В чем разница между ПЗС-сенсором и CMOS-сенсором ночного видения

ПЗС-матрица (устройство с зарядовой связью) и КМОП (комплементарный металлооксидный полупроводник) — две наиболее часто используемые сенсорные технологии в мире цифровой фотографии и видеосъемки. Таким образом, при использовании в устройствах ночного видения их уникальные особенности, а также различия становятся важными. Поэтому в статье будет подробно рассмотрено применение ПЗС и КМОП в технологиях ночного видения, а также их основные отличия.

Технические принципы

1. ПЗС (устройство с зарядовой связью)

Ключевым элементом, используемым в ПЗС-матрице, является технология хранения и передачи заряда. В ночное время суток ПЗС-сенсор преобразует свет в электрические заряды через свой светочувствительный элемент, которые затем передаются с помощью специального механизма переноса заряда в регистр считывания, расположенный на периферии. С помощью этой технологии ПЗС-матрица может поддерживать постоянство сигнала на протяжении всего считывания изображения.

2. CMOS (комплементарный металл-оксидный полупроводник)

КМОПДатчикиработают по совершенно другому принципу. В этом случае каждый пиксель CMOS имеет независимый усилитель сигнала, который преобразует оптические сигналы непосредственно в электрические. Такая конструкция обеспечивает большую гибкость и более быстрое считывание пиксельных данных с помощью КМОП-сенсоров.

Тактико-технические характеристики

1. Скорость чтения и энергопотребление

Как правило, благодаря методу считывания с прогрессивным сканированием, КМОП-сенсоры работают быстрее своих аналогов, построенных на основе концепции ПЗС, при считывании изображений. Кроме того, при чтении пиксельных данных им требуется только электрическая энергия, поэтому их энергопотребление относительно низкое по сравнению с другими типами датчиков, например, основанными на концепции ПЗС, которые требуют постоянного тока для поддержания передачи заряда, тем самым потребляя гораздо больше энергии.

2. Разрешение и шум

Проблемы с шумами, а также искажения при высоком разрешении, как правило, вызваны отдельными усилителями, подключенными к каждому пикселю, в сочетании с соответствующими шумами, обнаруженными в данном CMOS-сенсоре, в основном на этих этапах изготовления изображений с высоким разрешением с помощью полупроводниковых процессов в нем. Тем не менее, современные современные КМОП-сенсоры высокого класса позволили достичь разрешения и качества изображения, которые находятся на одном уровне с ПЗС-матрицей. И наоборот, метод передачи заряда приводит к тому, что ПЗС-матрицы имеют более высокое разрешение, а также меньший уровень шума по сравнению с КМОП-аналогами.

3. Динамический диапазон и переполнение светлых участков

КМОП-сенсоры обычно имеют тенденцию к передержке светлых участков или потере деталей в тенях, что делает их менее подходящими для съемки высококонтрастных сцен. С другой стороны, ПЗС-матрицы вызывали глобальный затвор, что приводило к увеличению динамического диапазона и метода передачи заряда, что приводило к лучшей адаптации различных уровней яркости в сцене.

Сценарии применения

1. Технология ночного видения CCD

Технология ночного видения с помощью ПЗС-матриц в основном используется в областях, требующих высокого разрешения, низкого уровня шума и широких динамических диапазонов, таких как военное наблюдение, охранное наблюдение. Более того, стабильный выходной сигнал с превосходным качеством изображения делает его наиболее предпочтительным во многих из этих секторов.

2. Технология ночного видения CMOS

С другой стороны, технология ночного видения CMOS часто требуется там, где требуется высокая скорость считывания, а также гибкость с низким энергопотреблением, в том числе в камерофонах, телефонах, например, дронах, аэрофотосъемке. Это идеальный выбор из-за его способности к быстрому считыванию показаний и низкого энергопотребления, присутствующего в CMOS-сенсоре.

Сводка

ПЗС-матрицы и КМОП являются двумя наиболее популярными сенсорными технологиями, имеющими свои преимущества и недостатки в системах ночного видения. ПЗС-матрица выделяется в некоторых областях благодаря стабильному выходному сигналу, исключительному качеству изображения и широкому динамическому диапазону; в то время как КМОП применяется в большем количестве областей благодаря своей высокой скорости, меньшему энергопотреблению и адаптируемости. Эти две технологии по-прежнему будут иметь место в будущем ночного видения, поскольку технологический прогресс продолжает прибывать.