Jaka jest różnica między czujnikiem CCD a noktowizorem z matrycą CMOS?

CCD (Charge Coupled Device) i CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) to dwie najczęściej stosowane technologie czujników w świecie fotografii cyfrowej i przechwytywania wideo. W związku z tym, gdy są wykorzystywane w noktowizorach, ich unikalne cechy, a także różnice, stają się ważne. W związku z tym w artykule zagłębimy się w zastosowanie CCD i CMOS w technologii noktowizyjnej wraz z ich głównymi różnicami.

Zasady techniczne

1. CCD (urządzenie sprzężone z ładunkiem)

Podstawowym elementem CCD jest technologia magazynowania i transferu ładunku. W nocy czujnik CCD zamienia światło w ładunki elektryczne za pomocą elementu światłoczułego, które są następnie przenoszone za pomocą specjalnego mechanizmu transportu ładunku do rejestru odczytowego znajdującego się na obrzeżach. Dzięki tej technice CCD może zachować spójność sygnału podczas odczytu obrazu.

2. CMOS (komplementarny półprzewodnik z tlenku metalu)

CMOSCzujnikidziałają na zupełnie innej zasadzie. W tym przypadku każdy piksel CMOS ma niezależny wzmacniacz sygnału, który przekłada sygnały optyczne bezpośrednio na sygnały elektryczne. Taka konstrukcja pozwala na większą elastyczność i szybszy odczyt danych pikselowych za pomocą czujników CMOS.

Charakterystyka wydajności

1. Szybkość odczytu i zużycie energii

Zazwyczaj, ze względu na metodę odczytu ze skanowaniem progresywnym, matryce CMOS są szybsze niż ich odpowiedniki zbudowane w oparciu o koncepcję CCD podczas odczytu obrazów. Ponadto podczas odczytu danych pikseli wymagają one tylko energii elektrycznej, dlatego ich zużycie energii jest stosunkowo niskie w porównaniu z innymi typami czujników, takimi jak te oparte na koncepcji CCD, która wymaga ciągłego prądu, aby utrzymać transfery ładunku, zużywając w ten sposób znacznie więcej energii.

2. Rozdzielczość i szum

Problemy z szumami, a także zniekształcenia w wysokich rozdzielczościach są zwykle powodowane przez oddzielne wzmacniacze podłączone do każdego piksela, którym towarzyszą powiązane szumy występujące w danym czujniku CMOS, głównie w tych okresach wytwarzania obrazowania o wysokiej rozdzielczości przez procesy półprzewodnikowe w jego obrębie. Jednak wysokiej klasy, nowoczesne matryce CMOS umożliwiły sobie osiągnięcie rozdzielczości i jakości obrazu na równi z przetwornikami CCD. I odwrotnie, metoda przenoszenia ładunku powoduje, że przetworniki CCD mają wyższą rozdzielczość, a także mniej szumów w porównaniu z odpowiednikami CMOS.

3. Zakres dynamiki i przepełnienie świateł

Matryce CMOS zwykle mają tendencję do prześwietlania świateł lub utraty szczegółów w cieniach, co czyni je mniej odpowiednimi do rejestrowania scen o wysokim kontraście. Z drugiej strony, matryce CCD powodowały globalną migawkę, co prowadziło do wyższego zakresu dynamiki i metody przenoszenia ładunku, a tym samym do lepszego dostosowania do różnych poziomów jasności w obrębie sceny.

Scenariusze zastosowań

1. Technologia noktowizyjna CCD

Technologia noktowizyjna CCD jest najczęściej stosowana w obszarach wymagających wysokich rozdzielczości, niskiego poziomu szumów i szerokich zakresów dynamiki, takich jak nadzór wojskowy, nadzór bezpieczeństwa. Co więcej, stabilny sygnał wyjściowy z doskonałą jakością obrazu sprawił, że jest on najbardziej preferowany przez wiele z tych sektorów.

2. Technologia noktowizyjna CMOS

Z drugiej strony, technologia noktowizyjna CMOS jest często wymagana tam, gdzie istnieje potrzeba dużych prędkości odczytu, a także elastyczności o niskim zużyciu energii, m.in. takich jak telefony z aparatem, na przykład drony, fotografia lotnicza. Jest to idealny wybór ze względu na możliwość szybkiego odczytu i niski pobór mocy obecny w czujniku CMOS.

Streszczenie

CCD i CMOS to dwie najpopularniejsze technologie czujników, z zaletami i wadami podczas zastosowań noktowizyjnych. CCD wyróżnia się w niektórych obszarach stabilnym sygnałem wyjściowym, wyjątkową jakością obrazu i szerokim zakresem dynamiki; podczas gdy CMOS ma zastosowanie w większej liczbie obszarów ze względu na dużą szybkość, mniejsze zużycie energii i zdolność adaptacji. Te dwie technologie nadal będą miały miejsce w przyszłości noktowizora, ponieważ postęp technologiczny wciąż napływa.