Типы матриц видеокамер: какие лучше? ccd против cmos

Добрый день, Друзья!

Не так давно, а именно около полугода назад, мною была установлена камера заднего вида с матрицей CMOS. Про это я писал ЗДЕСЬ. Камера меня очень радовала — удобный девайс!Но после этой зимы и пару неудачных моек, линза камеры припотела, после чего была разобрана, успешно просушена и залита герметиком!

В принципе, меня всё устраивало, но пошарив по интернету, я узнал, что есть два типа матриц. Начитавшись про матрицы CCD и CMOS — решил попробовать CCD — в теории, картинка должна быть лучше … — понятное дело не HD снимать, но всё же!

Для справки:Итак, CCD — это (charge-coupled device) ПЗС — прибор с обратной зарядной связью. Этот тип матриц изначально считался более качественным, однако и более дорогим и энергозатратным. Если представить основной принцип работы матрицы CCD в двух словах, то они собрают всю картину в аналоговой версии, и только потом оцифровывают.

В отличие от CCD матриц, CMOS матрицы (complementary metal-oxide-semiconductor), КМОП — комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник, оцифровывают каждый пиксель на месте. CMOS матрицы были изначально менее энергопотребляющие и дешевыми, особенно в производстве больших размеров матриц, однако уступали CCD матрицам по качеству изображения.

• Зкаказывал на Aliexpress, если кому надо, ссылка на камеру вот ТУТ, цена — 835рубШла посылочка довольно долго — около 4 недель, если не больше!
• И вот она у меня!

вот такая коробочка

1. В этот раз заказал камеру в прозрачном корпусе, чтоб было не в ущерб подсветке номера.

вот она CCD камера

• Для сравнения:
• Вот такая у меня стояла.

камера CMOS

1. Теперь стоит вот такая.

камера ССD

• И для сравнения изображение с обоих камер:
• Камера CMOS

матрица CMOS

1. Камера CCD

матрица ССD

Как видно по фоткам — разница качества изображений значительное! К тому же огромным плюсом является то, что у новой камеры ССD на картинке видны чёткие границы бампера, чего не скажешь про мою старую камеру! Да, и ещё, понравилось, что надпись STOP на изображении моргает! ))

• Добавил ночные фото!
• Вот такое изображение ночью при полной темноте!

в кромешной тьме!

1. Вот такое изображение ночью при фонарном освещении!

при фонарном освещении

• В подсветку номера были куплены, уже полюбившиеся мне по передним габаритам, лампочки MTF — 150руб!

в корейское авто — корейские лампочки! )

светят они не хуже, а может и лучше диодных!

камера подсветку не съедает!

1. Так же под это всё дело было решено заменить пластиковую обивку пятой двери (старый хозяин при перевозке её сильно поцарапал, в одном месте была небольшая трещина и сломаны пару креплений).

обивка багажника

• Заказывал как обычно — на Эмексе, каталожный номер ниже на фото, цена — 1150руб:

Обивка пятой двери

1. Для сравнения заводская шумоизоляция — с 2008 года ничего не изменилось (только почему-то разного цвета).

наверху старая — внизу новая

• Так же вновь заказал фиксаторы полки, так как они одноразовые и снять обивку, не сломав их, не реально, благо стоят недорого — 19руб/шт. )

клипсы для верёвочек полки

На всё это дело убил пару часов, как только закончил, опять полил ливень! ))Погодка в отпуске пока не радует…

Всем спасибо за внимание! Ни гвоздя, ни жезла! ))

Источник: https://www.drive2.ru/l/3956465/

Матрицы для камер видеонаблюдения. На что обращать внимание?

Качество изображения видеокамеры во многом зависит от используемого в ней светочувствительного сенсора (матрицы). Ведь поставь хоть лучший процессор для оцифровки видео – если на матрице получено плохое изображение, хорошим оно уже не станет. Попытаюсь популярно объяснить, на что следует обращать внимание в характеристиках сенсора камеры видеонаблюдения, чтобы потом не было мучительно больно при взгляде на изображение… Тип матрицы В интернете вы наверняка найдете информацию о том, что в камерах видеонаблюдения применяются CCD (ПЗС, прибор с зарядовой связью) и CMOS (КМОП, комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) светочувствительные матрицы. Забудьте! Давно остался только CMOS, только хардкор. CCD матрицы, при всех их достоинствах (лучшая светочувствительность и цветопередача, меньший уровень шумов) – уже практически не используются в видеонаблюдении. Потому что сам принцип их действия CCD матриц – последовательное считывание заряда по ячейкам – слишком медленный, чтобы удовлетворить запросы быстрых современных видеокамер высокого разрешения. Ну и самое главное CCD дороже в производстве, а в условиях современной высококонкурентной среды на счету каждая копейка прибыли. Вот почему все ключевые производители сосредоточились на выпуске именно CMOS матриц. Осталось производителей, между прочим, не так и много. Крупнейшими, по состоянию на начало 2017 года, являются компании: ON Semiconductor Corporation (в свое время поглотившая известную профильную компанию Aptina), Omnivision Technologies Inc., Samsung Electronics и Sony Corporation. Кроме того, матрицы для собственных нужд производит, например, компания Canon, Hikvision. Конкуренцию старым брендам пытаются создать молодые, полные энтузиазма и денег китайские чипмейкеры «второго эшелона», вроде компании SOI (Silicon Optronics, Inc.) и др. Трудно сказать, выживет ли молодая поросль, когда на рынке CMOS сенсоров наступит насыщение и станет слишком тесно. Но в любом случае в этом сегменте не исключено появление новых игроков и обострение борьбы, ведь наладить производство CMOS сенсоров не слишком и сложная по современным меркам задача.

Крупные мировые бренды типа Hikvision или Dahua обычно предпочитают работать с производителями матриц первого эшелона или собственными. Локальные же ведут себя по разному. Например, Tecsar даже в недорогих камерах использует матрицы с хорошей репутацией от ON Semiconductor, Omnivision и Sony. В в ассортименте других “народных” марок, например Berger, широко представлены сенсоры SOI и т.д.

Как делаются матрицы цифровых камер

Лидерские качества CMOS

CMOS технология предусматривает размещение электронных компонентов (конденсаторов, транзисторов) непосредственно в каждом пикселе светочувствительной матрицы. Структура пикселя и CMOS матрицы Это уменьшает полезную площадь светочувствительного элемента и снижает чувствительность, плюс активные элементы повышают уровень собственных шумов матрицы. Зато технология позволяет осуществлять преобразование заряда светочувствительного элемента в электрический сигнал прямо в матрице и гораздо быстрее сформировать цифровой сигнал изображения, что критично для видеокамер. Именно поэтому CMOS лучше подходят для камер видеонаблюдения, где требуется быстрая смена кадров. Принцип работы CCD и CMOS матриц Плюс возможность произвольного считывания ячеек CMOS матрицы дает возможность буквально «на лету» изменять качество и битрейт получаемого видео, что невозможно для CCD. А энергопотребление CMOS-решений ниже, что тоже немаловажно для компактных камер наблюдения.

Да будет цвет

Для получения цветного изображения матрица разлагает световой поток на составляющие цвета: красный, зеленый и синий. Для этого используются соответствующие светофильтры. Разные производители варьируют размещение и количество светочувствительных элементов разного цвета, но суть от этого не меняется.

Принцип формирования изображения на светочувствительной матрице:

Р – светочувствительный элемент Т — электронные компоненты Как устроен и работает КМОП сенсор камеры можно также посмотреть на этом видео от Canon: CMOS матрицы всех производителей базируются на вышеописанных общих принципах, отличаясь лишь в деталях реализации на кремнии. Например, в погоне за дешевизной и сверхприбылью, чипмейкеры стараются выпускать матрицы как можно меньшего размера. Расплата за это неизбежна…

Почему большой – это хорошо

Типоразмер (или другими словами формат) матрицы обычно измеряют по диагонали в дюймах и указывают в виде дроби, например 1/4″, 1/3″, 2/3″, 1/2 дюйма и др. Первое правило выбора лучшей матрицы довольно простое: при одинаковом количестве пикселей (разрешении), чем больше физические размеры сенсора – тем лучше. У большей матрицы крупнее пиксели, а значит, она улавливает больше света. Пиксели большей матрицы расположены менее тесно, а значит меньше влияние взаимных помех и ниже уровень паразитных шумов, что напрямую влияет на качество получаемого изображения. Наконец, более крупная матрица позволяет получить большие углы обзора при использовании объектива с одним и тем же фокусным расстоянием! Светочувствительная матрица производства ON Semicondactor для камер видеонаблюдения

Светочувствительная матрица, установленная на плате видеокамеры

Увы, большеформатные матрицы в массовых камерах видеонаблюдения сейчас практически не используются в силу дороговизны и самих матриц, и объективов для них, которые должны иметь более крупные линзы и, соответственно, габариты и стоимость. На сегодня в камеры устанавливают в основном матрицы типоразмера 1/2″ – 1/4″ (это самые крошечные). Выбирая камеру, нужно четко понимать, что покупая ультрадешевую модель с 1/4″ матрицей производства SOI и крохотным объективом с пластиковыми линзами сомнительной прозрачности, вы не сможете создать систему видеоконтроля приемлемого качества, на которой можно было бы хорошо различать небольшие детали отснятых событий, особенно при съемке в условиях слабой освещенности. Выбирая же камеру с матрицей Sony типоразмера 1/2.8″ вы априори получите гораздо лучший результат по качеству видео, камеру с такой матрицей уже вполне можно использовать в профессиональной системе видеонаблюдения. И чувствительность у такой камеры будет заведомо выше, что позволит лучше снимать в условиях слабой освещенности: в плохую погоду, в сумерках, в полутемном помещении и т.п. С увеличением разрешения при том же размере матрицы светочувствительность падает, и это тоже нужно учитывать при выборе. Для камеры, установленной в темной подворотне у черного хода, имеет смысл выбрать матрицу с меньшим разрешением и более высокой чувствительностью, чем камеру ультравысокого разрешения с низкой чувствительностью матрицы на которой из-за шумов ничего нельзя будет толком различить.

Светочувствительность

Светочувствительность матрицы определяет возможность ее работы в условиях слабого окружающего освещения. С точки зрения физики это выглядит совсем банально: чем меньше световой энергии достаточно для получения изображения матрицей, тем выше ее светочувствительность. Но! Будем откровенны, гнаться за высокой чувствительностью уже особо не стоит. Дело в том, что современные камеры видеонаблюдения благополучно переходят в режимы «день/ночь», при снижении освещенности переводя матрицу в режим черно-белого изображения с более высокой чувствительностью. Плюс автоматическое включение инфракрасной подсветки дает камерам возможность отлично снимать даже в полной темноте. Например, в закрытом помещении без окон и с выключенным светом, когда об уровне какой-то внешней освещенности даже речи нет. Светочувствительность остается критичной для камер лишенных ИК подсветки, но использовать такие в современном видеонаблюдении – почти моветон. Хотя корпусные модели без подсветки все еще продаются, конечно. Сравнение матриц разных производителей Вообще правило таково: чем выше освещенность, тем лучше снимет матрица и, соответственно, камера. Поэтому не рекомендуется ставить камеры по полутемным закоулкам, даже если у них хорошая чувствительность. Имейте в виду, что в спецификации матриц камер обычно указывается минимальный уровень освещенности, когда можно зафиксировать хоть какое-то изображение. Но никто не обещает, что это изображение будет хотя бы приемлемого качества! Оно будет отвратительным в 100% случаев, на нем с трудом можно будет что-либо разобрать. Для достижения хотя бы удовлетворительного результата рекомендуется снимать как минимум при освещенности хотя бы в 10-20 раз большей, чем минимально допустимая для матрицы. Производители придумали ряд технических решений, чтобы улучшить чувствительность CMOS матриц и снизить потери света в процессе фиксации изображения. Для этого в основном используется один принцип: вынести светочувствительный элемент как можно ближе к микролинзе матрицы, собирающей свет. Сначала компания Sony предложила свою технологию Exmor, сократившую путь прохождения света в матрице: Затем прогрессивные производители дружно перешли на использование матриц с обратной засветкой, позволяющей не только сократить путь света сквозь матрицу, но и сделать полезную площадь светочувствительного слоя больше, разместив его над другими электронными элементами в ячейке: Технология обратной засветке дает камере максимальную чувствительность. Отсюда вывод – «при прочих равных условиях» лучше приобрести камеру использующую матрицу с обратной засветкой, чем без таковой. Для улучшения изображения в условиях слабого освещения для слабочувствительных дешевых матриц производители камер могут использовать различные ухищрения. Например, режим «медленного затвора», а говоря проще – режим большой выдержки. Однако «размазывание» контуров движущихся объектов уже на этапе фиксации изображения матрицей в таком режиме не позволяет говорить о мало-мальски качественной видеосъемке, поэтому такой подход совершенно неприемлем в охранном видеонаблюдении, где важны детали. Определенным прорывом в качестве изображения стало появление технологии Starlight, впервые появившейся в камерах Bosch в 2012 году. Эта технология, благодаря комбинации огромной светочувствительности матрицы (порядка 0,0001 — 0,001 люкс) и очень эффективной технологии шумоподавления позволила получать очень качественное цветное изображение с видеокамер в условиях слабой освещенности и даже в ночное время. Тогда как традиционный способ преодоления слабой освещенности – использование ИК подсветки – дает возможность получить четкое изображение лишь в монохромном режиме (оттенках серого), камеры с технологией Starlight позволяют получить цветную картинку, обладающую гораздо большей информативностью. В частности, при слабой освещенности система видеонаблюдения с технологией Starlight легко сможет различать цвета автомобилей, одежды и др. важные признаки. Вот демонстрация технологии Starlight в действии:

Итоги

При выборе камеры видеонаблюдения обязательно обращайте внимание на характеристики матрицы, а не только ее разрешение. Ведь от этого в значительной степени будет зависеть качество изображения, а следовательно и полезность камеры. В первую очередь следует обращать внимание на надежный бренд, типоразмер и разрешение матрицы, светочувствительность принципиальна лишь для камер лишенных ИК-подсветки. Очень рекомендую брать камеру с матрицей, по которой можно найти вменяемый даташит с подробной информацией, а не покупать кота в мешке. Например, вы легко найдете спецификации на матрицы производства ON Semiconductor, Omnivision или Sony. А вот мало-мальски подробных характеристик матриц SOI не сыскать днем с фонарем. Возникает подозрение, что производителю есть что скрывать…

А общий итог такой: CMOS матрицы безоговорочно победили в устройствах видеонаблюдения и в ближайшем будущем не собираются сдаваться какой-либо конкурирующей технологии.

Источник: https://habr.com/post/402875/

Сравнение CMOS и CCD в видеонаблюдении

В современных камерах видеонаблюдения широко применяются два типа матриц – CMOS и CCD. В обоих случаях основу матриц формирует полупроводниковый материал, реагирующий на свет. Отличие между элементами видеокамер заключается в способе восприятия световой энергии и ее преобразования.

Именно механизмы преобразования являются определяющим фактором при выборе камер на основе типа матрицы. Данный показатель влияет на быстродействие видео, стоимость и уровень энергопотребления.

Особенности CMOS матриц

Цифровые светочувствительные сенсоры начали активно применяться в 90-х годах 20-го века. Особенностью CMOS матриц является то, что каждый пиксель, расположенный на их поверхности, обслуживается собственным усилителем.

То есть свет преобразуется в импульс непосредственно в момент фиксации. Такой принцип работы позволяет максимально четко запечатлеть мельчайшие подробности.

Основным преимуществом цифровых матриц является более высокая динамическая чувствительность.

Эталонные модели (без доработок) камер с матрицами данного типа отличались низкой цветочувствительностью и меньшим показателем полезного пространства светочувствительного сенсора.

В современных моделях данный показатель имеет на порядок большие значения и достигает нескольких десятков люксов при работе в режиме меньшего FPS и установке качественного объектива.

Отставание CMOS-матриц по чувствительности, являющееся основной причиной «снега» на цифровых записях, стало поводом для разработки новых способов обработки видеосигнала. Поздние сенсоры претерпели существенную модернизацию. Новшества коснулись как пиксельных усилителей, так и системы распределения светового потока.

Если в старых CMOS матрицах свет падал на фронтальную пластину, рассеиваясь по пути, то в новых моделях этот недостаток был устранен переносом светочувствительной пластины на тыльную сторону.

Также в новых моделях был устранен недостаток, проявлявшийся в виде «артефактов» при захвате динамического объекта в условиях недостаточной освещенности. Постоянные доработки и улучшение характеристик значительно повысили стоимость цифровых камер.

К преимуществам современных CMOS матриц можно отнести следующие особенности:

• возможность записи в режиме высокого FPS – до 500 кадров/сек;
• минимальные затраты энергии – до 100 меньше, чем CCD матрицы;
• высокий технологический потенциал;
• более доступная стоимость.

Недостатками CMOS являются:

• низкий размер полезной площади (до 25% всей матрицы занято транзисторами);
• большое количество цифровых помех, обусловленное наличием темповых токов;
• низкий динамический диапазон.

Особенности CCD матриц

Главным преимуществом CCD видеокамер является сенсор с высокой светочувствительностью, в десятки раз превосходящий аналогичный показатель цифровых устройств. Принцип действия CCD матриц основан на накоплении пикселями заряда для последующей передачи его считывающему устройству, расположенному за пределами фотоэлемента.

Такой принцип позволяет исключить преломление света, что повышает цветопередачу и улучшает качество записи в целом. Опосредованное преобразование сигнала накладывает определенные ограничения на скорость записи и восприятие динамических объектов.

С момента своего появления (1969 год), аналоговые матрицы стали широко применяться в различных фото и видеоустройствах.

Основным недостатком эталонных моделей был большой размер, именно на решение этой проблемы были направлены основные усилия разработчиков.

Современные CCD матрицы не уступают цифровым по компактности, однако значительно превосходят их по качеству обработки сигнала. Более сложная технология выпуска определяет чувствительную ценовую разницу сравнительно с CMOS камерами видеонаблюдения.

Столь высоких показателей качества удалось добиться путем интеграции в структуру CCD матриц новых элементов, расширяющих спектральный охват (матрицы Ex-view с восприятием ИК-дипазона).

Также усовершенствованию подверглись микролинзы, которые являются частью пикселя.

В данном случае была увеличена площадь светочувствительного поля линзы и дополнительно откалиброваны светофильтры (матрицы стандарта Super HAD).

Основными достоинствами современных CCD матриц можно считать такие особенности как:

• минимальное количество шумов;
• 100% поверхности матрицы является функциональной;
• потеря цвета при обработке сигнала менее 5%;
• высокая динамическая чувствительность.

Недостатками же CCD матриц являются следующие характеристики:

• более трудоемкий процесс производства и как следствие высокая стоимость;
• большие энергетические затраты (до 5 Вт/ч);
• меньший показатель максимального FPS (частота смены кадров в секунду).

Области применения камер с разными типами матриц

По очевидным причинам предпочтительные сферы применения камер видеонаблюдения с CMOS и CCD матрицами отличаются. Цифровые устройства показывают высокую эффективность при наблюдении за быстродвижущимися объектами, например на автострадах, городских автомобильных дорогах.

Кроме того устройства с CMOS матрицами не издают посторонних звуков при работе и имеют более компактные размеры. Это говорит об их преимуществе при устройстве системы видеонаблюдения внутри жилых комнат или помещениях, где требуется соблюдение режима тишины.

Видеокамеры с аналоговой матрицей обладают более высокой чувствительностью и предпочтительны для работы в местах скопления людей: на автостоянках, входных зонах. Также CСD камеры показывают лучшие результаты при плохой освещенности и менее чувствительны к температурным колебаниям.

Источник: https://tech-house.su/sravnenie-cmos-i-ccd-v-videonablyudenii/

Типы и размеры матриц камер видеонаблюдения

Светочувствительная матрица — важнейший элемент видеокамеры, который обеспечивает качество изображения на 90%. Представляет собой интегральную микросхему, состоящую из фотодиодов.

Сенсор генерирует видеопоток, преобразуя проецируемое в него оптическое изображение в аналоговые электрические импульсы.

Сенсоры имеют ряд характеристик, важнейшие из которых — вид, разрешение и размер матрицы камеры видеонаблюдения. От этих параметров зависит быстродействие устройства, уровень его энергозатратности, а также конечное качество воспроизводимого камерой видео.

Типы матриц, которые используют в современных камерах видеонаблюдения

• CCD (ПЗС). Характеризуются лучшей светочувствительностью, обеспечивают хорошую цветопередачу и низкий уровень шума на изображении. Это достигается за счет последовательного считывания зарядов в каждой ячейке сенсора. Однако принцип действия таких матриц слишком медленный и не удовлетворяет современное видеонаблюдение с большими разрешениями и высокой кадровой частотой. Кроме того, такие сенсоры энергозатратны, дороже в производстве и сложнее в эксплуатации. В современных цифровых камерах важно какая матрица используется. Поэтому, чтобы не тормозить процесс передачи видеопотока, технологию CCD практически не применяют;
• Live-MOS. Разработка компании Panasonic. Применяется для трансляций «живого» изображения за счет технологии, которая позволяет упрощенно организовать передачу сигналов управления и преобразование света в электрические импульсы. Для технологии характерно меньшее напряжение электропитания, перегрев и уровень шумовых помех;
• CMOS (КМОП). Главное достоинство — более низкое энергопотребление. Ячейки в сенсоре считываются в произвольном порядке, что позволяет избежать размытия изображения при съемке движущихся объектов. Камерой с типом матрицы CMOS гораздо проще управлять, поскольку большая часть электроники расположена на ячейке. Однако такая конструкция сенсора уменьшает светочувствительную площадь.

Для современного видеонаблюдения в соотношении быстродействия, энергопотребления и цены КМОП матрицы предпочтительнее.

Поэтому крупнейшие производители камер сосредоточились на закупке или производстве собственных CMOS сенсоров. Например, компании Hikvision и Dahua разрабатывают собственные светочувствительные элементы, которые использует при производстве оборудования. В топовых видеокамерах Dahua DH-SD50430I-HC-S2 или HIKVISION DS-2CD2942F используются именно КМОП матрицы.

ПЗС или КМОП матрица?

Размеры матриц видеокамер наблюдения

Физические размеры матриц выражаются условной длиной, приведенной к диагонали видикона.

Современные видеокамеры чаще всего используют следующие типоразмеры: 1/2”; 1/3”; 1/4”; 1/6” и реже 1/10”.

Какой размер матрицы лучше для видеокамеры

Это зависит от конкретных задач, стоящих перед видеонаблюдением. Важно помнить, что при выборе устройства характеристики нужно рассматривать комплексно. Например, хорошее разрешение при маленьком размере сенсора дадут плохое изображение.

Кроме того, чем больше матрица, тем она дороже.

Поэтому при выборе видеокамеры необходимо рассматривать вариант, в котором будут учитываться оптимальное соотношение трех показателей, удовлетворяющих потребности видеонаблюдения — это цена, разрешение и типоразмер.

Источник: https://www.ami-com.ru/articles/tipy-i-razmery-matrits-kamer-videonablyudeniya/

CMOS или CCD. Какая матрица лучше для автомобильных видеокамер?

2016-11-28 15:10:42   0   1450

В последние годы CCD (charge-coupled device, ПЗС — прибор с обратной зарядной связью) и CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor, КМОП комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник) матрицы продолжают борьбу друг с другом. У каждой есть свои плюсы и минусы, и мы сейчас их рассмотрим.

Матрицы CCD и CMOS постоянно подвергают различным тестам, для того, что бы вяснить кто же таки лучше.  

Для начала рассмотрим схему того, как эти матрицы выглядят.

Преимущества и недостатки CMOS матриц

Одной из главных причин широкого распространения CMOS матриц является невысокая цена производства, и низкое энергопотребление, а так же высокое быстродействие.

CMOS матрицы обладают способностью произвольного считывания ячеек, в то время, как CCD матрица считывает все ячейки за один раз.

За счет такого метода считывания, у КМОП (CMOS) матриц не возникает так называемый эффект «смиринга» (от англ. smearing – размазывание), который присущ CCD матрицам и проявляется в кадре в виде вертикальных «столбов света» от точечных ярких объектов, например, солнца, фонарей.

CMOS или CCD

Не взирая на преимущества, у КМОП (CMOS) технологии есть и свои недостатки. Светочувствительный элемент крайне мал относительно площади пикселя. Львиную долю площади занимает электроника, встроенная в пиксель. Это сказывается на малой чувствительности, а, предусиление сигнала, приводит к увеличению шумов на картинке.

Помимо прочего, CMOS отличен эффектом «rolling shutter» (бегущий затвор). Связан он с тем, что считыванием сигнала происходит строка за строкой.

По факту Rolling shutter эффект ощутим при съёмках быстро движущихся объектов. Считывая сначала верхние строки, а затем нижние, картинка может искажаться. Например, движущиеся автомобили могут быть вытянуты.

Преимущества и недостатки CCD матриц

CCD технология существует уже много лет, за эти годы, она существенно модернизировались, и обладает целым рядом преимуществ по сравнению с CMOS.

Камеры на основе CCD матрицы обладают более совершенным электронный затвором, что особо важно для фиксации быстро движущихся объектов, или картинки.

У ПЗС (CCD) сенсоров отсутствует вибрация и rolling shutter эффект, привычный для КМОП (CMOS). Для примера посмотрите видео с сравнением ПЗС (CCD) и КМОП сенсоров.

Выводы. Так какая же матрица лучше для автомобильных видеокамер?

Учитывая вышесказанное, можно сделать следующие выводы:

Камеры оснащенные CCD матрицей:

+лучше работают в темноте;+не искажают движущиеся объекты;+имеют более насыщенные цвета;-чувствительны к точечным источникам света;

Камеры с CMOS матрицей:

+дешевле, иногда вдвое;-искажение динамичной картинки;

Источник: https://Surround.com.ua/ccd_cmos_vibor_auto_camery

Разница между матрицами CCD и CMOS

Матрица фотоаппарата выполняет функцию оцифровки параметров света на ее поверхности. На сегодняшний день рынок фототехники разделился на два лагеря: устройства, использующие матрицу CMOS и устройства, использующие матрицу CCD.

Говорить о приоритете одной технологии над другой не представляется возможным, хотя доля CMOS в отчетах о продажах несколько выше, однако это объясняется объективными требованиями пользователя, а не свойствами непосредственно матриц.

Зачастую в процессе выбора решающую роль играет стоимость.

• Содержание статьи

Матрица CCD — микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов и созданная на кремниевой основе. В основе работы лежит принцип действия прибора с зарядовой связью.

Матрица CMOS — микросхема, созданная на основе полевых транзисторов с изолированным затвором с каналами разной проводимости.

Сравнение

Ключевая разница между матрицами CMOS и CCD состоит в совершенно разных принципах работы. CCD оцифровывает полученную аналоговую картинку, CMOS — сразу каждый пиксель изображения.

Чуть подробнее: электрический заряд в пикселях (светодиодах) CCD-матрицы преобразуется в электрический потенциал, усиливается в аналоговом усилителе за пределами светочувствительного сенсора и только потом оцифровывается посредством аналогово-цифрового преобразователя.

Электрический заряд в пикселях CMOS-матрицы накапливается в конденсаторах, с которых снимается электрический потенциал, передается в аналоговый усилитель и оцифровывается посредством такого же преобразователя. Некоторые новые CMOS-матрицы снабжены усилителями аналогового сигнала, встроенными непосредственно в пиксель.

Еще один важный момент: количество усилителей для матриц CCD и CMOS разное. В последних усилителей больше, потому качество изображения при прохождении сигнала несколько снижается.

Поэтому именно CCD применяется в создании фототехники, предназначенной для создания изображений высокой степени детализации, к примеру, в исследовательских, медицинских, промышленных целях.

С CMOS мы сталкиваемся ежедневно: большинство камер в мобильной электронике выполнены на основе именно таких матриц.

Качество полученного изображения зависит еще от одного обстоятельства — плотности фотодиодов. Чем они расположены ближе, тем меньше участков матрицы, где фотоны пропадают вхолостую. CCD как раз предлагает макет без зазоров между фотодиодами, тогда как в CMOS они существуют — там расположены транзисторы.

Матрицы CCD намного дороже CMOS и энергозатратнее, поэтому установка их там, где достаточно качества изображения, приближенного к среднему, нецелесообразна. CCD-матрицы обладают высокой чувствительностью, процент заполнения пикселей у них выше и достигает практически 100%, уровень шумов демонстрируют низкий.

Матрицы CMOS обеспечивают высокий уровень быстродействия, однако уступают CCD по показателям чувствительности и шума. CCD-технология, в отличие от CMOS, не позволяет выполнять серийную съемку или запись видео. Поэтому их применение в мобильной электронике, например, не оправдывается назначением самих устройств.

Скажем так, CCD — матрица для профессиональной фототехники.

Выводы TheDifference.ru

1. CCD — матрица на кремниевой основе, действующая как прибор с зарядовой связью, CMOS — матрица на основе полевых транзисторов.
2. Аналоговый сигнал в матрице CCD преобразуется за пределами светочувствительного сенсора, в матрице CMOS — непосредственно в пикселе.
3. Качество изображения, получаемого от CCD, выше, чем от CMOS.
4. CCD энергозатратнее.
5. CMOS позволяет снимать видео и делать серийные фото.
6. CMOS получила распространение в мобильной электронике.

Источник: https://TheDifference.ru/chem-otlichaetsya-matrica-ccd-ot-cmos/

Сравнение матриц видеокамер систем видеонаблюдения, сделанных по технологиям CCD и CMOS

  

 

CCD (ПЗС — прибор с зарядовой связью, CCD – Charge-Coupled Device) и CMOS (КМОП — комплементарный металл — оксид — полупроводник, CMOS — complementary metal-oxide-semiconductor) — это две разных технологии производства матриц, использующихся в видеокамерах систем видеонаблюдения для получения изображения.  

Матрицы обоих типов преобразуют свет в электрический заряд. Когда накопление заряда завершено, в CCD матрице накопленные электроны сдвигаются к краю матрицы, где попадают на измерительный элемент, создавая на нем сигналы пропорциональные отдельным зарядам.

В CMOS матрицах преобразование заряда в напряжение происходит непосредственно в каждом пикселе. Оба типа матриц имеют свои преимущества и недостатки и оба они могут с успехом использоваться в разных сферах применения.

Нельзя сказать, что одни категорически лучше других, хотя производители и продавцы часто утверждают обратное.  

Производительность матриц систем видеонаблюдения можно охарактеризовать следующими пунктами:

• Динамический диапазон.  Это диапазон яркости объектов, который камера воспринимает как от абсолютно черного до абсолютно белого. Чем шире динамический диапазон, тем лучше передача цветовых оттенков, лучше устойчивость матрицы к пересвету и меньше уровень шума в тенях. Это легко представить, когда на слишком светлой картинке текстуры исчезают и мы видим абсолютную белизну. Или при съемке в темное время суток видим на экране абсолютно черную область. Здесь CCD матрицы показывают лучшие результаты, кроме того, изображение, сформированное CCD матрицами, содержит меньше шума.  
• Однородность формирования изображения пикселами. При идентичных условиях освещения для нескольких пикселов, в идеале, они должны сформировать однородное изображение, но на деле это не так. Также важна однородность при ярком освещении и в почти полной темноте. Элементы CMOS, традиционно, были хуже при обоих условиях. Для каждого пиксела CMOS матрицы имеется отдельный усилитель, всего же может быть более миллиона таких усилителей. В результате их работы возникают различные помехи и шумы. И хотя производители матриц CMOS инвестируют достаточно много средств для улучшения этой характеристики (например, внедрение технологии Exmor Sony), CCD матрицы здесь до сих пор лидируют.  
• Затвор. Еще одно из различий между CCD и CMOS матрицами это способ захвата кадра. В CCD матрицах используется так называемый «кадровый затвор» (Global shutter), а в CMOS-матрицах – «скользящий затвор» (Rolling shutter). Кадровый затвор формирует изображение мгновенно, все пиксели матрицы, отведенные для работы, передают информацию одновременно. В CMOS матрицах, скользящий затвор сканирует кадр сверху вниз построчно, путем последовательного захвата каждого пикселя. Затвор как бы скользит по кадру, отсюда и происходит его название. Разница между ними в большинстве ситуаций будет незаметна, особенно при хорошем равномерном освещении. Однако, при некоторых условиях, скользящий затвор может показать не очень хорошие результаты. Например, при съемке объектов, с искусственным освещением с малой частотой мерцания (люминесцентные лампы), на кадрах могут появляться горизонтальные темные и светлые полосы. Для человеческого глаза мерцание люминесцентных ламп почти незаметно, но так как скользящий затвор CMOS матрицы формирует изображение последовательно, одни пиксели получают больше света, чем другие. В конечном итоге, эта особенность CMOS матриц может обернуться реальной проблемой. Во время съемки быстро движущихся объектов оба датчика также ведут себя совершенно по-разному. Из-за особенности захвата кадра, CMOS матрица сформирует изображение, сдвинутое по горизонтали. Прямые вертикальные линии окажутся наклонными.

• Скорость формирования кадра. Характеристика, в которой CMOS имеет преимущество перед CCD, в силу единой структуры светочувствительного элемента и микросхем обработки сигнала. Чем выше разрешение матрицы, тем ниже скорость формирования изображения. Из-за этой особенности в мегапиксельных IP камерах преобладают CMOS матрицы.  
• Работа с «окнами». Одной уникальной особенностью технологии CMOS является возможность работы с частью изображения. Это позволяет увеличить частоту кадров выбранных групп пикселей для некоторых специфических задач. Также это позволяет передавать несколько потоков изображения с одного CMOS сенсора, имитируя несколько камер. Матрицы CCD лишены этой возможности.  
• Антиблюминг. Возможность уменьшить эффект «растекания» пересвеченных областей матрицы ПЗС в соседние ячейки. Во многих камерах применяются антиблюминговые цепи, которые отводят избыточные электроны от пикселей. В то же время, антиблюминговые цепи меняют линейность характеристики CCD матрицы и не применяются в некоторых профессиональных устройствах. Эффект блюминга часто может быть замечен, например, на спутниковых фотографиях и снимках межпланетных зондов. Матрицы CMOS лишены эффекта блюминга, так как информация с каждого пиксела считывается индивидуально.  
• Вертикальный смаз. Эффект, характерный для CCD матриц, проявляется в виде горизонтальных светлых полос, при съемке ярких точечных источников света. CMOS матрицы также лишены этого эффекта.

Надежность  

В большинстве приложений оба типа микросхем считаются одинаково надежными. В устройствах с жесткими условиями эксплуатации CMOS датчики считаются более устойчивыми, так как вся электроника размещается на одной микросхеме, а это подразумевает минимальное количество паяных соединений, которые часто являются причиной поломки в сложных условиях эксплуатации.

Как уже говорилось выше, CMOS датчики обладают большей степенью интеграции, чем CCD. Схемы обработки сигнала, аналого-цифровые преобразователи и другие элементы могут быть размещены прямо на датчике. Это значит, что сама камера на базе матрицы CMOS может быть значительно меньше, чем камера на базе CCD.

Однако потребителю нужно понимать стоимость этой интеграции.

Китайские производители практически каждый квартал выпускают камеры на новых матрицах, желая получить максимальную прибыль, в то время как потребителям нужна стабильность и поддержка старых моделей.

Кроме того, в IP камерах, важную роль в которых играет прошивка и программное обеспечение.

Многие компании, не доводя прошивку до стабильного состояния, переходят на новую платформу, совершенно забывая о поддержке старой.

Считается, что датчики CMOS намного дешевле, но это касается самых бюджетных моделей. Чтобы получить из сенсора CMOS изображение хорошего качества, используются передовые технологии в изготовлении матриц и схем обработки сигнала, за счет этого стоимость может возрасти в несколько раз.  

IP камеры  

Изготовление быстрых мегапиксельных CCD сенсоров технологически сложно, поэтому почти во всех IP камерах используются матрицы CMOS. Мегапиксельные IP камеры обладают большей разрешающей способностью, чем аналоговые, соответственно количество пикселей на их матрице больше.

Низким значением светочувствительности часто страдают бюджетные CMOS сенсоры, в более продвинутых моделях с помощью различных алгоритмов и технологий светочувствительность значительно улучшена.  

Выберите камеру под свою задачу  

Матрицы CMOS обладают более широкими возможностями интеграции, небольшим размером и хорошим качеством изображения.

Они подходят для устройств с ограниченным пространством, где не предъявляются особые требования к качеству изображения (камеры различных гаджетов, игрушки, считыватели штрих-кодов, сканеры) и в то же время сегодня продвинутые модели CMOS в большом количестве используются в профессиональных областях (фото-, видеосъемка, системы охранного телевидения)

Матрицы CCD обеспечивают превосходное качество изображения и гибкость, но имеют несколько больший размер. Они остаются наиболее подходящей технологией для создания и обработки изображений в аппаратуре для профессиональных областей. Это могут быть системы видеонаблюдения, телевидение, промышленная, медицинская, научная сферы.

Если, условно, разделить рынок на три ценовых сегмента – бюджетные, средний, высокий, то можно рекомендовать следующее:

— для бюджетных систем видеонаблюдения на аналоговых камерах рекомендуется использовать CCD матрицы, низкое разрешение в них компенсируется хорошей чувствительностью.

Если не требуется выполнение специфических задач и условия съемки идеальны, можно остановить свой выбор и на CMOS.

В бюджетных IP камерах используются простые CMOS сенсоры, зачастую ориентированные на бытовую или околобытовую области, поэтому такие камеры также следует применять с осторожностью на объектах со сложными условиями съемки.

— в среднем и высоком ценовых сегментах, выбирайте камеру на основании поставленных задач. Для аналоговых систем видеонаблюдения это может быть камера как на хорошем CCD, так и хорошем CMOS сенсоре. В IP камерах, как уже говорилось выше, в основном, используются CMOS матрицы, что немного сужает возможность выбора.  

Ценовой сегмент	Аналоговые камеры	IP-камеры
Бюджетный (низкий)	ССD (CMOS при идеальных условиях съемки)	CMOS
Средний	CCD или  продвинутый CMOS	Продвинутый CMOS
Высокий	CCD или  продвинутый CMOS	Продвинутый CMOS

Источник: https://rpvideo.ru/news/Sravnenie-matric-videokamer-sistem-videonablyudeniya-sdelannyh-po-tehnologiyam-CCD-i-CMOS

Какая матрица лучше CMOS или CCD ?

В последние годы CCD (charge-coupled device, ПЗС — прибор с обратной зарядной связью) и CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor, КМОП комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник) матрицы находятся в состоянии соперничества друг с другом, но до сих пор битва продолжается а победитель пока не определен. Постоянно проводятся тесты и различные эксперименты, в ходе которых становятся понятны сильние и слабые стороны этих технологий. В предыдущей статье Что такое матрица фотоаппарата? мы рассказали о обеих технологиях, но давайте в этом посте посмотрим на матриц, с научной стороны. Преимущества и недостатки CMOS матриц Основная причина, по которой фото-камеры начали выпускать с CMOS матрицами — это дешевая стоимость в производстве, низкое энергопотребление (почти в 100 раз) и высокое быстродействие. CMOS матрицы имеют возможность произвольного считывания ячеек а в CCD матрице считывание происходит со всех ячеек за один раз. Благодаря этому способу считывания, у КМОП матриц отсутствует так называемый эффект «смиринга» (от англ. smearing – размазывание), который есть у CCD матриц и проявляется в кадре как вертикальные «столбы света» от точечных ярких объектов, как от солнца, ярких лампочек. Не смотря на плюсы, у КМОП технологии есть и свои недостатки. Малый размер светочувствительного элемента по сравнению площади пикселя. Большая часть площади занимает электроника, встроенной в пиксель. А малая площадь светочувствительного элемента отражается на малой чувствительностьи, предусиление сигнала, приводит к увеличению шумов на картинке. Но технология совершенствуется, и с временем КМОП может успешно конкурировать с ПЗС. У этой технологии ещё и есть так называемый эффект «rolling shutter» (бегущий затвор). Связан этот эффект, с считыванием сигнала в CMOS матрицах,а здесь кадр считывается строка за строкой. Rolling shutter эффект наблюдается в основном при съёмках быстро движущихся объектов или когда с автомобиля снимаете улицу, то можно увидеть что вертикальные объекты кривые. Это происходит потому, что сначала считываются верхние строки матрицы, а в потом – нижние, но за это время, вы уже проедете заметное расстояние и в результате этого дерево на полученном видео будет уже не прямое, а наклонное. Преимущества и недостатки CCD матриц CCD сенсоры используются на протяжении многих лет, поэтому ПЗС-технология совершенствовался со временем и по прежнему имеют ряд преимуществ перед CMOS матрицами. CCD матицы имеют более совершенный электронный затвор, который очень важен для фиксации быстрых перемещений (движений). Также отличается низким уровнем шума, имеет хорошую чувствительность в ближнем ИК-диапазоне, при низкой освещенности снимает очень хорошо. У ПЗС сенсоров отсутствует вибрация и rolling shutter эффект, привычный для КМОП. Для примера посмотрите видео с сравнением ПЗС и КМОП сенсоров. Камеры с CCD сенсорами сегодня практически не производятся, но в скором будущем будет другая баталия — CMOS vs Foveon. На данный момент CMOS технология ни чем не уступает CCD, и с каждым днём развивается, и очень сложно отличить изображение одной матрицы от другого, хотя найдется много людей, которые будут упорно пиарить CMOS, и наоборот.  источник

Источник: http://very-useful-information.blogspot.com/2014/05/cmos-ccd.html

Типы и размеры матриц камер видеонаблюдения

Рассмотрим типы матриц. И начнем от обратного. Матрицы, не использующиеся Hikvision — CCD-матрицы.

По сравнению с технологией CMOS, которую применяет в своих камерах Hikvision, CCD-матрицы позволяют создавать высококачественное изображение. В процессе съемки возникает гораздо меньше шумов, а бороться с все же возникшими намного легче, чем в матрицах CMOS.

Еще одним важным показателем является их высокая эффективность. Например, коэффициент заполнения у матриц CCD приближается к 100%, а соотношение зарегистрированных матрицей фотонов к их общему числу — 95%. Если сравнивать с нашими глазами, то при расчёте в тех же единицах соотношение составит только 1%.

Теперь о CMOS-матрицах.

Главное достоинство CMOS-матриц — более низкое энергопотребление и возможность произвольного считывания ячеек, а это CCD-матрице недоступно, там считывание происходит одновременно. Благодаря произвольному считыванию в CMOS-матрицах нет размазывания изображения.

Еще одно достоинство – расположение значительной части электроники непосредственно на ячейке, благодаря этому появляются широкие возможности управления матрицей и изображением.

При всех имеющихся достоинствах данной технологии, недостатков хватает. Главный — незначительный размер светочувствительного элемента в соотношении к общей площади пикселя.

Одно из основных достоинств – расположения электроники на ячейке.

Но из него вытекает еще один недостаток — значительная часть площади пикселя занята электроникой, а значит, уменьшена площадь светочувствительного элемента.

В то же время нельзя не отметить, что CMOS был модифицирован несколько лет назад, и  для видеонаблюдения CMOS-матрицы действительно подходят лучше (благодаря чёткому изображению, низкому энергопотреблению и возможности уменьшать битрейт видео.

Размеры матриц

Матрицы для видеокамер бывают разного физического размера: 1/2″, 1/3″, 1/4″, 1/6″ и т.д. Чем больше физический размер матрицы, тем лучше качество картинки.

Но и цена камеры растет вместе с размером матрицы. Размер такого «дюйма» — 16 мм, (унаследовано от видикона диаметром 1″, рабочая диагональ там была именно 16 мм), и называется он «видиконовый дюйм».

Впрочем, это название используется нечасто.

Это то, что стоит знать при выборе камеры, рассматривая гипотетическую ситуацию (с преувеличенными значениями), 10-мегапиксельная камера с матрицей 1/10″ будет давать большое изображение довольно скверного качества. Представьте, как мало фотоинформации будет получать камера, при примерно 10. 000. 000 пикселей на матрицу с диагональю 1.6 мм.

Источник: https://hikvision.org.ua/ru/articles/tipy-i-razmery-matric-kamer-videonablyudeniya