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

CCD (Charge Coupled Device) i CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) to dwie z najczęściej stosowanych technologii 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 widzenia w nocy wraz z jej głównymi różnicami.

Zasady techniczne

1. CCD (urządzenie sprzężone z ładunkiem)

Podstawowym elementem wchodzącym w skład przetwornika CCD jest technologia magazynowania i transferu ładunku. W nocy czujnik CCD zamienia światło na ładunki elektryczne za pośrednictwem elementu światłoczułego, które są następnie przekazywane za pomocą specjalnego mechanizmu transportu ładunku do rejestru odczytowego znajdującego się na obrzeżach. Dzięki tej technice CCD może utrzymać spójność sygnału przez cały czas 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 przekształca 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. Dodatkowo, podczas odczytu danych pikseli, wymagają one tylko energii elektrycznej, stąd 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 utrzymanie transferów 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 danej matrycy CMOS, głównie w tych okresach wytwarzania obrazowania w wysokiej rozdzielczości przez procesy półprzewodnikowe w jego obrębie. Jednak wysokiej klasy, nowoczesne czujniki CMOS umożliwiły sobie osiągnięcie rozdzielczości i jakości obrazu, które są na równi z 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 podświetlenia

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 spowodowały globalną migawkę, co doprowadziło do wyższego zakresu dynamiki i metody przenoszenia ładunku, a tym samym lepszego dostosowania do różnych poziomów jasności w scenie.

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, takich jak m.in. telefony z aparatem fotograficznym, drony, fotografia lotnicza. Jest to idealny wybór ze względu na możliwość szybkiego odczytu i niską moc obecną 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 dzięki stałemu sygnałowi wyjściowemu, wyjątkowej jakości obrazu i szerokiemu zakresowi dynamiki; podczas gdy CMOS ma zastosowanie w większej liczbie obszarów ze względu na wysoką wydajność, mniejsze zużycie energii i zdolność adaptacji. Te dwie technologie nadal będą miały miejsce w przyszłości widzenia w nocy, ponieważ postęp technologiczny wciąż napływa.