Matrizen für CCTV-Kameras. Wonach schauen? Lichtempfindliche Matrizen verstehen: CMOS und CCD Vergleich von CCD und CMOS

Die Matrix ist das Hauptstrukturelement der Kamera und einer der wichtigsten Parameter, die der Benutzer bei der Auswahl einer Kamera berücksichtigt. Die Matrizen moderner Digitalkameras lassen sich nach mehreren Merkmalen klassifizieren, das wichtigste und gebräuchlichste ist jedoch immer noch die Unterteilung der Matrizen nach Ladungslesemethode, zum Thema: Matrizen CCD Typ und CMOS Matrizen. In diesem Artikel werden wir uns mit den Funktionsprinzipien sowie den Vor- und Nachteilen dieser beiden Matrizentypen befassen, da sie in modernen Foto- und Videogeräten weit verbreitet sind.

CCD-Matrix

Matrix CCD auch genannt CCD-Matrix(Ladungsgekoppelte Geräte). CCD Die Matrix ist eine rechteckige Platte aus lichtempfindlichen Elementen (Fotodioden), die sich auf einem Halbleiter-Siliziumkristall befindet. Das Funktionsprinzip basiert auf der zeilenweisen Bewegung von Ladungen, die sich in den durch Photonen in Siliziumatomen gebildeten Löchern angesammelt haben. Das heißt, bei der Kollision mit einer Fotodiode wird ein Lichtphoton absorbiert und ein Elektron freigesetzt (es entsteht ein interner photoelektrischer Effekt). Dadurch entsteht eine Ladung, die zur weiteren Verarbeitung irgendwie gespeichert werden muss. Dazu wird in das Siliziumsubstrat der Matrix ein Halbleiter eingebaut, über dem sich eine transparente Elektrode aus polykristallinem Silizium befindet. Und durch das Anlegen eines elektrischen Potentials an diese Elektrode entsteht in der Verarmungszone unter dem Halbleiter ein sogenannter Potentialtopf, in dem die von Photonen aufgenommene Ladung gespeichert wird. Beim Lesen aus der Matrix elektrische Ladung Ladungen (in Potentialtöpfen gespeichert) werden entlang der Übertragungselektroden zum Rand der Matrix (serielles Schieberegister) und in Richtung des Verstärkers übertragen, der das Signal verstärkt und es von dort an einen Analog-Digital-Wandler (ADC) überträgt Das umgewandelte Signal wird an den Prozessor gesendet, der das Signal verarbeitet und das resultierende Bild auf einer Speicherkarte speichert .

Zur Herstellung von CCD-Matrizen werden Polysilizium-Fotodioden verwendet. Solche Matrizen sind klein und ermöglichen es Ihnen, bei Aufnahmen bei normaler Beleuchtung ziemlich hochwertige Fotos zu erhalten.

Vorteile von CCDs:

1. Das Design der Matrix sorgt für eine hohe Platzierungsdichte von Fotozellen (Pixeln) auf dem Substrat;
2. Hohe Effizienz (das Verhältnis der registrierten Photonen zu ihrer Gesamtzahl beträgt etwa 95 %);
3. Hohe Empfindlichkeit;
4. Gute Farbwiedergabe (bei ausreichender Beleuchtung).

Nachteile von CCDs:

1. Hoher Rauschpegel bei hohem ISO-Wert (bei niedrigem ISO-Wert ist der Rauschpegel moderat);
2. Geringe Betriebsgeschwindigkeit im Vergleich zu CMOS-Matrizen;
3. Hoher Stromverbrauch;
4. Komplexere Signalauslesetechnik, da viele Steuerchips erforderlich sind;
5. Die Herstellung ist teurer als bei CMOS-Matrizen.

CMOS-Matrix

Matrix CMOS, oder CMOS-Matrix(Complementary Metal Oxide Semiconductors) verwendet aktive Punktsensoren. Im Gegensatz zu CCDs enthalten CMOS-Sensoren in jedem lichtempfindlichen Element (Pixel) einen separaten Transistor, wodurch die Ladungsumwandlung direkt im Pixel erfolgt. Die resultierende Ladung kann von jedem Pixel einzeln abgelesen werden, wodurch die Notwendigkeit einer Ladungsübertragung (wie bei CCDs) entfällt. Die Pixel des CMOS-Sensors sind direkt in den Analog-Digital-Wandler oder sogar den Prozessor integriert. Durch den Einsatz einer solchen rationellen Technologie kommt es zu Energieeinsparungen durch eine Reduzierung der Aktionsketten im Vergleich zu CCD-Matrizen sowie zu einer Reduzierung der Gerätekosten aufgrund eines einfacheren Designs.

Kurzes Funktionsprinzip eines CMOS-Sensors: 1) Vor der Aufnahme wird ein Reset-Signal an den Reset-Transistor angelegt. 2) Bei der Belichtung dringt Licht durch die Linse und den Filter zur Fotodiode und durch die Fotosynthese sammelt sich im Potentialtopf eine Ladung an. 3) Der Wert der empfangenen Spannung wird gelesen. 4) Datenverarbeitung und Bildspeicherung.

Vorteile von CMOS-Sensoren:

1. Geringer Stromverbrauch (insbesondere im Standby-Modus);
2. Hochleistung;
3. Erfordert aufgrund der Ähnlichkeit der Technologie mit der Herstellung von Mikroschaltungen weniger Produktionskosten;
4. Einheit der Technologie mit anderen digitale Elemente, mit dem Sie analoge, digitale und Verarbeitungsteile auf einem Chip kombinieren können (d. h. zusätzlich zur Lichterfassung in einem Pixel können Sie das Signal umwandeln, verarbeiten und von Rauschen befreien).
5. Möglichkeit des Direktzugriffs auf jedes Pixel oder jede Pixelgruppe, wodurch Sie die Größe des aufgenommenen Bildes reduzieren und die Auslesegeschwindigkeit erhöhen können.

Nachteile von CMOS-Matrizen:

1. Die Fotodiode nimmt eine kleine Pixelfläche ein, was zu einer geringen Lichtempfindlichkeit der Matrix führt, aber bei modernen CMOS-Matrizen ist dieser Nachteil praktisch beseitigt;
2. Das Vorhandensein von thermischem Rauschen von Heiztransistoren im Pixel während des Lesevorgangs.
3. Fotogeräte mit dieser Art von Matrix sind relativ groß und zeichnen sich durch großes Gewicht und Größe aus.

Zusätzlich zu den oben genannten Typen gibt es auch dreischichtige Matrizen, bei denen jede Schicht ein CCD ist. Der Unterschied besteht darin, dass die Zellen gleichzeitig drei Farben wahrnehmen können, die durch dichroitische Prismen entstehen, wenn ein Lichtstrahl auf sie trifft. Jeder Strahl wird dann auf eine separate Matrix gerichtet. Dadurch wird die Helligkeit der Farben Blau, Rot und Grün sofort an der Fotozelle ermittelt. In High-End-Videokameras werden dreischichtige Matrizen verwendet, die eine besondere Bezeichnung haben - 3CCD.

Zusammenfassend möchte ich anmerken, dass sich mit der Entwicklung der Technologien zur Herstellung von CCD- und CMOS-Matrizen auch deren Eigenschaften ändern, sodass es immer schwieriger wird zu sagen, welche der Matrizen definitiv besser ist, aber gleichzeitig In letzter Zeit CMOS-Matrizen erfreuen sich bei der Herstellung von Spiegelreflexkameras immer größerer Beliebtheit. Anhand der charakteristischen Merkmale verschiedener Matrizentypen kann man sich ein klares Bild davon machen, warum professionelle Fotoausrüstung, die qualitativ hochwertige Aufnahmen ermöglicht, recht sperrig und schwer ist. Diese Informationen sollten bei der Auswahl einer Kamera unbedingt beachtet werden, d. h. die physikalischen Abmessungen der Matrix und nicht die Anzahl der Pixel berücksichtigen.

Es gibt zwei Arten von Matrizen – CCD (CCD) und CMOS (CMOS).

Was bedeutet das und was ist der Unterschied?

CCD- und CMOS-Sensoren wurden in den 1960er und 1970er Jahren erfunden und ersetzten Kathodenstrahl-Videowandler. CCD-Sensoren erlangten zunächst eine marktbeherrschende Bedeutung, sie waren auf den Einsatz in ausgerichtet wissenschaftliche Forschung(sowie in der Industrie und Medizin) und ermöglichte eine dem damaligen Stand der Technik entsprechende hervorragende Bildqualität. Die Halbleiterfertigung konnte zu diesem Zeitpunkt einfach nicht alle Möglichkeiten der CMOS-Sensoren „freisetzen“. In den 90er Jahren erwachte das Interesse an der CMOS-Produktion erneut, als die Notwendigkeit einer Massenproduktion von Matrizen mit geringerem Stromverbrauch und geringeren Kosten erkannt wurde.

Bei einem CCD-Sensor ändert das Licht, das auf ein Pixel trifft, seinen „elektrischen“ Zustand. „Informationen“ hierzu werden nur über einen Ausgabekanal (seltener über zwei) übertragen. Anschließend wird es in einen Spannungspegel umgewandelt, einer Pufferung unterzogen und am Ausgang als analoges elektrisches Signal bereitgestellt. Dieses Signal wird dann verstärkt und mithilfe eines außerhalb des Sensors befindlichen Analog-Digital-Wandlers (ADC) in einen digitalen Wert umgewandelt.

Da CMOS-Sensoren aufgrund ihrer Fertigungstechnologie bereits Verstärker und ADCs enthalten, können mit dem Bildaufnahmeverfahren deutlich höhere Lesegeschwindigkeiten erreicht werden.

All dies wirkt sich auf die allgemeine Methode zur Bildgewinnung aus – die CCD-Technologie ermöglicht das Lesen nur von einem oder maximal zwei Kanälen (und das ist der „Flaschenhals“ dieser Technologie). Während bei einem CMOS-Sensor digitale Verstärker in jedem einzelnen Pixel verwendet werden (derzeit kann bei CMOS-Sensoren eine 8- und 16-Kanal-Auslesung verwendet werden). Es scheint, dass das Lesen jedes Pixels einzeln mehr Zeit in Anspruch nehmen sollte, aber da die Leseprozesse bei CMOS-Sensoren parallel ablaufen, können sie dadurch mehr erreichen Bandbreite im Vergleich zu CCD-Sensoren.

Bildquelle: dslrclub. ru

Dies lässt sich damit vergleichen, dass eine CCD-Straße eine schöne, aber zweispurige Autobahn ist, während CMOS-Sensoren mit einer acht- oder sogar 16-spurigen Autobahn verglichen werden können.

Jede Technologie hat ihre eigenen Eigenschaften

CCD-Sensoren haben eine bessere Lichtempfindlichkeit und sind weniger anfällig für „digitales Rauschen“ (ein Bildfehler, bei dem Pixel zufälliger Farbe und Helligkeit sichtbar sind), da die Pixelgröße normalerweise größer ist, da bei Kameras mit CMOS-Sensoren komplexe elektronische Schaltkreise die Pixelgröße reduzieren . Dadurch gelangt ein Teil des Lichts nicht zu den lichtempfindlichen Fotodioden. Aus diesem Grund werden Kameras mit CCD-Sensoren für Aufnahmen bei schlechten Lichtverhältnissen empfohlen.

Hier ist jedoch zu beachten, dass Sony bereits 2009 die sogenannte Technologie vorgestellt hat. „Hintergrundbeleuchtung“. Dadurch sind CMOS-Sensoren bei der Aufnahme von Motiven mit wenig Licht und/oder geringem Kontrast wesentlich effektiver geworden. Und dieser Nachteil von CMOS-Sensoren ist derzeit praktisch beseitigt.

CCD-Sensoren erfordern eine komplexere elektronische Unterstützungsschaltung, was zu höheren Kosten für das Endprodukt führt, das sie verwendet.

Einigen Berechnungen zufolge übersteigt der Energieverbrauch von CCD-Sensoren den von CMOS-Sensoren um das bis zu Hundertfache! (Dank des geringen Stromverbrauchs und der kompakteren Größe von CMOS-Sensoren sind sie im Verbrauchermarkt zum Mainstream geworden. Beispielsweise sind alle Kameras in modernen Mobiltelefone und Tablets verwenden CMOS-Sensoren). Und ein höherer Stromverbrauch kann zu Problemen bei der Wärmeableitung führen, was sich nicht nur negativ auf das Image auswirkt, sondern auch die Kosten des Endprodukts (aufgrund der Verwendung spezieller Kühlung) weiter erhöhen kann.

Bei CMOS-Sensoren ist dank der Technologie des individuellen „Lesens“ jedes Pixels der sogenannte Betrieb möglich. „Fenster“, mit dem Sie einen bestimmten Teil des Sensors (Bild) zum Lesen auswählen können, anstatt den gesamten Sensorbereich auf einmal. Dadurch können Sie im ausgewählten Bereich eine hohe Aufnahmegeschwindigkeit erreichen (im Vergleich zu CCD).

IN verschiedene Typen Sensoren verwenden unterschiedliche Belichtungsprinzipien: CCD verwendet Global Shutter und CMOS Rolling Shutter-Technologien (wir werden dieses Thema in einem separaten Artikel genauer betrachten).

Daher unter Berücksichtigung aller oben genannten Punkte, wenn Sie:

Hohe Aufnahmegeschwindigkeit erforderlich – Sie benötigen Kameras mit CMOS-Sensoren.

Hohe Lichtempfindlichkeit ist erforderlich – Sie benötigen Kameras mit CCD-Sensoren (oder CMOS mit „Back-illuminated“-Technologie).

Sie benötigen ein geringes „digitales Rauschen“ – Sie benötigen Kameras mit CCD-Sensoren.

Sie benötigen eine etwas günstigere Lösung – Sie benötigen Kameras mit CMOS-Sensoren.

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass sich die Wahl der Kamera in jedem Fall nach dem Anwendungsbereich und nicht nur nach technischen Merkmalen richten sollte.

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Die Bildqualität einer Videokamera hängt maßgeblich vom darin verwendeten lichtempfindlichen Sensor (Matrix) ab. Immerhin, zumindest ausgedrückt bester Prozessor für die Videodigitalisierung - wenn auf der Matrix ein schlechtes Bild entsteht, wird es nicht mehr gut. Ich versuche volkstümlich zu erklären, worauf man bei den Eigenschaften eines CCTV-Kamerasensors achten sollte, damit es später beim Betrachten des Bildes nicht zu quälenden Schmerzen kommt...

Matrixtyp

Im Internet finden Sie wahrscheinlich Informationen darüber, dass CCTV-Kameras lichtempfindliche CCD- (Charge-Coupled Device) und CMOS- (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) Matrizen verwenden. Vergiss es! Lange Zeit gab es nur CMOS, nur Hardcore.

CCD-Matrizen werden trotz aller Vorteile (bessere Lichtempfindlichkeit und Farbwiedergabe, geringerer Geräuschpegel) in der Videoüberwachung praktisch nicht mehr eingesetzt. Denn das eigentliche Funktionsprinzip von CCD-Matrizen – das sequentielle Auslesen der Ladung über Zellen hinweg – ist zu langsam, um den Anforderungen schneller moderner hochauflösender Videokameras gerecht zu werden. Und was am wichtigsten ist: Die Herstellung von CCD ist teurer und im heutigen hart umkämpften Umfeld zählt jeder Cent Gewinn. Aus diesem Grund haben sich alle wichtigen Hersteller auf die Herstellung von CMOS-Matrizen konzentriert.

Es gibt übrigens nicht mehr viele Hersteller. Die größten Unternehmen (Stand Anfang 2017) sind: ON Semiconductor Corporation (die einst das bekannte Spezialunternehmen Aptina übernahm), Omnivision Technologies Inc., Samsung Electronics und Sony Corporation. Darüber hinaus werden Matrizen für den Eigenbedarf beispielsweise von Canon und Hikvision hergestellt.

Jung, voller Enthusiasmus und Geld versuchen chinesische Chiphersteller der „zweiten Reihe“ wie SOI (Silicon Optronics, Inc.) und andere, Konkurrenz für alte Marken zu schaffen. Es ist schwer zu sagen, ob die jungen Triebe wann überleben werden Der Markt für CMOS-Sensoren ist gesättigt und überfüllt. Aber auf jeden Fall ist das Auftauchen neuer Akteure und eine Verschärfung des Kampfes in diesem Segment nicht auszuschließen, da der Aufbau der Produktion von CMOS-Sensoren nach modernen Maßstäben keine allzu schwierige Aufgabe ist.

Große globale Marken wie Hikvision oder Dahua bevorzugen in der Regel die Zusammenarbeit mit erstklassigen Matrixherstellern oder ihren eigenen. Lokale verhalten sich anders. Zum Beispiel Tecsar sogar in preiswerte Kameras verwendet namhafte Chips von ON Semiconductor, Omnivision und Sony. Im Sortiment sind auch andere „populäre“ Marken wie Berger, SOI-Sensoren usw. weit verbreitet.

CMOS-Führungsqualitäten

Bei der CMOS-Technologie werden elektronische Komponenten (Kondensatoren, Transistoren) direkt in jedem Pixel der lichtempfindlichen Matrix platziert.

Pixelstruktur und CMOS-Matrix

Dadurch wird die nutzbare Fläche des lichtempfindlichen Elements verringert und die Empfindlichkeit verringert. Außerdem erhöhen die aktiven Elemente das Eigenrauschen der Matrix. Doch die Technologie ermöglicht es, die Ladung des lichtempfindlichen Elements direkt in der Matrix in ein elektrisches Signal umzuwandeln und deutlich schneller zu formen Digitalsignal Bilder, was für Videokameras von entscheidender Bedeutung ist. Aus diesem Grund eignet sich CMOS besser für CCTV-Kameras, die schnelle Bildwechsel erfordern.

Darüber hinaus ermöglicht die Möglichkeit, CMOS-Matrixzellen nach dem Zufallsprinzip zu lesen, die Qualität und Bitrate des resultierenden Videos buchstäblich „on the fly“ zu ändern, was bei CCD unmöglich ist. Und der Stromverbrauch von CMOS-Lösungen ist geringer, was auch für kompakte Überwachungskameras wichtig ist.

Lass es Farbe geben

Um ein Farbbild zu erhalten, zerlegt die Matrix den Lichtstrom in seine Komponentenfarben Rot, Grün und Blau. Hierzu werden entsprechende Filter eingesetzt. Verschiedene Hersteller variieren die Platzierung und Anzahl der lichtempfindlichen Elemente unterschiedlicher Farbe, das Wesentliche ändert sich jedoch nicht.

Das Prinzip der Bilderzeugung auf einer lichtempfindlichen Matrix:

P – lichtempfindliches Element
T – elektronische Komponenten

Wie der CMOS-Kamerasensor funktioniert und funktioniert, können Sie auch in diesem Video von Canon sehen:

CMOS-Matrizen aller Hersteller basieren auf dem oben Gesagten allgemeine Grundsätze, die sich nur in den Details der Implementierung auf Silizium unterscheiden. Um beispielsweise niedrige Kosten und Supergewinne zu erzielen, versuchen Chiphersteller, Matrizen so klein wie möglich herzustellen. Eine Vergeltung dafür ist unvermeidlich...

Warum groß gut ist

Die Standardgröße (oder mit anderen Worten das Format) der Matrix wird normalerweise diagonal in Zoll gemessen und als Bruch angegeben, zum Beispiel 1/4", 1/3", 2/3", 1/2 Zoll, usw.

Von ON Semicondactor hergestellte lichtempfindliche Matrix für CCTV-Kameras

Auf der Videokameraplatine installierte lichtempfindliche Matrix

Leider werden großformatige Matrizen in Massenüberwachungskameras aufgrund der hohen Kosten sowohl der Matrizen selbst als auch der Objektive dafür, die größere Objektive und dementsprechend größere Abmessungen und Kosten haben müssen, praktisch nicht mehr verwendet. Heutzutage sind Kameras meist mit Matrizen in den Größen 1/2" bis 1/4" ausgestattet (das sind die kleinsten). Bei der Auswahl einer Kamera müssen Sie sich darüber im Klaren sein, dass Sie keine Videoüberwachung erstellen können, wenn Sie ein ultragünstiges Modell mit einer 1/4-Zoll-Matrix von SOI und einem winzigen Objektiv mit Kunststofflinsen von zweifelhafter Transparenz kaufen System von akzeptabler Qualität, auf dem man kleine Details der erfassten Ereignisse deutlich erkennen konnte, insbesondere bei Aufnahmen bei schlechten Lichtverhältnissen.

Wenn Sie sich für eine Kamera mit einer Sony 1/2,8-Zoll-Matrix entscheiden, erhalten Sie von vornherein ein viel besseres Ergebnis in Bezug auf die Videoqualität; eine Kamera mit einer solchen Matrix kann bereits in einem professionellen Videoüberwachungssystem verwendet werden. Und die Empfindlichkeit davon Eine Kamera ist natürlich höher, sodass Sie bei schlechten Lichtverhältnissen besser fotografieren können: bei schlechtem Wetter, in der Dämmerung, in einem halbdunklen Raum usw. Da die Auflösung bei gleicher Matrixgröße zunimmt, nimmt die Lichtempfindlichkeit ab. und dies muss auch bei der Auswahl berücksichtigt werden. Für eine Kamera, die in einem dunklen Gateway in der Nähe der Hintertür installiert ist, ist es sinnvoll, eine Matrix mit geringerer Auflösung und höherer Empfindlichkeit zu wählen als eine ultrahochauflösende Kamera mit niedriger Empfindlichkeit der Matrix, auf der aufgrund des Rauschens nichts klar unterschieden werden kann.

Lichtempfindlichkeit

Die Lichtempfindlichkeit der Matrix bestimmt ihre Fähigkeit, bei schlechten Umgebungslichtbedingungen zu funktionieren. Aus physikalischer Sicht sieht das völlig banal aus: Je weniger Lichtenergie ausreicht, damit die Matrix ein Bild erzeugt, desto höher ist ihre Lichtempfindlichkeit. Aber! Seien wir ehrlich, es lohnt sich nicht mehr wirklich, Hochsensibilität anzustreben. Tatsache ist, dass moderne Videoüberwachungskameras sicher in den „Tag/Nacht“-Modus wechseln und die Matrix bei abnehmender Beleuchtung in den Schwarzweißbildmodus mit höherer Empfindlichkeit umschalten. Darüber hinaus können die Kameras durch die automatische Einbindung der Infrarotbeleuchtung auch bei völliger Dunkelheit hervorragende Bilder aufnehmen. Zum Beispiel in einem geschlossenen Raum ohne Fenster und bei ausgeschaltetem Licht, wenn von einer Außenbeleuchtung keine Rede sein kann. Die Lichtempfindlichkeit bleibt für Kameras ohne IR-Beleuchtung von entscheidender Bedeutung, aber der Einsatz solcher Kameras in der modernen Videoüberwachung ist fast schon unhöflich. Obwohl Gehäusemodelle ohne Hintergrundbeleuchtung natürlich weiterhin verkauft werden.

Generell gilt: Je höher die Beleuchtung, desto besser ist die Matrix und dementsprechend schießt die Kamera. Daher wird davon abgeraten, Kameras in schwach beleuchteten Ecken zu platzieren, auch wenn diese über eine gute Empfindlichkeit verfügen. Beachten Sie, dass die Spezifikationen des Kamerasensors normalerweise die Mindestbeleuchtungsstärke angeben, bei der ein Bild aufgenommen werden kann. Aber niemand verspricht, dass dieses Bild von zumindest akzeptabler Qualität sein wird! Es wird zu 100 % ekelhaft sein, es wird schwierig sein, etwas darauf zu erkennen. Um zumindest ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erzielen, wird empfohlen, mindestens mit einer Beleuchtung zu fotografieren, die mindestens 10–20 Mal höher ist als die für die Matrix zulässige Mindestbeleuchtung.

Die Hersteller haben sich eine Zahl ausgedacht technische Lösungen um die Empfindlichkeit von CMOS-Matrizen zu verbessern und den Lichtverlust während der Bildaufnahme zu reduzieren. Dabei kommt vor allem ein Prinzip zum Einsatz: das lichtempfindliche Element so nah wie möglich an die Mikrolinse der lichtsammelnden Matrix zu bringen. Zunächst bot Sony seine Exmor-Technologie an, die den Weg des Lichts durch die Matrix verkürzte:

Dann gingen fortschrittliche Hersteller einstimmig auf die Verwendung von Matrizen mit Hintergrundbeleuchtung über, wodurch nicht nur der Lichtweg durch die Matrix verkürzt, sondern auch die nutzbare Fläche der lichtempfindlichen Schicht vergrößert und über anderen elektronischen Elementen platziert werden konnte die Zelle:

Die Hiverleiht der Kamera maximale Empfindlichkeit. Daher die Schlussfolgerung: „Wenn alle anderen Dinge gleich sind“, ist es besser, eine Kamera mit einer Matrix mit Hintergrundbeleuchtung zu kaufen als ohne.

Um Bilder bei schlechten Lichtverhältnissen für niedrigempfindliche, günstige Sensoren zu verbessern, können Kamerahersteller verschiedene Tricks anwenden. Zum Beispiel der „Slow Shutter“-Modus oder einfacher gesagt der Modus mit langer Verschlusszeit. Das „Verschmieren“ der Konturen bewegter Objekte bereits bei der Fixierung des Bildes durch die Matrix in diesem Modus lässt jedoch nicht zu, dass wir von einer mehr oder weniger hochwertigen Videoaufzeichnung sprechen, daher ist dieser Ansatz aus Sicherheitsgründen völlig inakzeptabel Videoüberwachung, bei der es auf Details ankommt.

Ein definitiver Durchbruch in der Bildqualität war die Einführung der Starlight-Technologie, die 2012 erstmals in Bosch-Kameras zum Einsatz kam. Diese Technologie ermöglichte es dank der Kombination der enormen Lichtempfindlichkeit der Matrix (ca. 0,0001 - 0,001 Lux) und einer sehr effektiven Rauschunterdrückungstechnologie, sehr hochwertige Farbbilder von Videokameras bei schlechten Lichtverhältnissen und sogar bei schlechten Lichtverhältnissen zu erhalten Nacht.

Während die herkömmliche Methode zur Überwindung schwacher Lichtverhältnisse – die Verwendung von IR-Beleuchtung – es nur im Monochrommodus (Graustufen) ermöglicht, ein klares Bild zu erhalten, ermöglichen Kameras mit Starlight-Technologie ein viel aussagekräftigeres Farbbild. Insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen kann ein Videoüberwachungssystem mit Starlight-Technologie die Farben von Autos, Kleidung und anderen wichtigen Merkmalen leicht unterscheiden.

Hier ist eine Demo der Starlight-Technologie in Aktion:

Ergebnisse

Achten Sie bei der Auswahl einer CCTV-Kamera unbedingt auf die Eigenschaften der Matrix und nicht nur auf deren Auflösung. Schließlich hängt die Qualität des Bildes und damit der Nutzen der Kamera maßgeblich davon ab. Zunächst sollten Sie auf eine zuverlässige Marke, Größe und Auflösung der Matrix achten; Lichtempfindlichkeit ist nur bei Kameras ohne IR-Beleuchtung wichtig.

Ich empfehle dringend, eine Kamera mit einer Matrix mitzunehmen, mit der Sie ein vernünftiges Datenblatt finden können genaue Information, und nicht die Katze im Sack kaufen. Beispielsweise können Sie problemlos Spezifikationen für Matrizen finden, die von ON Semiconductor, Omnivision oder Sony hergestellt werden. Aber mehr oder weniger detaillierte Eigenschaften SOI-Matrizen können tagsüber mit einer Taschenlampe nicht gefunden werden. Es besteht der Verdacht, dass der Hersteller etwas zu verbergen hat...

Und das Gesamtergebnis ist folgendes: CMOS-Matrizen haben sich bei Videoüberwachungsgeräten bedingungslos durchgesetzt und werden in naher Zukunft keiner konkurrierenden Technologie den Vortritt lassen.

Wie Sie wissen, werden Kameras in zwei große Kategorien unterteilt – analoge und digitale – basierend auf der lichtempfindlichen Oberfläche, die das Bild aufnimmt. Bei einer analogen Kamera war diese Oberfläche ein fotografischer Film – ein einfaches Ding mit einer gewissen Lichtempfindlichkeit, einer bestimmten Anzahl von Einwegbildern, aus denen man nach chemischer Bearbeitung einen Abdruck des Bildes auf Papier erhalten konnte.

Bei Digitalkameras übernimmt die Matrix diese grundlegende Rolle. Matrix— ein Gerät, dessen Hauptfunktion darin besteht, bestimmte Parameter des auf seine Oberfläche fallenden Lichts zu digitalisieren. Dieser Vorgang wird detailliert und anschaulich in einem hervorragenden Video von Discovery in unserem Artikel „“ gezeigt. Wenn Sie es noch nicht gesehen haben, sollten Sie es unbedingt nachholen!

Es gibt zwei Haupt-, beliebteste und gleichzeitig konkurrierende Matrixtechnologien – diese sind CCD Und CMOS. Lassen Sie uns heute herausfinden, was Unterschied zwischen CCD Und CMOS Matrizen?

Wir werden versuchen, ihre Unterschiede zu verstehen, ohne in die Details der Physik einzutauchen, nur um nicht nur eine Vorstellung davon zu bekommen, wie die Kamera funktioniert, sondern auch, welche Matrix sich derzeit auf Ihrer Kamera befindet. Ich denke, dass dies für einen unerfahrenen Fotografen ausreichen wird, aber diejenigen, die sich für Details interessieren, können sich selbst weiter vertiefen.

CCD-Matrix, Quelle: Wikipedia

Also, CCD- Das Ladungsgekoppeltes Gerät (CCD – Gerät mit Rückkopplungsladung). Dieser Matrixtyp galt zunächst als hochwertiger, aber auch teurer und energieaufwändiger. Wenn Sie sich das Grundprinzip einer CCD-Matrix kurz vorstellen, dann sammeln sie das gesamte Bild in einer analogen Version und digitalisieren es erst dann.

Im Gegensatz zu CCD-Matrizen CMOS-Matrix (komplementäre Metalloxid-Halbleiter, komplementäre Logik auf Metalloxid-Halbleitertransistoren, CMOS), jedes Pixel vor Ort digitalisieren. CMOS-Matrizen waren vor allem bei der Herstellung großer Matrizen anfangs stromsparender und günstiger, waren aber qualitativ den CCD-Matrizen unterlegen.

CMOS-Sensor, Quelle: Wikipedia

CCD-Matrizen unterscheiden sich stärker gute Qualität Bilder und erfreuen sich nach wie vor großer Beliebtheit in den Bereichen Medizin, Industrie und Wissenschaft, wo die Bildqualität von entscheidender Bedeutung ist. In jüngster Zeit haben CCD-Matrizen den Energieverbrauch und die Kosten gesenkt, und CMOS-Matrizen haben die Bildqualität erheblich verbessert, insbesondere nach einer technologischen Revolution in der Produktion von CMOS-Sensoren, bei der mithilfe der Active Pixel Sensors (APS)-Technologie jeweils ein Transistorverstärker hinzugefügt wurde Pixel zum Lesen, was es ermöglichte, Ladung direkt im Pixel in Spannung umzuwandeln. Dies bedeutete einen Durchbruch für die CMOS-Technologie; 2008 war sie praktisch eine Alternative zu CCD-Matrizen. Darüber hinaus ermöglichte die CMOS-Technologie die Aufnahme von Videos und führte diese Funktion in moderne Kameras ein, und die meisten modernen Digitalkameras sind mit CMOS-Matrizen ausgestattet.