Технологията на Exmor ClearVid матрица от Sony - статията за развитието на технологиите и най-новите продукти
Технологията на Exmor ClearVid матрица от SONY
Sunset CCD век и появата на висока разделителна способност век
Върни CMOS
Сравнение на CCD и CMOS
В CCD- и CMOS-CCD за превръщане на светлина в електрически сигнал изображение използвани фотодиоди. Въпреки това, тяхната принцип на действие се различава значително, както е описано по-долу. падащата светлина на CCD открива с фотодиод на всеки пиксел се преобразува в електрически заряд. Обвинението на пиксела се премества във вертикално "транспорт автобус" изхвърлят от страна на пиксела. Приложеното напрежение след това се прехвърля на таксите в вертикални и хоризонтални транспортни автобуси, до достигане на усилвателя, където таксите се преобразуват в електрически сигнал (фиг. 1). има проблем, наречен "клеветническа" В такава конструкция. Те възникват когато много ярка падаща светлина от теч достигне вертикално транспортиране на гумата и създава излишък такса, която се проявява в изображението като ярка вертикална лента. Тази конструкция също изисква високо напрежение за последователно отваряне и затваряне щори, които трябва да бъдат съставени от всички пиксели за последователността на зареждане поток времеви контрол. Консумираната мощност CCD-матрици, особено за голям формат с висока разделителна способност (например 1080), което изисква бързо четене на голям брой пиксели.
Мощността на CMOS сензори на разположение на всеки пиксел, директно се преобразува в електрически заряд на пиксел сигнал, който след това продължава към изхода (фиг. 2). Проблемът с зад разширения отсъстват, тъй като падащата светлина не влияе на електрически сигнал (фиг. 3). На мястото на порта в CMOS матрица използват ключове и вътрешни вериги контролират последователността на изходни сигнали. Използване на вътрешни превключватели може значително да намали консумацията на енергия по време на процеса ускорение едновременното четене на голям брой пиксели. четене ефективност е напълно достатъчно, за подкрепа на напредъка разлагане HD изображения. В едночипови CMOS-сензорите става възможно по принцип да се едновременното четене на сигналите R, G и B. Тъй като CMOS-сензорите имат ниска консумация на енергия и висока скорост процес четене, те са много подходящи за използване в камери с висока разделителна способност за HDTV век. Те са особено интересни за малки HD камери, като отговаря напълно на изискванията, наложени им - компактен размер, ниска консумация на енергия и високо качество на изображението.
ClearVid технологии и интерполация пиксела
ClearVid матрица с пиксели увеличена площ
пиксел област има значителен ефект върху параметрите на матрицата. Тъй като по-големи пиксели имат разширен фоточувствителна област, те се характеризират с висока чувствителност, което ви позволява да заснемате изображения дори при слаба светлина условия. Въпреки това, тенденцията към по-висока резолюция поставя ограничения върху размера на пикселите. Тази матрица с висока разделителна способност (HD) трябва да е около два милиона пиксела. Това означава, че размерът на пикселите ще бъде 1/5 1/6 част от размера на пикселите в матрицата на стандартна дефиниция (SD) от същия размер. Съответно HD матрица ще има значително по-ниска чувствителност (фиг. 4).
Трябва също да се отбележи, че част от площта на матрица заета от сигнализация верига, не са свързани с фоточувствителни елементи. CCD-матрици имат недостатъка, че те изискват относително широки канали за трансфер на заряда, които трябва да бъдат разположени в близост до пикселите. Това, от своя страна, изисква пикселите са подредени в правоъгълна решетка. В контраст, CMOS матрица с помощта на тънки сигналните линии, чиито място на чипа може да се избере по-гъвкаво, което позволява създаването на алтернативно пиксел структура. Sony, за да се възползват от предимствата на тази алтернатива, създавайки ClearVid масив с диагонал подреждане на пиксела.
Завъртане 45 ° намалява ширината на пиксел в 1/2 пъти, като по този начин се постига по-висока плътност опаковка. Това от своя страна означава, че матрицата ClearVid Pixel има два пъти площта на отделен пиксел в сравнение с конвенционалния масив в същото пиксел ширина (фиг. 5-1 и 5-2). С други думи, въртене на пиксела в CMOS-сензор масив увеличава всеки пиксел област.
По този начин, 1/3 инча ClearVid сензор матрица и броя на пикселите на 960 х 1080 има два пъти площта на пиксел, в сравнение с конвенционален матрица от 1920 х 1080. По този начин, зоната на пиксел ClearVid съответства на областта на пикселите в конвенционален матрица 1/1 89 инчов 1920 х 1080. с други думи, нов дизайн сензор позволява да се получи много голяма площ пиксел по отношение на размера на матрицата (Фиг. 6-1 и 6-2). По този начин, ClearVid, въпреки малкия си размер, има структура с висока плътност и висока чувствителност. Увеличената площ на матрицата на пиксела ClearVid
позволява да се постигне по-висока чувствителност по два различни начина: директно, чрез по-голяма площ за запис на светлинен поток и непряко чрез по-ефективно използване на микролещи по-чип. А микролещи над всеки пиксел събира светлината, която в противен случай би било инцидент на светлочувствителната повърхност извън терена и да го насочва към приемника (фиг. 7), което осигурява повишаване на чувствителността. Ефикасността чрез микролещи ClearVid технология е значително подобрена поради относителното увеличение в областта на пиксела.
* Изчислението се основава на теоретични стойности, и не отчита относителните размери на предаване на сигнала схеми и други области на матрицата, различни от фоточувствителен повърхност. Трябва също да се отбележи, че чувствителността на камерата или камерата се определя не само от областта на матрицата, но също така и производството на оптични технологии, техники за намаляване на шума, алгоритъм за обработка на сигнала и много други фактори.
Характеристики ClearVid матрица за три чип сензор за изображения CMOS-
система Тричипов ClearVid в момента се използва в видеокамери Sony HVR-Z7E, HVR-S270E, HVR-Z5E, HVR-V1EH HXR-NX5E. Тъй като CMOS матрица ClearVid има зигзагообразна разположение на пиксели, съседни реда са изместени с половината един пиксел, както е показано на фиг. 8. Това споразумение може да доведе до неправилното предположение, че матрицата се използва в конвенционалните интерполация на пикселите смяна технология. В действителност, три-чип система ClearVid използва по-сложен механизъм интерполация, както е описано по-долу. В конвенционален подход за интерполиране пиксела изместен чипове са монтирани на призмата, така че матрици R и В получи изместване от половината от пиксел спрямо матрицата G.
По този начин, всеки пиксел участва в образуването на два сигнала. Това е показано на фиг. 9, където G пиксел използва за генериране на сигнали G + R1 + В1 и G + R2 + B2. Този метод дава възможност да се удвои на сигнала. В действителност, обаче, значително подобрение на резолюция се постига само в тези области, в които трите цветни сигнали. Този метод не осигурява значителна победа за снимане на монохромни удобства като зелена поляна или червени рози (фиг. 10).
Системата за ClearVid три чип използва различен подход, което позволява максимална разделителна способност, независимо от относителното ниво на цвят сигнал. ClearVid три чип система осигурява пълна HD резолюция (1080 линии на пиксела) вертикално и хоризонтално 960 пиксела.
Хоризонтална разделителна способност се увеличава до пълен HD (1920 проби) чрез интерполация със създаването на виртуален пиксел във всяка точка на решетката; Този виртуален пиксел се генерира на базата на информация от четири съседни пиксела. Такова интерполация се извършва независимо във всяка матрица от R, G и В. За разлика от традиционния подход, неговата ефективност не е напълно свързан с смесването на цветове (фиг. 11-1 и 11-2). Този метод е еднакво ефективно за raznots-vetnyh обекти и обекти представени главно монохромни цветя като рози и тревни площи. По този начин, три-чип видеокамери с ClearVid система са отлично решение за всички цветови комбинации, както е показано на фиг. 12. Горната интерполация се извършва в добре развито Sony Processor Enhanced Imaging Processor ™.
Този процесор позволява използване ClearVid матрица от 960 х 1080 пиксела, създаване на пълен HD сигнал от 1920 х 1080 с красиви цветове.
В HRV-Z7E, HVR-Z5E, HVR-S270E и HXR-NX5E А 1/3 инча ClearVid три чип система и HVR-V1E използване на 1/4 инчов разтвор. Трябва да се отбележи, че HVR-HD1000E има един чип 1 / 2.9 инчов масив преобразувател ClearVid. В един чип 1 се използва / 3-инчов CMOS сензор модел HVR-A1e ClearVid матрица.
Чувствителността и шума
За да заснемете изображения с правилна експозиция в условия на ниска осветеност с помощта на два основни подхода.
1) Подобряване на сензора на изображението параметри
Чувствителността може да се подобри чрез подобряване на ефективността фотоелектричния превръщане чрез увеличаване на площта на пиксела, с използване на структура лещи на обектива, и въвеждане на други подобрения сензорни параметри.
2) Електронно усилване на яркостта
Електронно усилване на яркост може да повиши чувствителността на камерата, но също повишава нивото на шум, който вече присъства в сигнала, при което изображението придобиване гранулиран структура. Следователно, потискане на шума може да осигури значителна чувствителност увеличение видеокамера поради по-високо усилване на сигнала.
Шумът от различно естество. По-долу са описани две типичен източник на шум.
Отстранен шум модел
CMOS матрица има отделен усилвател за всеки пиксел. Поради това устройство HD CMOS-матрица съдържа повече от един милион от тези усилватели. Не е реалистично да се очаква, че всички тези усилватели ще бъде точно същата, както в процеса на производство е неизбежно някои разсейване параметри. Това различие усилватели поражда смущения, известен като "фиксирана шум модел". За щастие, този проблем може да бъде решен чрез коригиране на добавяне ЦДП верига (корелативна Двойна за вземане на проби - «корелативна двукратно вземане") за премахване на шума и да се възстанови оригиналния сигнал.
аналогов шум
Когато заряд се прехвърля под формата на аналогов сигнал, някои външен шум, въведена по време на предаването в него. Този шум увеличава като разстоянието на предаване.
Технологията на намаляване на шума Exmor ™
Sony разработи специално за новия CMOS-матрица технология Exmor. В тази система, аналогово-цифров преобразувател е в близост до всеки ред на пиксела (такава структура се нарича "успоредни колони аналогово-цифрово преобразуване", т.е. записа аналогови сигнали, получени почти веднага. В типична матрица аналогов сигнал, генериран в усилвателя на всеки пиксел, трябва първо да преминат отдалечен аналогово-цифров преобразувател (фиг. 13). аналогови сигнали са много чувствителни към шума, и нивото на шума в него е по-висока, толкова по-предаване на сигнала разстояние. технологията Exmo Re аналогово-цифрови преобразуватели са разположени най-близо до пикселите, което намалява външния влиянието на шума. Също така е предвидено сложни CDS цифров намаляване на шума, който измерва шума преди преобразуването, а след това, след превръщане, произвежда потискане на шума. Тази нова система, работи преди и след аналогово-цифрово преобразуване е много по-точен в сравнение с конвенционалните системи за CDS, работещи само в аналогов сигнал (фиг. 14).
В резултат, видеокамери, използващи различни технологии Exmor намаляват шума в сравнение с въз основа на конвенционални видеокамери HD CMOS сензори. Разликите са особено забележими при слаба светлина условия, особено когато камерата сензори Exmor ефективна.
Нова система за намаляване на шума Exmor е оборудван със система от три чип Clear-Vid, използвани в видеокамери Sony HVR-Z7E, HVR-Z5E, HVR-S270 и HXR-NX5E. Тези CMOS матрица от ново поколение, имат значително по-висок в сравнение с настройките на предишни модели.
10.12.11 Източник: Sony