Матриця цифрової камери. Типи і розмір матриць

Вибираючи цифрову камеру для мікроскопа або телескопа, часто звертають увагу лише на роздільну здатність матриці, тобто кількість мегапікселів. Однак це не єдиний важливий параметр цифрової камери, що визначає якість отриманих фотографій і відеороликів. За якими ж ознаками слід вибирати цифрову камеру, і чим вони можуть відрізнятися одна від іншої?

Головним елементом цифрової камери є її матриця, яка, власне, і фіксує зображення в цифрових камерах. Зазначимо, що також в технічному описі цифрових камер часто вживається і термін сенсор, що позначає те ж, що і матриця. Матриця складається з масиву світлочутливих осередків, і саме від неї залежить якість зображення, отриманого за допомогою цифрової камери.

Існує два основних типи матриць: CCD (ПЗЗ-матриці) і CMOS (КМОН матриці), що відрізняються за застосовуваною технологією. І якщо на ринку фотоапаратів найбільш поширені цифрові камери з ПЗЗ матрицею, то більшість моделей цифрових камер для телескопів і мікроскопів мають саме CMOS матрицю.

Чим же відрізняється ПЗЗ матриця від КМОН матриці? Основною їх відмінністю є те, що в ПЗЗ матриці інформація з комірок зчитується послідовно, в той час як в КМОН матрицях інформація зчитується індивідуально з кожної окремої клітинки. З цієї причини в ПЗЗ матриці Ви не можете зробити наступний знімок до тих пір, поки не буде цілком сформований попередній. Що ж стосується КМОН матриць, то завдяки застосовуваній технології їх можна використовувати не тільки для фотографування, але і для експонометра і роботи автофокусу. Крім цього, КМОН матриці значно дешевші у виробництві, і тому доступніші для багатьох користувачів. Ще одна важлива перевага КМОН матриць над ПЗЗ матрицями – споживання меншої кількості енергії.

Першим ділом вибираючи цифрову камеру, ми рекомендуємо Вам звернути увагу на розмір матриці. Фізичний розмір матриці називається її геометричний розмір, тобто довжина і ширина матриці, виражені в мм. Фізичний розмір матриці визначає її якість. Дізнатися значення цього параметра можна з її технічного опису, хоча, як правило, розміри фотосенсорів виробники вказують не в мм, а ввівши спеціальне позначення типу матриці у вигляді дрібних частин дюйма, наприклад: 1/4", 1/3", 1/2.5", 1/2" і тп. Порівнюючи різні цифрові камери, Ви повинні розуміти, що розмір матриці більше у тієї цифрової камери, у якої знаменник зазначеного дробу буде менше, тобто сенсор 1/2" буде більше сенсора 1/3".

Який же зв'язок між фізичним розміром матриці, зазначеним у мм та типом матриці, вираженому в 1/дюйм? Зазначимо, що введене позначення типу матриці виражає не розмір її діагоналі, а зовнішній розмір колби передавальної трубки. Зверніть увагу на те, що не існує певної математичної формули, що чітко виражає взаємозв'язок між усталеним позначенням типу матриці, вираженого в 1/дюйм, і самим фізичним розміром діагоналі матриці в мм. Тим не менш, у грубому наближенні прийнято вважати, що діагональ сенсора дорівнює двом третинам його типорозміру.

Цілком доцільно поставити питання, а на що ж впливає розмір матриці? Перш за все, як би іронічно це не звучало, розмір матриці цифрової камери впливає на її вартість і вагу.

Крім цього, як ми вже відзначали раніше, розмір сенсора впливає на якість отриманих фотографій і відеороликів. По-перше, від розміру сенсора залежить кількість цифрового шуму, який передається на світлочутливі елементи матриці разом з основним сигналом.

Через цифровий шум отримані знімки отримують неприродний вигляд, у зв'язку з чим виникає таке відчуття, що зверху на знімок накладена маска з точок різного кольору і яскравості.

Причинами виникнення шумів можуть бути дефекти в структурі сенсора, струми витоку (заряд може пробивати ізоляцію і переходити з одного пікселя на інший), нагрівання матриці (так званий тепловий шум, коли при підвищенні температури на 6-8 градусів шум збільшується в 2 рази) і ін.

Звичайно ж, потрібно розуміти, що абсолютно безглуздо розглядати показник шуму окремо - важливе співвідношення сигнал / шум.

Отже, на кількість шумів головним чином впливає фізичний розмір матриці, а також розмір пікселя. Чим більше фізичний розмір сенсора цифрової камери, тим більше його площа і, відповідно, тим більше світла потрапляє на нього. А, отже, корисний сигнал матриці буде сильніший і, значить, ми отримаємо краще співвідношення сигнал / шум, що забезпечить більш яскраве і якісне зображення з більш правильним і природним відтворенням кольору.

Крім цього, зазначимо, що шар ізоляції, що розділяє пікселі один від одного, буде товщий для пікселів великого розміру. Зрозуміло, що чим товщий шар ізоляції, тим менше зарядів зможуть пробити її. Отже, струмів витоку буде теж менше, що відповідно призведе до зменшення шумів.

В якості прикладу пропонуємо Вам уявити матрицю певного розміру. Припустимо, що на одній такій матриці 3000 пікселів (3 Мпікс), а на іншій такій же матриці розташовано 5000 пікселів (5 Мпікс). А тепер уявіть товщину ізоляції пікселів для першого і для другого випадку!

Ще раз відзначимо, що чим менша матриця, тим менша кількість світла на неї потрапляє. В такому випадку Ви отримуєте слабкий корисний сигнал, який доводиться підсилювати. А з посиленням корисного сигналу природно посилюються і стають більш помітними шуми.

На закінчення ще раз повторимо, що чим більший фізичний розмір матриці, тим більша кількість світла на неї потрапляє, а значить, тим якісніше зображення Ви отримаєте.

Автор статті: Галина Цехмістро