Первым, кто применил и разработал технологию цифровой обработки видеоинформации, была корпорация SONY. Последующим достижением в обработки видеоинформации стало применение цифрового процессора - DSP (Digital Signal Processor - Процессор цифровой обработки сигнала). Произошло это 1997 г. с выпуском первого DSP серии SS. Благодаря высокой надежности и качеству производства данной технологии, камеры на его основе завоевали популярность во всем мире и стали основным элементом современной аналоговой видеокамеры, а новый принцип обработки цветного изображения за многие годы превратился в стандарт построения камер видеонаблюдения.

После большого «шага вперед» развитие данного направление не стояло на месте. Все чаще стали появляться новые технологии обработки видеосигнала. Разрешение видеокамер стало гораздо больше чем 380ТВЛ. Средне статистическая видеокамера имеет разрешение до 600ТВЛ при этом используются следующие ПЗС матрицы:

• Super HAD;
• EXview HAD;
• Super HAD II.

Цветные ПЗС матрицы SONY

Новым переломным моментом в истории развития технологий в системах видеонаблюдения, стала разработка корпорацией SONY в 2009 году новых современных процессоров и ПЗС матриц, объединенная под торговой маркой "Effio".

Новые компоненты "Effio" включают в себя все самое наилучшее; богатый опыт, инновации, а также большое количество технологических усовершенствований, что позволило увеличить разрешение аналоговых камер видеонаблюдения, повысить отношение сигнал/шум, сделать более глубокой и насыщенной цветопередачу.

Решения «Корпорации» позволили увеличить горизонтальное разрешение до 700 ТВЛ за счет применения нового формата ПЗС матрицы 960H. SONY в будущем планирует расширять линейку "Effio", создавая новый мир аналоговых камер видеонаблюдения высокого разрешения - мир "Effio" 960H.

История развития марки Effio

• 10 Августа 2009 Начало производства "Effio" - выпущен первый процессор "Effio-E" и новые ПЗС матрицы для систем PAL и NTSC в линейке высокочувствительной технологии "Super HAD CCD II" - матрицы 960H.
• 1 Июля 2010 Корпорация Sony начинает активную рекламную компанию в Японии и Азии продукта "Effio-E" - первого представителя "Effio", а также ПЗС матриц 960H.
• 31 Августа 2010 Выпущены обновленные и улучшенные версии процессора "Effio-E", а также начато производство ПЗС матриц 960H повышенной чувствительности в инфракрасном (ИК) диапазоне - "EXview HAD CCD II", что позволяет строить камеры видеонаблюдения разрешения до 700 ТВЛ, эффективно работающими с ИК подсветкой.
• 1 Января 2011 Корпорация SONY начинает активную рекламную компанию в Японии и Азии новых продуктов "Effio-P" и "Effio-S" расширяющих возможности серии "Effio".
• 8 Марта 2011

На выставке Tokyo Big Sight корпорация SONY презентовала новые процессоры видеообработки "Effio-P" и "Effio-S", которые стали дальнейшим усовершенствованием процессора первого поколения "Effio-E", а также продемонстрировала работу камеры видеонаблюдения разрешения до 700 ТВЛ на их основе.

Что такое Effio

Аббревиатура "Effio" (Enhanced Features and Fine Image) Processor обозначает - "Процессор с Расширенными Возможностями и Прекрасным Изображением".

ПЗС матрица разрешения 960H

Обозначение «960H» определяет количество эффективных пикселей по горизонтали CCD матрицы, а следовательно и качество изображения, формируемого камерой видеонаблюдения по горизонтали. В вертикальном направлении количество пикселей остается неизменным, и предопределено стандартом развертки аналогового видеосигнала, оно составляет 582 видимых строки.

По сравнению с предыдущими матрицами формата 760H, новый формат матриц 960H характеризуется увеличенным на 30% числом пикселей. Как следствие повышение четкости изображения видеокамеры.

Ниже приведена таблица соответствия между форматом матрицы и количеством эффективных пикселей, для камер видеонаблюдения стандарта PAL:

Горизонтальное разрешение до 700 ТВЛ

Разрешение по горизонтали представляет уровень детализации в горизонтальном направлении изображения, большее число указывает на более высокую четкость кадра, и как правило, измеряется в телевизионных линиях - ТВ линий, ТВЛ (англ. TV Line, TVL).

Используемый метод измерения ТВЛ называется JEITA (ТТК-4602B).

Процессор обработки изображения DSP Effio

Новые достижения в области технологии обработки видеосигнала повысили горизонтальное разрешение 600 ТВЛ даже на традиционных матрицах формата 760H, что впервые было получено на процессорах видеообработки ISP 4- и 7- поколений. Однако новый формат ПЗС матрицы 960H, которая является "глазом" камеры видеонаблюдения, позволяет достичь еще более естественного изображения повышенной четкости, что в сочетании с новыми технологиями обработки видеосигнала процессоров DSP Effio и хорошей "мегаписксельной" оптике обеспечивает горизонтальное разрешение до 700 ТВЛ.

Процессоры DSP SONY Effio

Под торговой маркой "Effio" корпорация SONY продвигает в первую очередь процессоры видеообработки - DSP Effio

Надеемся, что приведенная ниже информация позволит потребителям более осознанно подходить к покупке камер видеонаблюдения из линейки Effio, а также избежать недобросовестных продавцов.

Модельный ряд DSP Effio для камер видеонаблюдения

Сравнение функциональных возможностей процессоров серии DSP Effio

Рассмотрим каждый процессор отдельно. Что они дают?!

Процессор DSP Sony " Effio - P "

"Effio-Р" (CXD4129GG) является процессором обработки видеосигнала (LSI) для построения цветных камер видеонаблюдения на основе комплементарной ПЗС матрицы. Он поддерживает CCD матрицы 960H и 760H, с обычным и с расширенным динамическим диапазоном (WDR). Матрица WDR позволяет вести наблюдение за высоко контрастными сценами, а также наблюдение во встречном свете.

Отличием процессора DSP "Effio-P" является упаковка в один корпус собственно процессора и памяти для видеообработки, что дает возможность реализовать такие функции, как цифровое увеличение (E-Zoom), медленный затвор - повышение чувствительности за счет увеличения времени выдержи (режим Sense-UP), функцию 3D фильтра шумоподавления, и многие другие.

Особенности DSP Sony "Effio-P"

• поддержка ПЗС матриц формата 960H и 760H
• камеры видеонаблюдения обеспечивают горизонтальное разрешение до 700 ТВЛ при матрице 960H, и до 600 ТВЛ при матрице 760H
• расширенный динамический диапазон - WDR (Wide Dynamic Range)
• 2D и 3D шумоподавление (2D & 3D-NR / Noise Reduction)
• цифровая стабилизация изображения
• детектор движения
• приватные зоны
• цифровое увеличение - E-Zoom
• экранное меню - OSD
• встроенный системный контроллер для управления камерой видеонаблюдения

Процессор DSP Sony " Effio - S "

"Effio-S" (CXD4130GG) - процессор обработки видеосигнала (LSI) для построения цветной видеокамеры на основе комплементарной ПЗС матрицы. Позволяет обрабатывать изображение от CCD матрицы 960H и 760H.

В корпусе одной микросхемы "Effio-S" упакован процессор DSP Effio и память видеообработки, что позволяет реализовать такие функции, как цифровое увеличение (E-Zoom), медленный затвор (режим Sense-UP), 3D фильтр шумоподавления, и несколько других. По-сравнению с "Effio-P" набор функций несколько сокращен, в частности не поддерживается режим WDR.

Возможности процессора DSP Effio-S

• работа с ПЗС матрицами формата 960H и 760H
• камеры видеонаблюдения обеспечивают горизонтальное разрешение до 700 ТВЛ для матриц 960H, и до 600 ТВЛ - для 760H
• улучшенное адаптивное воспроизведение цвета - ATR-EX (Adaptive Tone Reproduction)
• 2D и 3D шумоподавление (2D&3D-NR)
• детектор движения
• приватные зоны
• компенсация зон высокой яркости - HLC (High Light Compensation)
• медленный затвор - повышение чувствительности (Sense-UP)
• цифровое увеличение - E-Zoom
• экранное меню – OSD

Процессор DSP "Effio-E"

"Effio-E" (CXD4127GG), первый из линейки и наиболее простой процессор серии "Effio", который предназначен для работы с форматом ПЗС матрицами 960H, 760H и 510H. Процессор не содержит встроенной памяти видеообоработки, за счет чего упакован в миниатюрный LFBGA корпус размером 8х8 мм, но при этом характеризуется самым малым энергопотреблением.

Особенности процессора DSP Effio-E

• поддержка ПЗС матриц всех форматов 960H, 760H, 510H
• горизонтальное разрешение камеры видеонаблюдения соответственно 700 ТВЛ, 600 ТВЛ, 420 ТВЛ
• адаптивное воспроизведение цвета - ATR (Adaptive Tone Reproduction)
• 2D шумоподавление (2D-NR)
• детектор движения
• приватные зоны
• компенсация зон высокой яркости - HLC (High Light Compensation)
• экранное меню - OSD

Сравнение функций процессоров DSP Effio

Ниже приведена таблица, дающая общее представление о возможностях процессоров DSP Effio. Символ "<<" в таблице указывает на то, что процессор реализует функцию старшей модели.

Из таблицы видно, что "Effio-E" является наиболее простым процессором без встроенной видеопамяти, поэтому реализуется только 2D-NR режим шумоподавления, а также не поддерживает режим медленного затвора (Sense-UP) - повышения чувствительности в ночном режиме за счет увеличения времени выдержки.

В дополнение к возможностям "Effio-E" процессор DSP "Effio-S" оборудован встроенной памятью, что позволяет реализовать режимы Sens-UP, и 3D-шумоподавление. Кроме этого процессор обеспечивает режимы цифрового увеличения (E-Zoom) и улучшенного адаптивного воспроизведение цвета (ATR-EX).

Наиболее прогрессивным процессором является DSP "Effio-P", который в дополнение к режимам работы "Effio-S" обеспечивает работу с ПЗС матрицами расширенного динамического диапазона (WDR), режим цифровой стабилизации изображения, а также оборудован встроенным микроконтроллером для реализации дополнительных функций сложных CCTV видеокамеры High-End класса.

ПЗС (CCD) матрицы формата 960H

Не смотря на то, что процессоры "Effio" могут работать с ПЗС матрицами предшествующих форматов 760H и 510H, наибольший интерес представляют новинки увеличенного формата 960H, дающие возможность строить камеры видеонаблюдения горизонтального разрешения до 700 ТВЛ.

Исторически, первой появилась матрица 960H, изготовленная по хорошо отработанной (на тот момент) технологии Super HAD II, после чего, в результате усовершенствования светофильтра и оптической части матрицы появилась новая ее версия, выполненная по технологии EXview HAD II, светочувствительность которой, несмотря на уменьшенный размер пикселей, сравнима с чувствительностью матриц Super HAD II формата 760H (в частности с ICX639BKA).

Ниже приведена сравнительная характеристика ПЗС матриц 960H для камер видеонаблюдения разрешения 700 ТВЛ, работающих в система PAL (такая система используется в Украине).

Тенологии SONY для производства ПЗМ матриц 960H

Технология Super HAD CCD II

"Super HAD CCD II" является собственностью торговой маркой компании SONY Corporation.

"Super HAD CCD II" - высокопроизводительный сенсор от SONY - CCD HAD (Hole-Accumulation Diode) с типичной чувствительностью 1000 мВ и более на единицу площади пикселя - 1 мкм2 (цвет при F5.6 / черно-белый: F8 - в режиме эквивалентном накоплению заряда на протяжении 1 сек).

Технология Super EXview HAD CCD II

"EXview HAD CCD II" является собственностью торговой маркой компании SONY Corporation.

"EXview HAD CCD II" - высокопроизводительный сенсор от SONY - CCD HAD (Hole-Accumulation Diode) с типичной чувствительностью 1000 мВ и более на единицу площади пикселя - 1 мкм2 (цвет при F5.6 / черно-белый: F8 - в режиме эквивалентном накоплению заряда на протяжении 1 сек) с улученной светочувствительностью в инфракрасном и близком к нему диапазоне, как и предшествующая структура "EXview HAD CCD".

Что мы имеем на сегодняшний день

Здесь следуют отметить одно но, что когда торговая организация указывает, что она продает видеокамеру "Effio", то по меньшей мере это не полная информация. Камера видеонаблюдения в таком случае может быть построена на любом из DSP Effio, в т.ч. и обладающем минимальным набором функций - "Effio-E", без поддержки Sens-UP, WDR, ATR-EX и прочих.

Но что еще более страшно - в камере видеонаблюдения может применяться ПЗС матрица не максимального формата 960H, которая и определяет все преимущества нового поколения камер видеонаблюдения разрешения 700 ТВЛ, а обычная матрица формата 760H с разрешением до 600 ТВЛ.

На сегодняшний день такая "подмена" не может быть обнаружена визуально по качеству изображения формируемого камерой видеонаблюдения. Причина этого - использование в современных системах видеонаблюдения оцифровки видеосигнала с разрешением 720H.

Будьте внимательны и требуйте от продавцов предоставления полной информации о камере видеонаблюдения: типе установленной ПЗС матрицы и серии примененного процессора "Effio".

Технологии видеообработки в DSP Effio

Являясь лидером в производстве ПЗС матриц, корпорация SONY до выпуска процессора "Effio" отставала в производстве систем видео обработки для камер видеонаблюдения. Поэтому все функции, реализованные в процессоре Effio-E и в его последующих моделях "Effio-S" и "Effio-P" не новы и были ранее реализованы в ISP 4 и 7 поколений других производителей. Такие процессоры и матрицы 760H наши предприятия используют для производства камер видеонаблюдения разрешения 600 ТВЛ.

Давайте рассмотрим что нам дали новые технологии, примененные в DSP Effo.

Высокое разрешение 700 ТВЛ обеспечивают процессоры "Effio-P", "Effio-S" и "Effio-E" только с ПЗС матрицей 960H.

Главным новшеством в "Effio" является именно ПЗС матрица 960H с увеличенным разрешением до 700 ТВЛ.

Представленное изображение получено SONY на реальной камере видеонаблюдения в соответствии с методом измерения JEITA (TTR-4602B).

Подавление шумов

Обеспечивают процессоры "Effio-P", "Effio-S" и "Effio-E" не зависимо от формата ПЗС матрицы. Функция 2D-NR впервые была реализована в процессорах ISP 4 поколения, а 3D-NR в процессорах IPS 7 поколения.

Снижение шума - функция, которая уменьшает шумы на изображении с целью улучшения его качества. В частности, шум проявляется, когда камера видеонаблюдения работает при низкой освещенности и ночью, а также в других условиях, сопровождающихся высоким коэффициентом усиления.

"Effio-E" (CXD4127GG) не содержит видеопамяти, поэтому выполняет только функцию пространственного шумоподавления по строке (2D-NR), процессоры же DSP "Effio-Р" (CXD4129GG) и DSP "Effio-S" (CXD4130GG) оборудованы видеопамятью, поэтому в дополнение к 2D-NR выполняются также временную фильтрацию (3D-NR) совмещенную с режимом накопления (увеличением времени выдержки Sense-UP).

Пример работы функции 2D-NR

Пример работы функции 3D-NR

Особенностью видеообработки является независимая регулировка фильтров шумоподавления для сигнала яркости и цветности, что дает возможность получать цветное изображение даже в ночном режиме работы.

Отличная цветопередача

Обеспечивают процессоры "Effio-P", "Effio-S" и "Effio-E" не зависимо от формата ПЗС матрицы. Функция впервые была реализована в процессорах ISP 4 и 7 поколения.

Отличное воспроизведение цвета в условиях различных источников света. При этом возможный диапазон температур белого колеблется от 1800 К до 10500 К.

OSD Меню

Экранное меню уже более 5 лет используется в процессорах сторонних изготовителей, для наиболее точной настройки камеры видеонаблюдения под конкретные условия ее эксплуатации (место установки).

Экранное меню OSD (On-screen display) позволяет настроить параметры работы камеры видеонаблюдения используя монитор, подключенный к ней, без необходимости подключения внешнего контроллера или программатора. Меню DSP Effio поддерживает 8 языков, в т.ч. и Русский.

Режим ATR/ATR-EX

Обеспечивают процессоры "Effio-P", "Effio-S" и "Effio-E" не зависимо от формата ПЗС.

ATR (Адаптивное Воспроизведение Тона) - функция обеспечивает выборочную компенсацию для улучшения контраста объектов, а также воспроизведения цветов, в случае когда в изображении есть области как с наличием очень ярких, так и сильно затемненных областей.

Функция ATR улучшает качество картинки камеры видеонаблюдения, выполняя оптимизацию цветной составляющий изображения с учетом яркостной составляющей сигнала в этой области.

WDR - широкий динамический диапазон

Обеспечивает только процессор "Effio-P" с ПЗС матрицей 960H технологией EXview HAD CCD II. Однако такая функция реализована в процессорах ISP 4 и 7 поколения, в т.ч. и при использовании обычной ПЗС матрицы 760H с технологией Super HAD CCD II (например ICX639BKA).

Широкий динамический диапазон (WDR) - функция, которая позволяет сделать изображение камеры видеонаблюдения более естественным, за счет уменьшения яркости сильно освещенных участков, и повышения яркости областей находящихся в тени. Данная функция обеспечивается разным временем выдержки при формировании изображений для светлых и темных областей, с последующим их совмещением этих двух изображений в общее посредством цифровой обработки.

Область использования DSP Effio и матриц 960H

Системные решения для видеонаблюдения 960H.

Обеспечивает более высокое качество изображения при мониторинге в реальном времени, сохраняя высокую степень надежности системы видеонаблюдения.

Высокое качество изображения (разрешение 700 ТВЛ), высокая производительность процессора DSP Effio и наличие цифрового выхода позволяет использовать серию "Effio-P" для построения IP систем видеонаблюдения.

Технические преимущества "Effio" 960H

Увеличенное количество пикселей в ПЗС матрице 960H обеспечивает больший объем информации в входном каскаде камеры видеонаблюдения, что в сочетании с технологиями обработки сигнала в DSP Effio - гарантирует высокое разрешение 700 ТВЛ выходного сигнала, а следовательно позволяет получить новое качество в аналоговых камерах видеонаблюдения из мира 960H.

ВЫВОД

Самый главный вывод этой статьи то, что новые технологии позволяют повысить качество видеоизображения. Но НЕ СТОИТ забывать, что многие регистраторы не поддерживают запись с высоким разрешением. Если регистратор пишет с разрешение 368х288, то зачем ему камера с разрешением 1020x 596?! Видеокамеры с таким процессором лучше всего использовать в системах, где разрешение записи как минимум 704х576. Процессор позволяет отображать глубину цвета 16-24 бит. Такой разброс зависит от производителя видеокамер.

Матрица — это одно из самых сложных устройств камеры, ее главный и, чаще всего, единственный её орган чувств (еще датчик температуры бывает). В матрице собраны лучшие достижения в области микроэлектроники. Само слово «матрица» означает уход от громоздких электровакуумных монстров к миниатюрным прямоугольным пластиночкам, с помощью которых шустрые китайцы завалили рынок шпионскими гаджетами, упакованными в часы, пуговицы, авторучки и т.д. и т.п.

В описаниях камер присутствуют такие суровые надписи как, скажем, SONY super HAD II CCD 1/3″ . Это конечно впечатляет, но при выборе камеры эмоциями руководствоваться не следует. Давайте пройдемся по параметрам матриц хотя бы поверхностно.

1/3″ — это самый ходовой размер матриц, он привязан к диаметру электронной трубки с аналогичными параметрами, т.е. уходит корнями в прошлый век. Достаточно знать, что, чем больше размер, тем выше качество и цена. Поэтому размеры 1″, 1/2″, 2/3″ в видеонаблюдении применяются гораздо реже из-за цены (в профессиональной фотографии их достаточно), хотя качество там выше. Так же матрицы размером 1/4″ и ниже используются реже из-за более низкого качества. Дело в том, что при одинаковом количестве пикселей (элементов изображения) матрица большего размера имеет лучшее качество из-за меньшего количества шумов, наводимых соседними элементами. Со временем наверное размеры уйдут в сторону уменьшения, но пока вот так.

Насчет «SONY super HAD II CCD» — это технология повышения чувствительности цветных камер, разработанная угадайте с трёх раз кем. В подробности вдаваться не будем, кому интересно — полазьте по поисковикам или напишите вопрос в комментарии . Достаточно знать, что сейчас есть 2 основных технологии: CCD (си-си-ди) и CMOS (на жаргоне — чмос), что по нашему соответственно ПЗС (приборы с зарядовой связью) и КМОП (комплементарный металл-оксид-проводник). А реально, для потребителя:

— CCD (ПЗС) имеют немного более высокое качество, но дороже;

— CMOS (КМОП) подешевле немного, потребляет меньше (ненамного).

Не так давно появилась технология DIS (digital image system — цифровая система изображения). Там матрица собрана на одном кристалле с процессором обработки видеосигнала. Особой революции не произвело — технологии все равно те же. Но вот один эффект интересный — у матрицы температурный диапазон шире в сторону отрицательных температур (до -40). Я так понимаю, что просто процессор, стоящий на одном кристалле с матрицей, её греет — побочный эффект. Но это позволяет отказаться от устройства подогрева, а в наших сибирских условиях это очень важно. Для примера — на одном объекте камеры под вечер начинали отключаться (кстати, тот самый объект, который в фигурирует, «Класс защиты « называется). Ну разобрался, дело было в том, что на сопротивлении длинных тонких проводов практически до предела падало напряжение питания камер, а вечером, при снижении температуры (дело было осенью), включался подогрев, ток увеличивался, и напряжение совсем падало — ниже допустимого порога. Вот камеры и отключались. Кстати, аналогичные случаи бывают, когда в темноте включается встроенная инфракрасная подсветка. Просто думать надо, когда объект проектируешь, и на монтаже не халявить. Ну это уже из другой оперы.

Ну, естественно, еще один существенный параметр — это разрешение матрицы , т.е. количество пикселей в строке и количество строк. Для аналоговых камер предел мечтаний ограничен параметрами стандарта PAL — 720х576 пикселей. Так что, если в аналоговую камеру вставить матрицу любой мегапиксельности, изображение останется в указанных пределах. Конечно, при правильной обработке сигнала несколько возрастет качество за счет учета яркости и цветности пикселей, соседних с передаваемыми. Кроме того, за счет суммирования сигналов с соседних пикселей можно увеличить чувствительность. IP-камеры могут выдавать изображение, соответствующее разрешению матрицы, среди них есть мегапиксельные камеры, это их бесспорный плюс. У них есть свои недостатки, но это предмет для отдельного разговора.

Чувствительность матриц — это минимальная освещенность в лк (люкс, единица освещенности, международное обозначение — lx), при которой можно различить объект. На настоящий момент она близка к технологическому пределу. Где-то десятые-сотые доли лк, насколько я помню. Встречаются камеры со значением чувствительности, допустим 0,0001 лк. Тут надо отдавать себе отчет, что она достигнута за счет поочередного суммирования изображений с нескольких последовательных кадров. Это делается силами процессора обработки видеосигнала и к чувствительности матрицы отношения не имеет. При низкой освещенности движущийся объект будет или смазан или вообще не заметен. Следует еще заметить, что в условиях низкой освещенности цветные матрицы могут переключаться в режим черно-белого изображения, причем сигналы цветности RGB (красный, зеленый, синий) складываются в единый яркостный сигнал для повышения чувствительности. При этом, если камера оборудована автоматически убирающимся инфракрасным фильтром, защищающим матрицу в дневное время, то камера может работать с инфракрасной подсветкой, невидимой для невооруженного глаза.

Кстати, наш глаз устроен аналогично — там, на сетчатке есть чувствительные элементы, воспринимающие цветность, но с низкой чувствительностью, а в темноте подключаются другие — высокочувствительные, но черно-белые. Отсюда и утверждение, что ночью все кошки серые.

Есть еще серьёзный параметр — динамический диапазон . Это отношение максимально яркого и максимально темного сигналов, которые матрица способна обрабатывать одновременно. У CCD-матриц этот параметр лучше, но CMOS-ы активно развиваются.

В общем, параметров много, выбирать надо, исходя из задач, условий и финансовых возможностей (прошу прощения за банальность). Обращайтесь к специалистам, можно ко мне 🙂

Сенсор изображения является важнейшим элементом любой видеокамеры. Сегодня практически во всех камерах используются датчики изображения CCD или CMOS. Оба типа датчика выполняют задачу преобразования изображения, построенного на сенсоре объективом, в электрический сигнал. Однако вопрос, какой датчик лучше, до сих пор остается открытым

Н.И. Чура
Технический консультант
ООО "Микровидео Группа"

CCD является аналоговым датчиком, несмотря на дискретность светочувствительной структуры. Когда свет попадает на матрицу, в каждом пикселе накапливается заряд или пакет электронов, преобразуемый при считывании на нагрузке в напряжение видеосигнала, пропорциональное освещенности пикселей. Минимальное количество промежуточных переходов этого заряда и отсутствие активных устройств обеспечивают высокую идентичность чувствительных элементов CCD.

CMOS-матрица является цифровым устройством с активными чувствительными элементами (Active Pixel Sensor). С каждым пикселем работает свой усилитель, преобразующий заряд чувствительного элемента в напряжение. Это дает возможность практически индивидуально управлять каждым пикселем.

Эволюция CCD

С момента изобретения CCD лабораторией Белла (Bell Laboratories, или Bell Labs) в 1969 г. размеры сенсора изображения непрерывно уменьшались. Одновременно увеличивалось число чувствительных элементов. Это естественно вело к уменьшению размеров единичного чувствительного элемента (пикселя), а соответственно и его чувствительности. Например, с 1987 г. эти размеры сократились в 100 раз. Но благодаря новым технологиям чувствительность одного элемента (а следовательно, и всей матрицы) даже увеличилась.

Что позволило доминировать
С самого начала CCD стали доминирующими сенсорами, поскольку обеспечивали лучшее качество изображения, меньший шум, более высокую чувствительность и большую равномерность параметров пикселей. Основные усилия по совершенствованию технологии были направлены на улучшение характеристик CCD.

Как растет чувствительность
По сравнению с популярной матрицей Sony HAD стандартного разрешения (500х582) конца 1990-х гг. (ICX055) чувствительность моделей более совершенной технологии Super HAD выросла почти в 3 раза (ICX405) и Ex-view HAD – в 4 раза (ICX255). Причем для черно-белого и цветного варианта.

Для матриц высокого разрешения (752х582) успехи несколько менее впечатляющие, но если сопоставлять модели цветного изображения Super HAD с самыми современными технологиями Ex-view HAD II и Super HAD II, то рост чувствительности составит в 2,5 и 2,4 раза соответственно. И это несмотря на уменьшение размеров пикселя почти на 30%, поскольку речь идет о матрицах самого современного формата 960H с увеличенным количеством пикселей до 976х582 для стандарта PAL. Для обработки такого сигнала Sony предлагает ряд сигнальных процессоров Effio.

Добавилась ИК-составляющая
Одним из эффективных методов роста интегральной чувствительности является расширение спектральных характеристик чувствительности в область инфракрасного диапазона. Это особенно характерно для матрицы Ex-view. Добавление ИК-составляющей несколько искажает передачу относительной яркости цветов, но для черно-белого варианта это не критично. Единственная проблема возникает с цветопередачей в камерах "день/ночь" с постоянной ИК-чувствительностью, то есть без механического ИК-фильтра.

Развитие этой технологии в моделях Ex-view HAD II (ICX658AKA) в сравнении с предыдущим вариантом (ICX258AK) обеспечивает рост интегральной чувствительности всего на 0,8 дБ (с 1100 до 1200 мВ) с одновременным увеличением чувствительности на длине волны 950 нм на 4,5 дБ. На рис. 1 приведены характеристики спектральной чувствительности этих матриц, а на рис. 2 – отношение их интегральной чувствительности.

Оптические инновации
Другим методом роста чувствительности CCD являются увеличение эффективности пиксельных микролинз, светочувствительной области и оптимизация цветовых фильтров. На рис. 3 представлено устройство матриц Super HAD и Super HAD II, показывающее увеличение площади линзы и светочувствительной области последней модификации.

Дополнительно в матрицах Super HAD II значительно увеличено пропускание светофильтров и их устойчивость к выцветанию. Кроме того, расширено пропускание в коротковолновой области спектра (голубой), что улучшило цветопередачу и баланс белого.

На рис. 4 представлены спектральные характеристики чувствительности матриц Sony 1/3" Super HAD (ICX229AK) и Super HAD II (ICX649AKA).

CCD: уникальная чувствительность

В совокупности перечисленных мер удалось добиться значительных результатов по улучшению характеристик CCD.

Сравнить характеристики современных моделей с более ранними вариантами не представляется возможным, поскольку тогда не производились цветные матрицы широкого применения даже типового высокого разрешения. В свою очередь, сейчас не производятся черно-белые матрицы стандартного разрешения по новейшим технологиям Ex-view HAD II и Super HAD II.

В любом случае по чувствительности CCD до сих пор являются пока недостижимым ориентиром для CMOS, поэтому они все еще широко используются за исключением мегапиксельных вариантов, которые очень дорого стоят и применяются в основном для специальных задач.

CMOS: достоинства и недостатки

Сенсоры CMOS были изобретены в конце 1970-х гг., но их производство удалось начать только в 1990-е по причине технологических проблем. И сразу наметились их основные достоинства и недостатки, которые и сейчас остаются актуальными.

К достоинствам можно отнести большую интеграцию и экономичность сенсора, более широкий динамический диапазон, простоту производства и меньшую стоимость, особенно мегапиксельных вариантов.

С другой стороны, CMOS-сенсоры обладают меньшей чувствительностью, обусловленной, при прочих равных условиях, большими потерями в фильтрах структуры RGB, меньшей полезной площадью светочувствительного элемента. В результате множества переходных элементов, включая усилители в тракте каждого пикселя, обеспечить равномерность параметров всех чувствительных элементов значительно сложнее в сравнении с CCD. Но совершенствование технологий позволило приблизить чувствительность CMOS к лучшим образцам CCD, особенно в мегапиксельных вариантах.

Ранние сторонники CMOS утверждали, что эти структуры будут гораздо дешевле, потому что могут быть произведены на том же оборудовании и по тем же технологиям, что и микросхемы памяти и логики. Во многом данное предположение подтвердилось, но не полностью, поскольку совершенствование технологии привело к практически идентичному по сложности производственному процессу, как и для CCD.

С расширением круга потребителей за рамки стандартного телевидения разрешение матриц стало непрерывно расти. Это бытовые видеокамеры, электронные фотоаппараты и камеры, встроенные в средства коммуникации. Кстати, для мобильных устройств вопрос экономичности довольно важный, и здесь у CMOS-сенсора нет конкурентов. Например, с середины 1990-х гг. разрешение матриц ежегодно вырастало на 1–2 млн элементов и теперь достигает 10–12 Мпкс. Причем спрос на CMOS-сенсоры стал доминирующим и сегодня превышает 100 млн единиц.

CMOS: улучшение чувствительности

Первые образцы камер наблюдения конца 1990-х – начала 2000-х с CMOS-матрицами имели разрешение 352х288 пкс и чувствительность даже для черно-белого варианта около 1 лк. Цветные варианты уже стандартного разрешения отличались чувствительностью около 7–10 лк.

Что предлагают поставщики
В настоящее время чувствительность CMOS-матриц, безусловно, выросла, но не превышает для типовых вариантов цветного изображения величины порядка нескольких люксов при разумных величинах F числа объектива (1,2– 1,4). Это подтверждают данные технических характеристик брендов IP-видеонаблюдения, в которых применяются CMOS-матрицы с прогрессивной разверткой. Те производители, которые заявляют чувствительность около десятых долей люкса, обычно уточняют, что это данные для меньшей частоты кадров, режима накопления или по крайней мере включенной и достаточно глубокой АРУ (AGC). Причем у некоторых производителей IP-камер максимальная АРУ достигает умопомрачительной величины –120 дБ (1 млн раз). Можно надеяться, что чувствительность для этого случая в представлении производителей предполагает пристойное отношение "сигнал/шум", позволяющее наблюдать не один только "снег" на экране.

Инновации улучшают качество видео
В стремлении улучшить характеристики CMOS-матриц компания Sony предложила ряд новых технологий, обеспечивающих практическое сравнение CMOS-матриц с CCD по чувствительности, отношению "сигнал/шум" в мегапиксельных вариантах.

Новая технология производства матриц Exmor основана на изменении направления падения светового потока на матрицу. В типовой архитектуре свет падает на фронтальную поверхность кремниевой пластины через и мимо проводников схемы матрицы. Свет рассеивается и перекрывается этими элементами. В новой модификации свет поступает на тыльную сторону кремниевой пластины. Это привело к существенному росту чувствительности и снижению шума CMOS-матрицы. На рис. 5 поясняется различие структур типовой матрицы и матрицы Exmor, показанных в разрезе.

На фото 1 приведены изображения тестового объекта, полученные при освещенности 100 лк (F4.0 и 1/30 с) камерой с CCD (фронтальное освещение) и CMOS Exmor, имеющих одинаковый формат и разрешение 10 Мпкс. Очевидно, что изображение камеры с CMOS по крайней мере не хуже изображения с CCD.

Другим способом улучшения чувствительности CMOS-сенсоров является отказ от прямоугольного расположения пикселей с построчным сдвигом красного и синего элементов. При этом в построении одного элемента разрешения используются по два зеленых пикселя – синий и красный из разных строк. Взамен предлагается диагональное расположение элементов с использованием шести соседних зеленых элементов для построения одного элемента разрешения. Такая технология получила название ClearVid CMOS. Для обработки предполагается более мощный сигнальный процессор изображений. Различие структур расположения цветных элементов иллюстрируются рис. 6.

Считывание информации осуществляется быстродействующим параллельным аналого-цифровым преобразователем. При этом частота кадров прогрессивной развертки может достигать 180 и даже 240 кадр/с. При параллельном съеме информации устраняется диагональный сдвиг кадра, привычный для CMOS-камер с последовательным экспонированием и считыванием сигнала, так называемый эффект Rolling Shutter – когда полностью отсутствует характерный смаз быстро движущихся объектов.

На фото 2 приведены изображения вращающегося вентилятора, полученные CMOS-камерой с частотой кадров 45 и 180 кадр/с.

Полноценная конкуренция

В качестве примеров мы приводили технологии Sony. Естественно, CMOS-матрицы, как и CCD, производят и другие компании, хотя не в таких масштабах и не столь известные. В любом случае все так или иначе идут примерно одним путем и используют похожие технические решения.

В частности, известная технология матриц Panasonic Live-MOS также существенно улучшает характеристики CMOS-матриц и, естественно, похожими методами. В матрицах Panasonic уменьшено расстояние от фотодиода до микролинзы. Упрощена передача сигналов с поверхности фотодиода. Уменьшено количество управляющих сигналов с 3 (стандартные CMOS) до 2 (как в CCD), что увеличило фоточувствительную область пикселя. Применен малошумящий усилитель фотодиода. Используется более тонкая структура слоя датчиков. Сниженное напряжение питания уменьшает шум и нагрев матрицы.

Можно констатировать, что мегапиксельные матрицы CMOS уже могут успешно конкурировать с CCD не только по цене, но и по таким проблемным для этой технологии характеристикам, как чувствительность и уровень шума. Однако в традиционном CCTV телевизионных форматов CCD-матрицы остаются пока вне конкуренции.

Фотокамера, которую не нужно настраивать, чтобы получился отличный снимок, уже не вызывает удивления. Мы идём к автоматизации, и автоматы зачастую справляются с поставленной задачей гораздо лучше, чем люди. Действительно, профаны в области всяких там выдержек, диафрагм и фокусных расстояний не смогут настроить параметры камеры так же хорошо, как это делает автоматика. Sony DSC-W120 – это не просто камера-автомат. О том, чтобы фотографии получились великолепными, думает процессор BIONZ. Он разбирается в тонкостях фотосъёмки не хуже живого профессионального фотографа! Камера оснащена высокочувствительной матрицей Super HAD CCD , умеет фокусироваться на лицах и даже распознавать улыбку. Отснятые фотографии можно смотреть под музыку… И всё это великолепие находится в стильном цветном алюминиевого корпусе, который лёгок и прочен, не боится падений и царапин.

Матрица Super HAD CCD не боится темноты

Разрешение матрицы Sony DSC-W120 составляет 7,2 Мп. Бывает и больше… Да, бывает. Но у камер с более высоким разрешением матрицы иногда не бывает того, что есть у Sony DSC-W120. Итак, в рассматриваемой камере установлена не просто CCD-матрица, а Super HAD CCD. Её максимальная светочувствительность достигает ISO 3200. В ней использованы микролинзы большего размера, чем в обычных CCD-матрицах, в результате чего сенсор улавливает больше света, и поэтому даже в условиях недостаточной освещённости получаются неплохие фото. Сама по себе CCD-матрица практически не генерирует «шумы» (посторонние цветные вкрапления), поэтому тёмные снимки не будут испорчены ими. Единственное, что при съёмке в темноте она может немного «тормозить». Это технологическая особенность всех CCD-матриц. Раз уж мы заговорили о шумах, добавим, что в Sony DSC-W120 уменьшение шумов осуществляется до обработки изображения процессором (шумоподавитель Clear RAW NR, производитель обозначает эту функцию как «шумоподавление в канале RAW). Поэтому на процессор поступает уже улучшенное изображение, а он уже окончательно «доводит» его, при этом ему не нужно тратить свои ресурсы на распознавание, где шум, а где снятые объекты. В результате на выходе получается снимок не с «заглаженными», а с отсутствующими «шумами»!

Процессор BIONZ знает своё дело

Итак, наслаждайтесь отпуском или командировкой, радуйтесь приятным событиям вашей жизни и сохраняйте их на фото, просто щёлкая кнопкой затвора. Не думайте о премудростях фотографии, чтобы они не мешали вам приятно проводить время, а о настройках позаботится процессор BIONZ. Понятно, что он выставляет экспозицию, диафрагму, выдержку, это делает процессор любой цифровой фотокамеры. Давайте посмотрим, на что ещё способен BIONZ. Если вы снимаете не со штатива, неизбежно дрожание вашей руки руки, и снимок может получиться «смазанным». «Мазня» также может произойти, если снимаемый объект случайно пришёл в движение. С этим явлением борется система Super SteadyShot. Она представляет собой сочетание технологий оптической и цифровой стабилизации изображения . Специальные гиродатчики определяют, что камера трясётся, и процессор включает миниатюрные электромоторы, которые колеблют линзу в такт тряске, поэтому картинка получается чёткой (оптическая стабилизация). Если снимаемый объект придёт в движение, система повысит светочувствительность матрицы, и объект не будет «смазанным» (цифровая стабилизация). Как и всякая уважающая себя современная цифровая фотокамера, Sony DSC-W120 обладает функцией распознавания лиц (Face Detection). Распознаётся до 8 лиц. Здесь процессор BIONZ снова демонстрирует нам свои способности. Он не только может фокусировать камеру на лицах в кадре, как и многие другие процессоры. Он корректирует баланс белого не по источнику света, а по лицу снимаемого человека, поэтому снимок получается естественного цвета, без посторонних оттенков. Кроме того, при слабом освещении происходит коррекция цвета лица. Вы можете установить, на чьих лицах будет производиться фокусировка – на лицах взрослых или детей. Похожая функция – Smile Shutter (буквальный перевод « затвор, срабатывающий от улыбки»). Её суть состоит в том, что затвор камеры срабатывает в тот момент, когда человек в кадре улыбается, с настройкой чувствительности к ширине улыбки. Здесь тоже можно настроить камеру так, чтобы затвор срабатывал в момент улыбки либо взрослого, либо ребёнка. В этом режиме, если вы просто нажмёте кнопку спуска затвора, снимка не будет. Нужно, чтобы при нажатой кнопке снимаемый человек улыбнулся, и только тогда произойдёт спуск затвора. Среди предлагаемых режимов съёмки есть необычный режим «Моментальный снимок». При съёмке в нём объект на переднем плане (человек, букет цветов) получается чётким, а фон – слегка размытым. Если вы используете в качестве видоискателя дисплей, можете вывести на него сетку для поиска так называемого «золотого сечения». Она представляет из себя две параллельные прямые, которые перпендикулярны двум другим параллельным прямым. В местах пересечения этих прямых нужно расположить наиболее важные элементы снимаемого объекта. Можно записывать и видео. Продолжительность видеоролика ограничена объёмом свободного места в памяти носителя, на который оно сохраняется.

Пользоваться камерой очень просто!

Возможно, вы скажете, что, раз так много функций, этой камерой сложно управлять… На самом деле управление очень простое! Меню русифицировано, кнопки обозначены всем известными значками или надписями («Home», «Menu»).

Благодаря алюминиевому корпусу камера не покроется царапинами, не сломается при падении. И всё же, чтобы уменьшить вероятность её падения, рекомендуем пользоваться ремешком, который входит в комплект. Наденьте его на запястье и тогда, если вы случайно выпустите камеру из рук, она не упадёт.

Работать с отснятыми фото очень удобно

Отличные «фотки» – это прекрасно, но ведь их нужно куда-то сохранять. Объём собственной памяти фотокамеры 15 Мб. Один снимок с максимальным разрешением 7,2 Мп занимает около 3 Мб. Значит, в собственную память можно сохранить не более 5 снимков. Маловато… Но и не стоит рассматривать её как основной носитель. Снимки нужно сохранять на карту памяти, а собственная память может выручить в ситуации, когда карта памяти уже заполнена, а нужно сделать ещё несколько снимков. Вы можете использовать карты MemoryStick PRO Duo объёмом до 16 Гб. Если купить карту такого объёма (16 Гб), можно сохранить на неё около 8 тысяч снимков разрешения 7,2 Мп. В комплекте поставки карты памяти нет, поэтому вы можете купить карту того объёма, который вам нужен. В наших магазинах вы можете обнаружить большой ассортимент карт памяти. При установленной карте памяти изображения записываются на неё, а если она не установлена, то в собственную память. Просмотреть снятые фото можно на дисплее. Дисплей с диагональю 2,5 дюйма (6,4 см) продемонстрирует сделанные фотоснимки и видеозаписи во всей их красе!

На дисплее можно просматривать фотографии в режиме слайд-шоу, причём под музыку! Вы можете выбрать один из восьми предлагаемых камерой вариантов музыки или загрузить свою. Громкость регулируется. Загрузить свою музыку можно с помощью программы Music Transfer, которая есть на CD, входящем в комплект поставки. Продолжительность звучания каждого музыкального файла должно быть не более 5 минут. Снимки надо перенести в компьютер. Вы, конечно, можете вынуть карту памяти и воспользоваться кардридером. Но можно подключить камеру к компьютеру, тогда карта памяти или собственная память камеры определятся штатными средствами Windows как внешние носителе, так что никакие дополнительные программы устанавливать не нужно, вы можете сразу переносить снимки на компьютер. В комплекте комбинированный кабель для подключения камеры и к USB -порту компьютера, и к RCA -входу телевизора. Вы можете напечатать сделанные снимки, соединив фотокамеру по USB-кабелю непосредственно с принтером, поддерживающим функцию Pict Bridge . Такие принтеры и расходные материалы к ним продаются в наших магазинах. Фотоснимки из памяти камеры можно смотреть на телевизоре высокой чёткости. Есть специальный режим съёмки для демонстрации фотографий на таком телевизоре. Для соединения камеры и телевизора нужно приобрести специальный компонентный кабель.

Вердикт ИОН

Фотокамера Sony DSC-W120 оказалась оптимально сбалансированным по функционалу и стоимости устройством. За относительно невысокую цену вы получаете возможности, которых нет и в более дорогих камерах. Конечно, без музыки во время слайд-шоу и функции определения улыбки вполне можно обойтись. И вообще без фотокамеры тоже можно обойтись. Компания Sony предлагает вам не обходиться без чего-нибудь, а, наоборот, наслаждаться и высоким качеством снимков, и приятными дополнениями.

Понравилось?
Расскажите друзьям!

Матрица - это основа любого фото- или видеоустройства. Она определяет качество и размер получаемого изображения. На сегодняшний день в изготовлении матриц используются два разных технологичных принципа - CCD и CMOS. Очень часто можно услышать вопрос: «Какую матрицу выбрать: CCD или CMOS?» Среди любителей фото- и видеотехники по этому поводу идут жаркие споры. В этой статье мы проведем обзор этих двух типов и попробуем разобраться, какая матрица лучше - CCD или CMOS.

Общая информация

Матрицы предназначены для оцифровки параметров световых лучей на их поверхности. Говорить о явном преимуществе одной из технологий не представляется возможным. Можно проводить сравнение по конкретным параметрам и выявлять лидера в том или ином аспекте. Что касается предпочтений пользователей, то зачастую для них главным критерием является стоимость изделия, даже если оно будет уступать по качеству или техническим характеристикам своему конкуренту.

Итак, давайте разберемся, что представляют собой оба типа устройств. CCD-матрица - это микросхема, которая состоит из светочувствительных фотодиодов; она создана на кремниевой основе. Особенность ее работы заключается в принципе действия устройства с зарядовой связью. CMOS-матрица - это прибор, созданный на основе полупроводниковых имеющих изолированный затвор с каналами различной проводимости.

Принцип работы

Перейдем к выявлению отличий, которые помогут определиться в выборе: что же лучше - матрица CMOS или CCD? Главным различием этих двух технологий является принцип их работы. CCD-устройства заряд от пикселей преобразуют в электрический потенциал, который усиливается за пределами светочувствительных сенсоров. В результате получается изображение в аналоговом виде. После этого проводится оцифровка всей картинки в АЦП. То есть прибор состоит из двух частей - непосредственно матрицы и преобразователя. CMOS-технология характеризуются тем, что производит оцифровывание каждого пикселя в отдельности. На выходе получается уже готовая цифровая картинка. То есть электрический заряд в пикселе матрицы накапливается в конденсаторе, с которого снимается электрический потенциал. Он передается на аналоговый усилитель (встроенный непосредственно в пикселе), после чего оцифровывается в преобразователе.

Что же выбрать: CCD или CMOS?

Одним из немаловажных параметров, которые определяют выбор между этими технологиями, является количество усилителей матрицы. CMOS-устройства имеют большее количество этих приборов (в каждой точке), поэтому при прохождении сигнала несколько снижается качество картинки. Поэтому CCD-матрицы используют для создания изображений с высокой степенью детализации, например, в медицинских, исследовательских, промышленных целях. А вот CMOS-технологии применяют в основном в бытовой технике: веб-камерах, смартфонах, планшетах, ноутбуках и т. п.

Следующим параметром, который определяет, какой тип лучше - CCD или CMOS, - является плотность фотодиодов. Чем она выше, тем меньше фотонов «пропадет вхолостую», соответственно, изображение будет лучше. В этом параметре CCD-матрицы обходят своих конкурентов, так как предлагают макет, не имеющий таких зазоров, в то время как у CMOS они присутствуют (в них расположены транзисторы).

Тем не менее, когда перед пользователем встает выбор: какой - CMOS или CCD - приобрести, всплывает главный параметр - цена устройства. CCD-технология значительно дороже своего конкурента и энергозатратнее. Поэтому устанавливать их там, где достаточно изображения среднего качества, нецелесообразно.