Tehnologia Exmor ClearVid matrice de la Sony - articolul despre evoluțiile tehnologice și cele mai noi produse

Tehnologia Exmor ClearVid matrice de la SONY

Apus de soare secol CCD și apariția de secol high-definition

Întoarcere CMOS

Comparație între CCD și CMOS

În CCD- și CMOS-CCD pentru transformarea luminii într-un semnal de imagine fotodiode electrice utilizate. Cu toate acestea, principiul lor de funcționare diferă în mod considerabil, după cum este descris mai jos. Lumina incidente CCD detectabil de către fotodiodă fiecărui pixel este convertit într-o sarcină electrică. Taxa de pixel este mutat într-un „autobuz de transport“ vertical dispus pe partea laterală a pixelului. Tensiunea aplicată este apoi transferă taxele în autobuzele de transport pe verticală și orizontală, până când ajung la amplificator, în care sarcinile sunt convertite într-un semnal electric (Fig. 1). există o problemă numită „frotiu“ Într-o astfel de construcție. Acestea apar atunci când un incident de lumină foarte luminos ca urmare a scurgerii ajunge la transportul pe verticală a anvelopei și creează excesul de sarcină, care se manifestă în imaginea ca o dungă verticală strălucitoare. Această structură necesită, de asemenea, o tensiune ridicată pentru deschiderea și închiderea alternativ obloane, care trebuie să fie compus din toti pixelii pentru secvența de control al fluxului de încărcare temporal. Putere consumata CCD-matrice, mai ales pentru mare format high-definition (de exemplu, 1080), care necesită citirea rapidă a unui număr mare de pixeli.

Puterea CMOS senzori disponibile pentru fiecare pixel, convertește direct într-o sarcină electrică a semnalului pixel care continuă apoi la ieșire (Fig. 2). Problema cu traseu mobil extensii sunt absente, deoarece lumina incidente nu afectează semnalul electric (fig. 3). În locul poarta CMOS-matrice utilizate comutatoare și circuitele interne care controlează secvența semnalelor de ieșire. Folosind switch-uri interne pot reduce semnificativ consumul de energie în timpul citirii simultane proces de accelerare a unui număr mare de pixeli. lectură eficiența este destul de suficientă pentru a sprijini progresive imaginile de descompunere HD. În singur cip CMOS senzori devine posibil, în principiu, la citirea simultană a semnalelor R, G și B. Deoarece CMOS senzorii au un consum redus de energie și procesul de citire de mare viteză, acestea sunt destul de potrivite pentru utilizarea în camere de înaltă definiție pentru HDTV secol. Acestea sunt deosebit de interesante pentru camere HD mici, ca să îndeplinească în totalitate cerințele impuse acestora - dimensiuni compacte, consum redus de energie și de calitate ridicată a imaginii.

ClearVid Tehnologie și pixeli de interpolare

matrice ClearVid cu suprafata de pixeli a crescut

Zona Pixelul are un efect semnificativ asupra parametrilor matricei. Deoarece pixelii mai mari au o zonă extinsă fotosensibile, acestea sunt caracterizate printr-o sensibilitate ridicată, permițându-vă pentru a captura imagini chiar și în condiții de luminozitate scăzută. Cu toate acestea, tendința spre o rezoluție mai mare stabilește anumite limite privind dimensiunea pixelilor. Această matrice de înaltă definiție (HD) trebuie să fie de aproximativ două milioane de pixeli. Aceasta înseamnă că dimensiunea pixel va fi de 1/5 1/6 parte de dimensiunea pixelilor în matricea unei definiții standard (SD) de aceeași mărime. Prin urmare matricea HD va avea o sensibilitate semnificativ mai mică (Fig. 4).

De asemenea, trebuie remarcat faptul că o parte din suprafața matricei ocupată de circuitul de semnalizare, care nu au legătură cu elementele fotosensibile. CCD-matrice au dezavantajul că au nevoie de canale relativ largi de transfer de sarcină, care ar trebui să fie amplasate în apropierea pixeli. Aceasta, la rândul său, necesită ca pixelii sunt aranjate într-o grilă dreptunghiulară. In contrast, CMOS-matrice folosind linii de semnal subțire a căror locație de pe cip pot fi selectate în mod mai flexibil, ceea ce permite crearea unei structuri alternative pixel. Sony pentru a realiza beneficiile acestei alternative, creând o matrice ClearVid cu diagonală de pixeli.

Rotire 45 ° reduce lățimea pixelilor în 1/2 ori, obținându-se astfel o densitate mai mare. Aceasta înseamnă că matricea ClearVid Pixel are de două ori suprafața unui pixel în comparație cu matrice convențională la aceeași lățime de pixeli (Fig. 5-1 și 5-2). Cu alte cuvinte, rotația de pixeli în CMOS-matrice senzor crește fiecare pixel zonă.
Astfel, 1/3 inch senzor ClearVid matrice și numărul de pixeli de 960 x 1080 are de două ori aria pixelilor comparativ cu o matrice convențională de 1920 x 1080. Astfel, suprafața de pixeli ClearVid corespunde zonei pixel într-o matrice convențională 1/1 89 inch 1920 x 1080. cu alte cuvinte, noul design senzor permite obținerea unui pixel suprafață foarte mare în ceea ce privește dimensiunea matricei (Fig. 6-1 și 6-2). Astfel, ClearVid, în ciuda dimensiunilor sale reduse, are o structură de înaltă densitate și o sensibilitate ridicată. Suprafața crescută a matricei de pixeli ClearVid

permite de a realiza o sensibilitate mai mare în două moduri diferite: în mod direct, printr-o mai mare zona de înregistrare a fluxului luminos și indirect, prin utilizarea mai eficientă a microlentile on-chip. Un microlentile peste fiecare pixel colectează lumina care altfel ar fi incident pe suprafața fotosensibilă în afara câmpului și dirijeaza la receptor (Fig. 7), care prevede o creștere a sensibilității. Eficiență prin intermediul tehnologiei de microlentile ClearVid este mult îmbunătățită datorită creșterii relativă în zona de pixeli.

* Calculul se bazează pe valori teoretice, și nu ține cont de dimensiunile relative ale circuitelor de transmisie a semnalului, și în alte zone ale alta decât suprafața sa fotosensibilă matricea. De asemenea, trebuie remarcat faptul că sensibilitatea aparatului foto sau camera video este determinată nu numai de suprafața matricei, dar, de asemenea, fabricarea de tehnologii optice, tehnici de reducere a zgomotului, algoritmul de procesare a semnalului și mulți alți factori.

Caracteristici matrice ClearVid pentru trei-chip senzor de imagine CMOS

Sistemul ClearVid cu trei cip este utilizat în prezent în camerele video Sony HVR-Z7E, HVR-S270E, HVR-Z5E, HVR-V1EH HXR-NX5E. Deoarece CMOS-matrice ClearVid are aranjament în zig-zag de pixeli, rândurile adiacente sunt deplasate cu o jumătate de pixel, așa cum se arată în Fig. 8. Acest aranjament poate duce la presupunerea falsă că matricea utilizată într-o tehnologie convențională schimbare de interpolare a pixelilor. De fapt, sistemul de trei cip ClearVid utilizează un mecanism de interpolare mai sofisticate, așa cum este descris mai jos. În abordarea convențională a interpolarea pixeli mutat cipuri sunt montate pe prisma, astfel încât R și B matrici primesc o schimbare de jumătate pixel în raport cu matricea G.

Astfel, fiecare pixel implicat în formarea a două semnale. Acest lucru este prezentat în Fig. 9 unde G pixel utilizată pentru a genera semnale G + R1 + B1 și G + R2 + B2. Această metodă face posibilă dublarea semnalului. De fapt, cu toate acestea, o îmbunătățire semnificativă în rezoluția se realizează numai în acele domenii în care toate cele trei semnale de culoare. Această metodă nu oferă un câștig semnificativ pentru fotografiere facilități monocromatice, cum ar fi un gazon verde sau trandafiri roșii (fig. 10).
Sistemul ClearVid trei cip utilizează o abordare diferită, care permite o rezolutie maxima, indiferent de nivelul relativ al semnalului de culoare. ClearVid sistem cu trei-chip ofera rezolutie full HD (1080 de linii de pixeli) vertical și 960 pixeli pe orizontală.

Rezoluția orizontală este mărită la full-HD (1920 eșantioane) prin interpolare cu crearea unui pixel virtuale la fiecare punct al grilajului; Acest pixel virtual este generat pe baza informațiilor de la patru pixeli învecinate. O astfel de interpolare se realizează în mod independent în fiecare matrice R, G și B. Spre deosebire de abordarea tradițională, eficacitatea sa nu este complet legat de amestecarea culorilor (Fig. 11-1 și 11-2). Această metodă este la fel de eficientă pentru obiectele raznots-vetnyh și obiectele prezentate flori, în principal monocrome precum trandafiri și peluze. Astfel, camerele video cu trei-chip cu sistem ClearVid sunt o soluție excelentă pentru toate combinațiile de culori, așa cum se arată în Fig. 12. Interpolarea de mai sus se face în dezvoltate Sony Procesor Procesor Enhanced Imaging ™.

Acest procesor permite utilizarea matrice ClearVid de 960 x 1080 pixeli, de a crea un semnal full-HD de 1920 x 1080, cu culori frumoase.

In HRV-Z7E, HVR-Z5E, HVR-S270E și HXR-NX5E A: 1/3-inch ClearVid sistem cu trei cip și HVR-V1E folosind soluție de 1/4-inch. Trebuie remarcat faptul că HVR-HD1000E are-un cip 1 / 2.9 inch traductor matrice ClearVid. Cip unic 1 este utilizat / 3 inch CMOS model de senzor matrice HVR-A1E ClearVid.

Sensibilitatea și zgomot

Pentru a capta imagini cu expunerea corespunzătoare în condiții de lumină slabă, folosind două abordări principale.

1) Îmbunătățirea parametrilor senzorului de imagine
Sensibilitatea poate fi îmbunătățită prin îmbunătățirea eficienței de conversie fotoelectric prin creșterea zonei de pixeli, folosind o structură de lentile de pe obiectiv, și introducerea altor îmbunătățiri parametri senzori.

2) câștig electronic luminanță
câștig electronic de luminozitate poate crește sensibilitatea camerei video, dar, de asemenea, crește nivelul de zgomot, care este deja prezent în semnal, prin care imaginea achiziționează structura granulară. Prin urmare, de suprimare a zgomotului poate oferi sensibilitate semnificativă creștere a camerei video datorită unui câștig de semnal mai mare.

Zgomotul de natură diferită. Mai jos sunt descrise două surse de zgomot tipic.

zgomot model fix
CMOS-matrice are un amplificator separat pentru fiecare pixel. Prin urmare,-matrice CMOS dispozitiv HD conține mai mult de un milion de astfel de amplificatoare. Este nerealist să ne așteptăm ca toate aceste amplificatoare vor fi exact la fel ca și în procesul de producție este inevitabil unii parametri de dispersie. Acest nesimilaritate amplificatoare dă naștere la interferențe, cunoscut sub numele de „zgomot model fix“. Din fericire, această problemă poate fi rezolvată prin corectarea CDS adăugarea de circuit (Corelat dublă de prelevare a probelor - «eșantionare dublu, corelată") pentru eliminarea zgomotului și a restabili semnalul original.

zgomot analogic
Atunci când taxa este transferat sub forma unui semnal analogic, unele zgomot extern introdus în timpul transmisiei în ea. Acest zgomot crește pe măsură ce distanța de transmisie.

Tehnologia de reducere a zgomotului Exmor ™

Sony a dezvoltat în mod specific pentru noua CMOS-matrice tehnologie Exmor. În acest sistem, un convertor analog-digital este setat aproape fiecare linie de pixeli (o astfel de structură este numită o „coloane paralele-analog-digital de conversie“, adică digitizarea semnalelor analogice produse aproape imediat. Într-un semnal tipic analogic matrice generată în amplificator fiecărui pixel, trebuie să treacă mai întâi un convertor analog-digital de la distanță (Fig. 13). semnalele analogice sunt foarte sensibile la zgomot, iar nivelul de zgomot în acesta este mai mare, cu atât mai mare distanța de transmisie a semnalului. tehnologia Exmo re analog-digital, convertoare sunt dispuse cât mai aproape de pixeli, ceea ce reduce influența externă a zgomotului. De asemenea, furnizate CDS sofisticate de reducere a zgomotului digitale, care măsoară zgomotul înainte de conversie, și apoi, după conversie, produce o suprimare a zgomotului. Acest nou sistem, care funcționează înainte și după analog-digital de conversie este mult mai precis decât CDS sistemele convenționale, care funcționează numai în semnalul analogic (Fig. 14).

Ca urmare, camerele video care utilizează diferite tehnologii Exmor zgomot redus în comparație cu pe baza de camerele video convenționale HD CMOS senzori. Diferențele sunt vizibile în special în condiții de lumină slabă, în special în cazul în care camera senzori Exmor eficient.

Noul sistem de reducere a zgomotului Exmor este echipat cu un sistem de trei-chip-Clear Vid, utilizat în camerele video Sony HVR-Z7E, HVR-Z5E, HVR-S270 și HXR-NX5E. Aceste CMOS-matrice de nouă generație au un setări semnificativ mai mari în comparație cu modelele anterioare.

10.12.11 Sursa: Sony