КМОП матрицы и их принципы работы

Московский Киновидео институт.

Филиал Санкт-Петербургского Государственного университета кино и телевидения.

 

 

 

 

Реферат по дисциплине: «  Видеотехника».

На тему: «КМОП матрицы и их принципы работы».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил ст-т 6 курса АВТ.

Галичников Д.А

Принял Блохин А.С.

 

 

 

 

Москва 2012г.

Содержание:

1. КМОП матрицы и их принцип работы………………………………… 3
2. Список использованных источников.…………………………………..   6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КМОП-матрица — светочувствительная матрица, выполненная на основе КМОП-технологии.

 В КМОП-матрицах используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости.

Принцип работы

- До съёмки подаётся  сигнал сброса 

- В процессе экспозиции  происходит накопление заряда  фотодиодом 

- В процессе считывания  происходит выборка значения  напряжения на конденсаторе 

Преимущества:

1. Основное преимущество  КМОП технологии — низкое энергопотребление  в статическом состоянии. Это  позволяет применять такие матрицы  в составе энергонезависимых  устройств, например, в датчиках  движения и системах наблюдения, находящихся большую часть времени  в режиме «сна» или «ожидания  события».

2. Важным преимуществом  КМОП матрицы является единство  технологии с остальными, цифровыми  элементами аппаратуры. Это приводит к возможности объединения на одном кристалле аналоговой, цифровой и обрабатывающей части (КМОП-технология, являясь в первую очередь процессорной технологией, подразумевает не только «захват» света, но и процесс преобразования, обработки, очистки сигналов не только собственно-захваченных, но и сторонних компонентов РЭА), что послужило основой для миниатюризации камер для самого разного оборудования и снижения их стоимости ввиду отказа от дополнительных процессорных микросхем.

3. С помощью механизма  произвольного доступа можно  выполнять считывание выбранных  групп пикселов. Данная операция получила название кадрированного считывания (англ. windowing readout). Кадрирование позволяет уменьшить размер захваченного изображения и потенциально увеличить скорость считывания по сравнению с ПЗС-сенсорами, поскольку в последних для дальнейшей обработки необходимо выгрузить всю информацию. Появляется возможность применять одну и ту же матрицу в принципиально различных режимах. В частности, быстро считывая только малую часть пикселей, можно обеспечить качественный режим живого просмотра изображения на встроенном в аппарат экране с относительно малым числом пикселей. Можно отсканировать только часть кадра и применить её для отображения на весь экран. Тем самым получить возможность качественной ручной фокусировки. Есть возможность вести репортажную скоростную съёмку с меньшим размером кадра и разрешением.

4. В дополнение к усилителю  внутри пиксела, усилительные схемы могут быть размещены в любом месте по цепи прохождения сигнала. Это позволяет создавать усилительные каскады и повышать чувствительность в условиях плохого освещения. Возможность изменения коэффициента усиления для каждого цвета улучшает, в частности, балансировку белого.

5. Дешевизна производства  в сравнении с ПЗС-матрицами, особенно при больших размерах матриц.

Недостатки:

1. Фотодиод ячейки занимает  существенно меньшую площадь  элемента матрицы, по сравнению  с ПЗС матрицей с полнокадровым  переносом. Поэтому ранние матрицы  КМОП имели существенно более  низкую светочувствительность, чем  ПЗС. Но в 2007 году компания  Sony выпустила на рынок новую линейку видео- и фотокамер с КМОП-матрицами нового поколения с технологией EXMOR, которая ранее применялась только для КМОП-матриц в специфических оптических устройствах таких как электронные телескопы. В этих матрицах электронная «обвязка» пиксела препятствующая продвижению фотонов на светочуствительный элемент была перемещена из верхнего в нижний слой матрицы, что позволило увеличить как физический размер пиксела при тех же геометрических размерах матрицы, так и доступность элементов свету, что, соответственно, увеличило светочувствительность каждого пиксела и матрицы в целом. Матрицы КМОП впервые сравнились с ПЗС-матрицами по светочувствительности, но оказались более энергосберегающими и лишенными главного недостатка ПЗС-технологии — «боязни» точечного света. В 2009 году компания Sony улучшила КМОП-матрицы с технологией EXMOR применив к ним технологию «Backlight illumination» («освещение с задней стороны»). Идея технологии проста и полностью соответствует названию.

2. Фотодиод ячейки матрицы  имеет сравнительно малый размер, величина же получаемого выходного  напряжения зависит не только  от параметров самого фотодиода,  но и от свойств каждого  элемента пикселя. Таким образом,  у каждого пикселя матрицы  оказывается своя собственная  характеристическая кривая, и возникает  проблема разброса светочувствительности  и коэффициента контраста пикселей  матрицы. В результате чего  первые произведённые КМОП-матрицы имели сравнительно низкое разрешение и высокий уровень так называемого «структурного шума» (англ. pattern noise).

3. Наличие на матрице  большого по сравнению с фотодиодом  объёма электронных элементов  создаёт дополнительный нагрев  устройства в процессе считывания  и приводит к возрастанию теплового  шума.

 

Список использованных источников

 

1. Свободная энциклопедия Википедия
2. http://aviatoru.at.ua