdollista valmistaa monta miljoonaa identtistä valoherkkää elementtiä, missä jokainen anturi toimii samalla tarkkuudella. Ennen mittaan voi ilmetä, että kuva, jonka tulisi olla yhteinäisen vädinen, sisältää nimenomaisia raitoja, nimeltä melu . Tietenkin, riippuen laitteen luokasta, sähkölaitteet, jotka ovat vastuussa kuvan käsittelystä voivat hoitaa tämän ongelman, suuremmissa tai pienemmissä määrin.

Anturin koko joka on asennettu kameran sisään, on määritetty tuumissa. Tyypillisesti mitä suurempi anturi, sitä enemmän kuvapisteistä se sisältää, ja näin - sitä paremmanlaatuinen kuva on. Kaikkein suosituimmat anturin koot teollisuuskameroille ovat 1/3 "ja 1/4". On mielenkiintoista mainita, että tällä on hyvin vähän tekemistä anturin varsinaisen koon kanssa. Tämä on muisto siltä ajalta, kun anturin toiminto videokameroissa suoritettiin lasin katodiputkella. Koko ei kuitenkaan soveltunut itse lamppuun, vaan lasin suojauslampun halkaisijaan.

Joten, esimerkiski, anturin koko 1 "on katodisäteisen putken kokoinen, joka sijoitetaan lasilampun sisälle, ja jonka halkaisija on 1 tuumaa. Helpottamiseksi voisia olettaa, että anturin halkaisija on sama, kuin noin sen nimityksen kaksi-kolmasosa. Tarkka arvo annetaan kokotaulukossa.