Matryca CCD
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.
_for_Ultra-Violet_and_Visible_Detection.jpg)
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 edytuj
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 edytuj
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] edytuj
Zalety edytuj
- większa światłoczułość w porównaniu z matrycą CMOS
- możliwe osiąganie obrazów o większej rozdzielczości
- brak efektu rolling shutter
- lepsze odwzorowanie barw przy niskiej światłoczułości
Wady edytuj
- 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 edytuj
| 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 edytuj
Przypisy edytuj
- ↑ 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)].