Matryca CCD
_for_Ultra-Violet_and_Visible_Detection.jpg)
Matryca CCD (od ang. charge-coupled device) – układ wielu elementów światłoczułych, z których każdy rejestruje, a następnie pozwala odczytać, sygnał elektryczny proporcjonalny do ilości padającego na niego światła. W cyfrowych aparatach fotograficznych najczęściej stosowane są filtry barwne, dające możliwość rejestracji natężenia określonej szerokości spektrum światła w danym punkcie matrycy.
Matrycę skonstruowano głównie na użytek naukowy, zaś jej pierwsze zastosowania były związane z astronomią, gdzie do dziś pozostaje podstawowym narzędziem badawczym, wypierając w zasadzie błony fotograficzne. Obecnie masowo wykorzystuje się matryce CCD o coraz wyższej rozdzielczości w aparatach cyfrowych, gdzie otrzymane dane po przetworzeniu przez jednostkę centralną aparatu mogą zostać zapisane w postaci plików graficznych. W aparatach fotograficznych stosowane są matryce o rozdzielczościach rzędu od kilku do kilkunastu megapikseli, do ponad 30 megapikseli w pełnoformatowych aparatach profesjonalnych i nawet 80 megapikseli w cyfrowych aparatach średnioformatowych. Największe matryce stosowane w obserwatoriach astronomicznych mają od 65 do ponad 100 megapikseli.
Historia
Pierwszy egzemplarz CCD został zbudowany w 1969 roku przez dwóch naukowców, laureatów Nagrody Nobla: Willarda S. Boyle’a i George E. Smitha z Bell Telephone Laboratories. Szukali oni nowego sposobu rejestracji obrazu, który miał znaleźć zastosowanie w projektowanym wideotelefonie. Urządzenie miało być tanie, a jego technologia oparta na krzemie. Pierwsza kamera złożona była z ośmiu pikseli ułożonych w jeden rząd. Większy model o rozmiarach 100 × 100 pikseli powstał dopiero w 1973 roku. Początkowo technologia była rozwijana w celach obserwacji kosmosu.
Działanie
Kiedy foton uderzy w atom, może spowodować przeskoczenie elektronu na wyższą powłokę, a w niektórych przypadkach uwolnienie nośnika ładunku (dziur lub elektronów, w zależności od użytego materiału półprzewodnikowego) – jest to tzw. efekt fotoelektryczny wewnętrzny. Kiedy powierzchnia matrycy CCD jest oświetlona, uwolnione zostają nośniki, które gromadzą się w kondensatorach. Nośniki te zostają przesunięte w miarowych impulsach elektrycznych oraz zostają „przeliczone” przez obwód, który wyłapuje nośniki z każdego elementu światłoczułego, przekazuje je do kondensatorów, mierzy, wzmacnia napięcie i ponownie opróżnia kondensatory. Ilość nośników zebranych w ten sposób w pewnym przedziale czasu zależy od natężenia światła. W efekcie otrzymujemy dla każdego elementu światłoczułego informację o wartości natężenia padającego na nie światła, czyli w praktyce informację o jasności obserwowanej w danym punkcie barwy.
Zazwyczaj poszczególne elementy matrycy mierzą ilość światła dla jednej ze składowych RGB, dlatego też na każdy piksel wynikowego obrazu w postaci bitmapy przypada pomiar z kompletu elementów światłoczułych. W 2002 roku firma Foveon opracowała matrycę X3, która potrafi zarejestrować każdą z trzech składowych koloru w każdym punkcie. Obecnie nie jest jednak ona szeroko wykorzystywana.
Zalety i wady[1][2]
Zalety
- większa światłoczułość w porównaniu z matrycą CMOS
- możliwe osiąganie obrazów o większej rozdzielczości
- brak efektu rolling shutter
- lepsze odwzorowanie barw przy niskiej światłoczułości
Wady
- Matryce CCD są wolniejsze od CMOS (co może mieć znaczenie przy wykonywaniu zdjęć seryjnych).
- wyższe zużycie energii w porównaniu z matrycą CMOS
- większy koszt produkcji niż w przypadku matrycy CMOS
- gorsza jakość odwzorowania barw
Rozmiary
| Typ | Proporcje | Długość (mm) | Szerokość (mm) | Przekątna (mm) | Powierzchnia (mm²) | Powierzchnia względna |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1/6" | 4:3 | 2,30 | 1,73 | 2,88 | 3,98 | 1,00 |
| 1/4" | 4:3 | 3,20 | 2,40 | 4,00 | 7,68 | 1,93 |
| 1/3.6" | 4:3 | 4,00 | 3,00 | 5,00 | 12,0 | 3,02 |
| 1/3.2" | 4:3 | 4,54 | 3,42 | 5,68 | 15,5 | 3,89 |
| 1/3" | 4:3 | 4,80 | 3,60 | 6,00 | 17,3 | 4,34 |
| 1/2.7" | 4:3 | 5,27 | 3,96 | 6,59 | 20,9 | 5,24 |
| 1/2" | 4:3 | 6,40 | 4,80 | 8,00 | 30,7 | 7,72 |
| 1/1.8" | 4:3 | 7,18 | 5,32 | 8,93 | 38,2 | 9,59 |
| 2/3" | 4:3 | 8,80 | 6,60 | 11,0 | 58,1 | 14,6 |
| 1" | 4:3 | 12,8 | 9,60 | 16,0 | 123 | 30,9 |
| 4/3" | 4:3 | 18,0 | 13,5 | 22,5 | 243 | 61 |
| APS-C | 3:2 | 25,1 | 16,7 | 30,1 | 419 | 105 |
| 35MM | 3:2 | 36,0 | 24,0 | 43,3 | 864 | 217 |
| 645 | 4:3 | 56,0 | 41,5 | 69,7 | 2324 | 5845 |
Kolumna „Typ” zawiera oznaczenia wywodzące się od stosowanych dawniej lamp analizujących. Liczby te określały średnicę zewnętrzną lampy. Pole obrazowe lampy o średnicy 1 cala miało przekątną 16 mm, co stanowi podstawę do dalszych obliczeń[3].
Zobacz też
Przypisy
- ↑ Matryce CCD i CMOS. KADRZASADA.pl. [dostęp 2016-11-13].
- ↑ Rodzaje i wielkości matryc – wszystko, co powinieneś wiedzieć [poradnik]. Fotoblogia.pl. [dostęp 2016-11-13].
- ↑ Aleksy Kordiukiewicz: Kamery telewizji dozorowej. [dostęp 2009-08-21]. [zarchiwizowane z tego adresu (2010-01-01)].
Linki zewnętrzne
Media użyte na tej stronie
Autor: Michael Schmid, Licencja: CC BY 2.5
Animation: Charge transfer in a three-phase CCD
Function of a three-phase charge-coupled device (CCD). The charge packets (electrons, blue) are collected in potential wells (yellow) created by applying positive voltage at the gate electrodes (G). Applying positive voltage to the gate electrode in the correct sequence transfers the charge packets.
Autor: John Carney, Licencja: CC BY 2.0
The business end of a digital camera - the image sensor. Even if I manage to fix the lens barrel and get the camera back together without scratching the sensor or getting my greasy fingers all over it, it will still be gathering image degrading dust the whole time in malevolent silence.
Just to add to the degree of difficulty, there was a little black frame-like thing sitting atop the sensor. I assume that it is a baffle to stop light leaking onto the sensor. Whatever it is, it fell off. You can see it at the bottom of the photo.3 megapixels. Count them yourself
Autor: Januszartur, Licencja: CC BY-SA 3.0
CCD sensor removed from Canon A75 digital camera.