Видеокамера — устройство для полученияоптических образов снимаемых объектов на светочувствительном элементе(матрице), приспособленное для записи движущихся изображений. Обычно оснащаетсямикрофоном для параллельной записи звука.
Составными частямивидеокамеры являются:
1. Объектив,формирующий оптическое изображение объекта
2. Видоискатель дляопределения изображаемого в кадре и фокусировки изображения
3. Светочувствительнаяэлектронная матрица или видикон
4. Устройствопередачи или записи сигнала с накопителем
Объектив — оптическое устройство,проецирующее изображение на плоскость. Обычно объектив состоит из набора линз(в некоторых объективах — и зеркал), рассчитанных для взаимной компенсацииаберраций и собранных в единую систему внутри оправы.
Объективом называется (порой весьма условно) первыйкомпонент прибора, создающий изображение, рассматриваемое через окуляр. В этомслучае объектив может представлять из себя и рассеивающую линзу (так построенывидоискатели многих дальномерных и шкальных фотоаппаратов), а образуемое имизображение может быть мнимым.
В зависимости отназначения и конструкции, в конструкции объектива могут входить вспомогательныеэлементы: диафрагму, для управления количеством проходящего света, системуфокусировки, фотографический затвор.
Характеристикиобъективов
Основные
1. Главное фокусное расстояние (ивозможность его изменения);
2. Максимальное относительное отверстие(иногда неправильно называемое светосилой);
3. Уровень и характер оптическихискажений (аберраций);
4. Разрешающая способность
5. Тип байонета или диаметр резьбы длякрепления к камере для съёмных объективов.
Дополнительные иуточняющие
1. Рабочий отрезок или рабочеерасстояние — для сменных объективов. В большинстве случаев определяется типомбайонета, имеет важное значение для резьбовых типов крепления.
2. Минимальное относительное отверстие(максимальное число диафрагмы, например 16 или 22) — определяетсяконструктивными особенностями диафрагмы.
3. Минимальная дистанция фокусировки(МДФ), или максимальный масштаб макросъёмки для макрообъективов (например, 55 мм, 1:1) — определяется конструкцией оправы.
4. Диаметр и шаг резьбы дляприсоединения светофильтров.
5. Графики MTF (уточняют разрешающуюспособность)
Число линз и групплинз.
Большее количество линзпозволяет конструкторам рассчитать объектив с лучше исправленными аберрациями,однако уменьшает светопропускание и повышает риск паразитных переотражений,снижающих контраст изображения. Кроме того, большее число поверхностей, которыенадо полировать, увеличивает себестоимость производства и ужесточает требованияк точности изготовления каждой детали.
Наличие асферическихлинз.
Вид просветления.
Конструкция и особенностиоправы и байонета. Например, «Помповая» оправа (от сходства спомповым ружьём)— изменение фокусного расстояния и наводка на резкостьосуществляется одним кольцом, осевое перемещение которого меняет фокусноерасстояние, а поворотом осуществляется наводка на резкость. Более традиционнымявляется наличие двух различных органов управления.
Классификацияобъективов
I. Штатныйобъектив
Штатный объектив,Ки́товый объектив (калька с англ. Kit) — сменный объектив, которымкомплектуется фотоаппарат при продаже. Обычно является нормальным объективом,или дешёвым зум-объективом диапазона фокусных расстояний, близкого кнормальному объективу.
Типы объективов поконструкции (оптической схеме)
Создание объективов,свободных от искажений, длительное время было скорее искусством, чем наукой.Особенно удачные схемы расположения линз остались в истории техники подсобственными именами:
Монокль — простейшийобъектив, состоящий из одной собирающей линзы
Перископ — симметричныйобъектив, состоящий из двух собирательных линз
Триплет — простейшийвариант анастигмата, состоящий из трёх несклеенных линз, двух собирающих иодной рассеивающей между ними.
II. Ретрофокусныйобъектив
Класс объективов, отличающихсятем, что заднее вершинное расстояние больше главного фокусного расстояния, чтопозволяет спроектировать короткофокусный объектив с большим рабочим отрезком.Возник в связи с развитием зеркальных камер.
III. Зеркально-линзовыйобъектив
Содержит как зеркала, таки линзы. Как правило, по такой схеме делают телеобъективы для уменьшения ихгабаритных размеров. Заявлен зеркально-линзовый объектив с многократнымотражением света «Origami» для сверхкомпактного оборудования
Зеркальный объектив.Зеркала не обладают дисперсией, поэтому такие оптические схемы встречаются вомногих технических сферах, например, в нанолитографии
Так выглядитзеркально-линзовый телеобъектив
По дополнительнымпризнакам качества изображения традиционно выделяют следующие типы:
Ахромат — объектив сминимальной хроматической аберрацией
Апланат — симметричныйобъектив, состоящий из двух ахроматических (ландшафтных) линз
Анастигмат — объектив, укоторого устранён астигматизм и все остальные аберрации. Практически всесовременные массово производящиеся объективы — анастигматы.
Апохромат — Анастигмат, укоторого лучше устранена хроматическая аберрация
Вариообъектив — объективс переменным фокусным расстоянием (трансфокатор, «зум»).
Фикс — любой объектив сфиксированным фокусным расстоянием, жаргонное слово, сокращение, используемоедля противопоставления вариообъективам.
По углу изображения(фокусному расстоянию)
Широко применяетсяклассификация фотографических объективов по углу изображения или по фокусномурасстоянию, отнесённому к размерам кадра.
Эта характеристика вомногом определяет сферу применения объектива:
Сверхширокоугольныйобъектив — объектив,у которого фокусное расстояние меньше малой стороны кадра и очень большой угол(обычно более 100°) изображения.
Широкоугольныйобъектив (син. короткофокусный объектив) — объектив, у которого фокусное расстояние меньше широкойстороны кадра. Предназначен для съёмки в ограниченном пространстве, напримеринтерьеров. Угол 60—100°.
Нормальный объектив — объектив, у которого фокусноерасстояние примерно равно диагонали кадра (для 35 мм плёнки это объектив, имеющий фокусное расстояние, равное 50 мм, хотя по теории это 43 мм). Угол около 45°. Считается, что восприятие перспективы снимка, сделанного нормальнымобъективом, наиболее близко к нормальному восприятию перспективы окружающегомира человеком.
Портретный объектив — если данный термин применяется кдиапазону фокусных расстояний, то обычно подразумевается диапазон от диагоналикадра до трёхкратного её значения (для 35 мм плёнки 50—130 мм, угол 18—45°), однако точных границ, как и для телеобъектива, нет.
Телеобъектив — объектив, у которого фокусноерасстояние значительно превышает диагональ кадра, имеет небольшой уголизображения и предназначен для съёмки удаленных предметов.
В настоящее времямассовое применение получил современный тип объективов с переменным фокуснымрасстоянием, называемый вариообъектив (трансфокатор, «зум» (англ. Zoom)).
IV. Принципдействия зум-объектива
1. Поназначению (съёмочные объективы)
Существенное значениеимеет назначение объектива. Перед тем как приступить к съёмке, всегда возникаетвопрос о том, что будем снимать.
Портретный объектив — используется для съёмки портретов.Должен давать мягкое изображение без геометрических искажений. В качествепортретных часто используются телеобъективы или объективы с фиксированнымфокусным расстоянием в диапазоне 50—200 мм (для 35 мм плёнки). Классическими являются 85 мм и 130 мм. Специализированный портретный объективспроектирован так, что минимальные аберрации показывает при фокусировке снескольких метров то есть именно при съёмке портрета, в ущерб качествуизображения «на бесконечности». Практически обязательным дляпортретного объектива является большое (лучше, чем 2.8) относительноеотверстие, и очень важен характер бокэ;
Макрообъектив — объектив для съёмки небольшихобъектов крупным планом, также имеет специфическую конструкцию для улучшениякачества именно при макро съёмке. Кроме того, обычно имеет специальную оправу.
Телеобъектив — длиннофокусный объектив,используемый для съемки удаленных объектов;
Репродукционный объектив— используется при пересъёмке чертежей, технической документации и т. д. Долженобладать минимальными геометрическими искажениями, минимальным виньетированиеми минимальной кривизной поля изображения;
Шифт-объектив (объектив со сдвигом, от англ.shift) — используется для архитектурной и иной технической съемки и позволяетпредотвратить искажение перспективы.
Тилт-объектив (объектив с наклоном, от англ. tilt)— используется для получения резкого изображения неперпендикулярных оптическойоси объектива протяжённых объектов при макросъёмке, а также для полученияхудожественных эффектов.
Стеноп (пинхол) (объектив камеры-обскуры, маленькаядырочка, от англ. pinhole) — используется для съёмок пейзажей или иных объектовс очень большими выдержками и с получением в одном кадре одинаково резкогоизображения от макро расстояний до бесконечности;
Софт-объектив (мягкорисующий объектив, от англ.soft) — объектив с недоисправленными аберрациями, обычно сферической, или свносящими искажения элементами конструкции. Служит для получения эффектаразмытости, дымки и т. п.
Тревел-зум (англ. travel zoom) — универсальныйвариообъектив относительно малого веса и максимального диапазона фокусныхрасстояний. Используется при пониженных требованиях к качеству снимка иповышенных — к оперативности использования и массе.
2)По назначению(прочие объективы)
Проекционный объектив — используется в проекторах. Вотличие от съёмочных объективов, устойчив к значительному нагреву в интенсивномсветовом потоке и не имеет диафрагмы.
Производство объективов
Производствообъективов — высокотехнологичная область, оно требует значительных исследований, сложнойаппаратуры для обработки стекла, комплекса научно-технических исследований вобласти расчёта формы линз, нанесения просветляющих покрытий и др.
Хорошие объективыпроизводит ограниченное число фирм, имеющих давние традиции.
Видоискатель
Видоиска́тель,Визи́р, Визи́рное устро́йство — элемент фотоаппарата, показывающий границы будущегоснимка, иногда резкость и параметры съёмки, «прицел». Такжевидоискатели используются в кино— и видеокамерах.
1. Оптические
Данный классвидоискателей содержит только оптические и механические элементы и не содержитэлектронных.
Преимущества передэлектронными:
a) отсутствие дополнительных затратэнергии и дополнительного нагрева камеры и матрицы;
b) независимость изображения от свойствсветочувствительного сенсора;
c) возможность кадрировать, планироватьсъёмку, наводиться на резкость, не включая камеру;
d) отсутствие временных задержек;
2) Параллаксные
Представляют собой оптическуюсистему, отдельную от съёмочной оптической системы аппарата. Из-за несовпаденияоптической оси видоискателя с оптической осью объектива возникает параллакс.Опытный фотограф старается его учитывать при кадрировании снимка на близкомрасстоянии.
Влияние параллаксазависит от угла зрения объектива и видоискателя. Чем больше фокусное расстояниеобъектива и, соответственно, меньше угол зрения, тем больше параллактическаяошибка.
Обычно в простейшихмоделях аппаратуры пренебрегают исправлением параллакса, оси видоискателя иобъектива делают параллельными, тем самым, ограничиваясь линейным параллаксом,минимальное влияние которого — на «бесконечности».
Фиксированный угловойпараллакс иногда имеют видоискатели многих «мыльниц» с фиксированнымположением объектива, оптимизированных для съёмки на некотором фиксированномрасстоянии 5—7 м. Для более близких и более далёких объектов угловой параллаксприводит к неточному кадрированию, однако при широком угле зрения такихаппаратов его влияние минимально.
Ряд более сложных моделейфотоаппаратов, имеющих механизмы наводки на резкость, оснащается связанным снаводкой на резкость механизмом компенсации параллакса. В этом случаеоптическая ось видоискателя наклоняется к оптической оси объектива, и при этомнаименьшее расхождение достигается на расстоянии, на которое наведён объектив.Так, современные дальномерные аппараты имеют скомпенсированный параллакснепосредственно за счёт устройства видоискателя, совмещённого с дальномером.
Преимуществомпараллаксного видоискателя является его независимость от съёмочного объектива, позволяющая достичьбольшей яркости изображения и чрезвычайно маленьких физических размероввидоискателя.
3) Рамочный
Не содержит неплоскихоптических поверхностей.
Рамка и непрозрачнаяпластинки со смотровым отверстием (дио́птром) — использовался в простейшихстаринных камерах.
Две рамки, которыенеобходимо совмещать для наблюдения. Навесные рамочные видоискателииспользуются в спортивной съёмке, т. к. не ограничивают поля зрения глаза.
Усечённая пирамида — дляправильной наводки необходимо располагать глаз так, чтобы все её стенки быливидны с торца, и она казалась рамкой. Применяется на недорогих подводных «мыльницах»
Зрительная труба — применяется в дальномерных камерах икомпактных «мыльницах».
4) ВидоискательГалилея
Перевёрнутая зрительнаятруба Галилея. Состоит из короткофокусного отрицательного объектива идлиннофокусного положительного окуляра;
5) ВидоискательАльбада.
Развитие видоискателяГалилея. Фотограф наблюдает изображение рамки, расположенной вблизи окуляра иотражённой от вогнутой поверхности объектива видоискателя. Положение рамки икривизна линз выбирается таким образом, чтобы её изображение казалосьрасположенным на бесконечности, что решает проблему получения чёткогоизображения границ поля. Наиболее распространённый, получивший жаргонноеназвание «глазок», тип видоискателя на «мыльницах»;
6) Видоискатель типатрубы Кеплера
Труба Кеплера,формирующая изображение, перевёрнутое сверху вниз и слева направо, иоборачивающая система;
7) Зеркальныйвидоискатель
Состоит из двухположительных линз и зеркала под углом 45°. Поверхность обращённой к глазулинзы (смотрят в видоискатель сверху) может быть матовой, в двухобъективныхзеркальных фотоаппаратах. От прочих видоискателей отличается зеркальнойобращённостью изображения по горизонтали.
8) Светоделительный
Жаргонный термин «полузеркальные».При использовании светоделителя (также он называется полупрозрачным зеркалом,хотя чаще используется призма), 50—90 % света проходит через наклоненное подуглом 45° зеркало на сенсор, а 10—50 % отражается под углом 90° градусов наматовое стекло, где рассматривается через окулярную часть, как в зеркальномфотоаппарате. Преимущества:
a) неподвижность зеркала (уменьшениивибрации)
b) упрощение механической конструкции
c) упрощение юстировки.
Недостаток:
Низкая эффективность присъёмке в помещениях и в темноте: слишком мало света попадает в глаз фотографа,часто такого света бывает недостаточно для выбора нужной композиции ифокусировки. Примеры такого видоискателя: в 16 мм кинокамере «Альфа» применено полупрозрачное зеркало (тонкое стекло с нанесённым нанего полупрозрачным зеркальным слоем), в цифровом фотоаппарате Olympus E-10 —светоделительная призма.
9) Зеркальный TTLвидоискатель
В однообъективныхзеркальных фотоаппаратах (цифровых и плёночных) используется шарнирное зеркало,которое во время наводки отражает 100 % поступающего в объектив света наматовое стекло (при наличии автоматики фокусировки и экспозамера частьотражается на эту автоматику).
10) Электронные
Применяются в видео- ителе- камерах, использующих для съёмки электронный сенсор, то есть матрицу илипередающую телевизионную трубку, а также в цифровых фотоаппаратах.Беспараллаксные, показывают изображение с основного сенсора на дисплее,использующем жидкие кристаллы (англ. LCD) или органические светодиоды (англ.OLED), либо электронно-лучевой трубке (англ. CRT) (устаревшие). Изображениеможет наблюдаться либо непосредственно (например, в компактных цифровыхфотоаппаратах), либо через окуляр (например, в видеокамерах и впсевдозеркальных цифровых фотоаппаратах). У некоторых камер ЖК экран можетповорачиваться из одного положения в другое (Minolta серии Z). В электронныхвидоискателях отображается дополнительная информация о настройках фокусногорасстояния, выдержка, состояние вспышки и др.
Преимуществаэлектронных видоискателей:
Электронные видоискателипоказывают в точности то изображение, что создаётся на матрице цифровогоаппарата или передающей трубке видеокамеры. Параллакс отсутствует;
Фотограф может оценитьГРИП и правильность выставленной экспозиции.
Недостатки электронныхвидоискателей:
a. Для получения изображения с матрицыона должна быть непрерывно включена. Это приводит к её нагреву и увеличениюшума, тем самым снижается качество снимка. Поэтому в некоторых аппаратахприменяют две различных матрицы, для видоискателя и для съёмки;
b. Электронные видоискатели вносятзапаздывание изображения. Спортивная съёмка, съёмка детей и животныхоказывается чрезвычайно сложным занятием;
c. Несмотря на то, что отображаетсякартинка непосредственно с сенсора, число пикселей видоискателя намного меньше,чем матрицы. Поэтому при ручной наводке на резкость увеличивается участокизображения, однако шум матрицы в условиях недостаточной освещённости делаетневозможной точную, а особенно оперативную ручную фокусировку;
d. При съёмке в условиях яркого внешнегоосвещения чрезвычайно сложно рассмотреть изображение на экране.
Видикон. Матрица илисветочувствительная матрица
А) Видикон — Телевизионный передающийэлектронно-лучевой прибор с накоплением заряда, действие которого основано навнутреннем фотоэффекте.
В цилиндрической трубкеразмещён электронный прожектор, создающий электронный пучок небольшого диаметра(15-30 мкм) при токе порядка долей или единиц мкА. Для фокусировки и отклоненияэлектронного луча в видиконе используются электростатические или магнитныеполя.
Одним из важнейших узловвидикона является фотопроводящая мишень, которая содержит т. н. сигнальную пластину(прозрачную металлическую плёнку со стороны проецируемого изображения) ирасположененный на ней со стороны электронно-оптической системы фотопроводящийслой.
Вследствие непрерывногосканирования рабочей поверхности мишени электронным лучом фотопроводящий слойвсегда заряжен. Элементарные участки мишени, равные по площади сечению луча,заряжаются лучом в моменты их коммутации. В остальное время — до следующегоприхода луча в ходе развёртки (то есть практически в течение всего кадра) —данный участок мишени разряжается. Скорость разряда зависит от освещённости.Чем больше освещённость участка изображения, тем меньше сопротивлениефотопроводника и тем быстрее происходит его разряд.
К моменту прихода лучапотенциал мишени в различно освещённых участках неодинаков (на мишениобразуется потенциальный рельеф), соответственно неодинаков и заряд этихучастков. Заряд, «высаживаемый» на поверхность мишени в моменткоммутации, в силу электростатического отталкивания выводит во внешнюю цепьтакой же по величине заряд из сигнальной пластины. Заряд, теряемый мишенью втечение кадра, равен заряду, получаемому ею в момент коммутации. Т. о., в цеписигнальной пластины протекает ток, значение которого однозначно связано сраспределением освещённости по поверхности мишени.
Мишени видикона, отличающиеся большим разнообразиемпо конструкции (одни состоят из двух или трёх слоев, другие имеют мозаичнуюструктуру или включают гладкие и пористые прослойки), делятся нафоторезистивные и фотодиодные. В фоторезистивных мишенях процесс разрядаопределяется объёмными свойствами фотопроводящего слоя; фотоэффект в ниххарактеризуется значительной инерционностью.
Типичный материалфоторезистивных мишеней — трёхсернистая сурьма; используются также аморфный Se и некоторыерыедругие. В фотодиодных мишенях разряд определяется свойствами р-n-перехода,которрые обеспечивают полное разделение световых носителей и в связи с этимбезынерционность, линейность световой характеристики, предельно высокуючувствительность прибора. В качестве материала таких мишеней обычно служат PbO,Si, CdSe и др.
В зависимости от типаиспользуемой мишени видиконы делятся на кремниконы, плюмбиконы, кадмиконы,сатиконы, нью-виконы, халниконы, эндиконы и др.
Видиконы создают сигнализображения при минимальной освещённости мишени от десятых долей до десятковлк, обеспечивая разрешающую способность от 400 до 10 000 линий.Чувствительность передающих телевизионных камер на видиконе ограничена шумамиусилителя и растёт при их уменьшении. Если потери из-за такого ограничения велики(например, при сверхвысоком разрешении), то используются видиконы, в которыхотражённый от мишени луч усиливается вторично-электронным умножителем.
Для цветного телевидениясозданы видиконы, генерирующие два или три видеосигнала.
В настоящее время для получениявидеосигналов вместо видиконов чаще используются полупроводниковые электронныематрицы.
Б) Матрица или светочувствительнаяматрица. Специализированнаяаналоговая или цифро-аналоговая интегральная микросхема, состоящая изсветочувствительных элементов — фотодиодов.
Предназначена дляпреобразования спроецированного на неё оптического изображения в аналоговыйэлектрический сигнал или в поток цифровых данных (при наличии АЦПнепосредственно в составе матрицы).
Является основнымэлементом цифровых фотоаппаратов, современных видео- и телевизионных камер,фотокамер, встроенных в мобильный телефон, камер систем видеонаблюдения имногих других устройств.
Применяется в оптическихдетекторах перемещения компьютерных мышей, сканерах штрих-кодов, планшетных ипроекционных сканерах, системах астро- и солнечной навигации.
Устройство одногопикселя матрицы
Архитектура пикселей упроизводителей разная. Здесь приводится архитектура ПЗС пикселя для примера.
Пример субпикселяПЗС-матрицы с карманом n-типа
Схема субпикселейПЗС-матрицы с карманом n-типа (на примере красного фотодетектора)
/>
Обозначения на схемесубпикселя ПЗС — матрицы с карманом n-типа
1 — Фотоны света,прошедшие через объектив фотоаппарата.
2 — Микролинза субпикселя
3 — R — красныйсветофильтр субпикселя, фрагмент фильтра Байера.
4 — Прозрачный электродиз поликристаллического кремния или сплава индия и оксида олова.
5 — Оксид кремния.
6 — Кремниевый каналn-типа. Зона генерации носителей — зона внутреннего фотоэффекта.
7 — Зона потенциальнойямы (карман n-типа), где собираются электроны из зоны генерации носителей
8 — Кремниевая подложкаp-типа.
Микролинза субпикселя
Буферные регистры сдвигана ПЗС матрице, равно как и обрамление КМОП-пиксела на КМОП-матрице «съедают»значительную часть площади матрицы, в результате каждому пикселю достаётся лишь30 % светочувствительной области от его общей поверхности. У матрицы сполнокадровым переносом эта область составляет 70 %. Именно поэтому вбольшинстве современных ПЗС матриц над пикселем устанавливается микролинза.Такое простейшее оптическое устройство покрывает бо́льшую часть площадиПЗС — элемента и собирает всю падающую на эту часть долю фотонов вконцентрированный световой поток, который, в свою очередь, направлен надовольно компактную светочувствительную область пиксела.
Поскольку с помощьюмикролинз удаётся гораздо полнее регистрировать падающий на сенсор световойпоток, по мере совершенствования технологии ими стали снабжать не толькосистемы с буферизацией столбцов, но и матрицы с полнокадровым переносом. Междутем, микролинзы нельзя назвать «решением без недостатков».
Микролинзы уменьшаютэффективную угловую апертуру матрицы как воспринимающей оптической системы.Косо падающие лучи света оказываются подвержены частичному отражению отпередней поверхности микролинз и полному внутреннему отражению вкороткофокусной оптической системе, каковой является микролинза. Это приводит квиньетированию изображения. Было предложено два основных решения этой проблемы:
Характеристики матриц
Светочувствительность,отношение сигнал-шум и физический размер пикселя однозначно взаимосвязаны (дляматриц, созданных по одной и той же технологии). Чем больше физический размерпикселя, тем больше получаемое соотношение сигнал-шум при заданнойчувствительности, или тем выше чувствительность при заданном сотношении сигнал-шум.Физический размер матрицы и её разрешение однозначно определяют размер пикселя.
Чувствительность
К матрицам применяетсятермин эквивалентная «чувствительность», потому что:
1) в зависимости от назначения матрицыформальное значение чувствительности может определяться различными способами поразличным критериям;
2) аналоговым усилением сигнала ицифровой постобработкой можно менять значение чувствительности матрицы вшироком диапазоне;
У цифровых фотоаппаратовзначение эквивалентной чувствительности может меняться в диапазоне ISO 50-6400.Максимальная используемая в массовых фотоаппаратах чувствительностьсоответствует отношению сигнал/шум 2-5.
Разрешение
Обычно, говоря оразрешении цифровой матрицы, следуют сложившемуся штампу, то есть просто приводятколичество пикселей. При это забывают упомянуть, что матрица может разрешитьтолько то изображение, которое уже сформировано объективом. И если объектив всилу недостаточно высокой разрешающей способности передаёт ДВЕ светящиеся точкиобъекта, разделённые третьей чёрной, как одну светящуюся точку на ТРИ подрядрасположенных пиксела, то говорить о разрешении фотоаппарата в целом на основеданных о матрице будет опрометчиво.
Разрешение матриццифровых фотокамер в мегапикселях (2008 г.), (миллионах пикселей):
1) Разрешение матриц компактных цифровыхфотокамер 6-12 Мпикс;
2) Камеры мобильных телефонов имеютразрешение матриц 0,1-5 Мпикс;
3) фотокамера Canon EOS-1Ds Mark IIIимеет разрешение матрицы 21 Мпикс;
4) цифровые задники для среднеформатныхфотоаппаратов «Hasselblad» имеют разрешение матриц более 16 Мпикс;
Физический размерматрицы
Сравнение размеровфотосенсоров цифровых фотокамер и 35-мм плёнки.
Размер матрицы измеряетсяпо диагонали, в долях дюйма (4/3", 2/3", 1/1,8", 1/2,2").Данная традиция измерения происходит от диаметра передающих телевизионныхтрубок и часто называется «дюймы видикона».
Чем больше физическийразмер матрицы, тем больше получаемое соотношение сигнал-шум при заданнойчувствительности, или тем выше чувствительность при заданном сотношениисигнал-шум.
Законы геометрическойоптики задают зависимость ГРИП от физического размера матрицы. Сфотографируемтремя фотоаппаратами с разным физическим размером матрицы одну и ту же сцену содним и тем же углом зрения и одним и тем же значением диафрагмы на объективах.После чего станем рассматривать результат (файл на компьютере, распечатку спринтера) в одинаковых условиях. ГРИП на снимке, сделанном фотоаппаратом снаименьшей матрицей, будет наибольшей (больше предметов в кадре будет показанорезко), а фотоаппарат с наибольшей мАтрицей покажет наименьшую ГРИП (предметыне в зоне резкости будут сильнее размыты).
Отношение сторон кадра
1) Стандарт кадра 4:3 в основномприменяется в любительских цифровых фотоапПаратах. НекотОрыЕ фирмы, например,Canon, выпускают в этих фотоаппаратах настройку соотношения сторон в диапазонах4:3 и 16:9.[2]
2) Стандарт кадра 3:2 применяется взеркальных цифровых фотоаппаратах
3) Выпускается незначительное числомоделей с кадром 16:9
4) В цифровых зеркальных фотоаппаратахOlympus используется матрица с соотношением сторон 4:3 (стандарт Four ThirdsSystem).
Пропорции пиксела
1) Выпускаются матрицы с тремяразличными пропорциями пиксела
2) Для видеоаппаратуры выпускаютсясенсоры с пропорцией пиксела 4:3 (PAL) или 3:4 (NTSC)
Фотографическое,рентгенографическое и астрономическое оборудование, а также развивающеесясейчас HDTV видеооборудование обычно имеет квадратный пиксел.
Типы матриц поприменяемой технологии
Долгое время ПЗС-матрицыбыли практически единственным массовым видом фотосенсоров. Реализациятехнологии Active Pixel Sensors около 1993 года и дальнейшее развитиетехнологий привели в итоге к тому, что к 2008 году КМОП-матрицы сталипрактически альтернативой ПЗС.[3]
CCD-матрица
Состоит изсветочувствительных фотодиодов, выполнена на основе кремния, используеттехнологию ПЗС — приборов с зарядовой связью.
CMOS-матрица
Выполнена на основеКМОП-технологии. Каждый пиксел снабжён усилителем считывания, а выборка сигналас конкретного пискела происходит, как в микросхемах памяти, произвольно.
SIMD WDR матрица,
Также выполненная наоснове КМОП-технологии, имеет в обрамлении каждого пиксела ещё и автоматическуюсистему настройки времени его экспонирования, что позволияет радикальноувеличить Єотографическую широту устройства.[4]
Live-MOS-матрица
Выполнена на основе МОПтехнологии, однако содержит меньшее число соединений для одного пиксела ипитается меньшим напряжением. За счёт этого и за счёт упрощённой передачирегистров и управляющих сигналов имеется возможность получать «живое»изображение при отсутствии традиционного для такого режима работы перегрева.
Методы полученияцветного изображения
Сам по себе пиксельфотоматрицы является «чёрно-белым». Для того, чтобы матрица давалацветное изображение, применяются специальные технические приёмы.
Трёхматричные системы
Трёхматричные системыприменяются в видеокамерах среднего и высокого класса.
Достоинства трёхматриц по сравнению с одноматричными
a) лучше передача цветовых переходов,полное отсутствие цветного муара;
b) выше разрешение. Отсутствуетнеобходимый для устранения муара low-pass фильтр;
c) выше светочувствительность и меньшийуровень шумов;
d) возможность введения цветокоррекциипостановкой дополнительных фильтров перед отдельными матрицами, а не передсъёмочным объективом, позволяет добиться существенно лучшей цветопередачи принестандартных источниках света;
Недостатки трёх матрицпо сравнению с одноматричными
a) принципиально большие габаритныеразмеры;
b) трёхматричная система не может использоватьсяс традиционным зериальным видоискателем, а также с объективами с малым заднимвершинным расстоянием;
c) в трёхматричной схеме есть проблемасведения цветов. Такие системы требуют точной юстировки, причём чем большегоразмера матрицы применяются и чем больше их физическое разрешение, тем сложнеедобиться необходимого класса точности;
Матрицы с мозаичнымифильтрами
Во всех таких матрицахпиксели расположены в одной плоскости, и каждый пиксель накрыт светофильтромнекоего цвета. Недостающая цветовая информация восстанавливается путём интерполяции(см. Фильтр Байера-Дебайеризация).
Существует несколькоспособов расположения светофильтров. Эти способы различаются чувствительностьюи цветопередачей, при этом, чем выше светочувствительность, тем хужецветопередача.
RGGB — Фильтр Байера,исторически самый ранний;
RGBW. Такие сенсоры имеютболее высокую чувствительность и фотографическую широту (типично выигрышчувствительности в 1,5—2 раза и 1 ступень по фотографической широте). Частныйслучай RGBW-матрицы — CFAK-матрица компании Kodak;
RGEB (красный — зелёный —изумрудный — синий);
CGMY (голубой — зелёный —лиловый — жёлтый);
Матрицы сполноцветными пикселами
Существуют дветехнологии, позволяющие получать с каждого пикселя все три цветовые координаты.Первая применяется в серийно выпускаемых камерах фирмы Sigma, вторая насередину 2008 года существует только в виде прототипа. видеокамера оптический матрица пиксель
Многослойные матрицы(Foveon X3)
Фотодетекторы матрицы X3компании Foveon расположены в три слоя — синий, зелёный, красный. Названиесенсора «Х3» означает его «трёхслойность» и «трёхмерность».
Матрицы X3 применяются вцифровых фотоаппаратах Sigma.
Матричныефотоприемники компании SensorIS
Основная статья:Матричный КМОП фотоприемник цветного изображения компании SensorIS
Российский аналог FoveonX3, отличается принципом разделения фототока в глубине светочувствительнойячейки. На 2008 год не существует в виде готовой продукции.
ПолноцветнаяRGB-матрица Nikon
В полноцветных матрицахNikon (Патент Nikon от 9 августа 2007) лучи RGB предметных точек в каждом пикселе проходят в сжатом виде через линзу и при помощи цветоделительных зеркалв порядке «синий», «зелёный», «красный» попадаютна подпиксельные детекторы.
Пока аппаратуры с этимтипом матрицы не производится, создан только прототип
Типы видеокамер:
1) Аналоговые (Hi8, S-VHS, S-VHS-C, VHS, VHS-C, Video8)
2) Цифровые (XDCAM, MiniDV, MICROMV, HDV, HDD,Flash, Digita l8, DVD/HDD, DVD, CDCAM, Blu-ray/HDD,Blu-ray).