Содержание статьи:
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. Разрешение первых цифровых камер не превышало 352/288 px при чувствительности до 1 люкса. 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.
