Контрольная работа: Строение видеокамеры

6 — Кремниевый канал n-типа. Зона генерации носителей — зона внутреннего фотоэффекта.

7 — Зона потенциальной ямы (карман n-типа), где собираются электроны из зоны генерации носителей

8 — Кремниевая подложка p-типа.

Микролинза субпикселя

Буферные регистры сдвига на ПЗС матрице, равно как и обрамление КМОП-пиксела на КМОП-матрице "съедают" значительную часть площади матрицы, в результате каждому пикселю достаётся лишь 30 % светочувствительной области от его общей поверхности. У матрицы с полнокадровым переносом эта область составляет 70 %. Именно поэтому в большинстве современных ПЗС матриц над пикселем устанавливается микролинза. Такое простейшее оптическое устройство покрывает бо́льшую часть площади ПЗС - элемента и собирает всю падающую на эту часть долю фотонов в концентрированный световой поток, который, в свою очередь, направлен на довольно компактную светочувствительную область пиксела.

Поскольку с помощью микролинз удаётся гораздо полнее регистрировать падающий на сенсор световой поток, по мере совершенствования технологии ими стали снабжать не только системы с буферизацией столбцов, но и матрицы с полнокадровым переносом. Между тем, микролинзы нельзя назвать "решением без недостатков".

Микролинзы уменьшают эффективную угловую апертуру матрицы как воспринимающей оптической системы. Косо падающие лучи света оказываются подвержены частичному отражению от передней поверхности микролинз и полному внутреннему отражению в короткофокусной оптической системе, каковой является микролинза. Это приводит к виньетированию изображения. Было предложено два основных решения этой проблемы:

Характеристики матриц

Светочувствительность, отношение сигнал-шум и физический размер пикселя однозначно взаимосвязаны (для матриц, созданных по одной и той же технологии). Чем больше физический размер пикселя, тем больше получаемое соотношение сигнал-шум при заданной чувствительности, или тем выше чувствительность при заданном сотношении сигнал-шум. Физический размер матрицы и её разрешение однозначно определяют размер пикселя.

Чувствительность

К матрицам применяется термин эквивалентная "чувствительность", потому что:

1) в зависимости от назначения матрицы формальное значение чувствительности может определяться различными способами по различным критериям;

2) аналоговым усилением сигнала и цифровой постобработкой можно менять значение чувствительности матрицы в широком диапазоне;

У цифровых фотоаппаратов значение эквивалентной чувствительности может меняться в диапазоне ISO 50-6400. Максимальная используемая в массовых фотоаппаратах чувствительность соответствует отношению сигнал/шум 2-5.

Разрешение

Обычно, говоря о разрешении цифровой матрицы, следуют сложившемуся штампу, то есть просто приводят количество пикселей. При это забывают упомянуть, что матрица может разрешить только то изображение, которое уже сформировано объективом. И если объектив в силу недостаточно высокой разрешающей способности передаёт ДВЕ светящиеся точки объекта, разделённые третьей чёрной, как одну светящуюся точку на ТРИ подряд расположенных пиксела, то говорить о разрешении фотоаппарата в целом на основе данных о матрице будет опрометчиво.

Разрешение матриц цифровых фотокамер в мегапикселях (2008 г.), (миллионах пикселей):

1) Разрешение матриц компактных цифровых фотокамер 6-12 Мпикс;

2) Камеры мобильных телефонов имеют разрешение матриц 0,1-5 Мпикс;

3) фотокамера Canon EOS-1Ds Mark III имеет разрешение матрицы 21 Мпикс;

4) цифровые задники для среднеформатных фотоаппаратов "Hasselblad" имеют разрешение матриц более 16 Мпикс;

Физический размер матрицы

Сравнение размеров фотосенсоров цифровых фотокамер и 35-мм плёнки.

Размер матрицы измеряется по диагонали, в долях дюйма (4/3", 2/3", 1/1,8", 1/2,2"). Данная традиция измерения происходит от диаметра передающих телевизионных трубок и часто называется "дюймы видикона".

Чем больше физический размер матрицы, тем больше получаемое соотношение сигнал-шум при заданной чувствительности, или тем выше чувствительность при заданном сотношении сигнал-шум.

Законы геометрической оптики задают зависимость ГРИП от физического размера матрицы. Сфотографируем тремя фотоаппаратами с разным физическим размером матрицы одну и ту же сцену с одним и тем же углом зрения и одним и тем же значением диафрагмы на объективах. После чего станем рассматривать результат (файл на компьютере, распечатку с принтера) в одинаковых условиях. ГРИП на снимке, сделанном фотоаппаратом с наименьшей матрицей, будет наибольшей (больше предметов в кадре будет показано резко), а фотоаппарат с наибольшей мАтрицей покажет наименьшую ГРИП (предметы не в зоне резкости будут сильнее размыты).

Отношение сторон кадра

1) Стандарт кадра 4:3 в основном применяется в любительских цифровых фотоапПаратах. НекотОрыЕ фирмы, например, Canon, выпускают в этих фотоаппаратах настройку соотношения сторон в диапазонах 4:3 и 16:9.[2]

2) Стандарт кадра 3:2 применяется в зеркальных цифровых фотоаппаратах