Principe de fonctionnement
Le capteur d'image à dispositif à couplage de charge CCD (dispositif à couplage de charge), composé d'un matériau semi-conducteur à haute sensibilité, peut convertir la lumière en charge électrique. La puce du convertisseur numérique se convertit en signaux numériques. Après avoir été compressés, les signaux numériques sont stockés dans la mémoire flash interne de l'appareil photo ou dans la carte disque dur intégrée, de sorte que les données peuvent être facilement transmises à l'ordinateur, et à l'aide de moyens de traitement informatique, selon les besoins et l'imagination Modifier le image. Le CCD est composé de nombreuses unités photosensibles, généralement en mégapixels. Lorsque la surface du CCD est éclairée par la lumière, chaque unité photosensible réfléchit la charge sur le composant, et les signaux générés par toutes les unités photosensibles sont additionnés pour former une image complète.
CCD
Comparé au film traditionnel, le CCD est plus proche de la façon dont l'œil humain travaille avec la vision. C'est juste que la rétine de l'œil humain est composée de bâtonnets responsables de la détection de l'intensité lumineuse et de cônes pour la détection des couleurs, et ils travaillent ensemble pour former une détection visuelle. Après 35 ans de développement, la forme générale et le mode de fonctionnement du CCD ont été finalisés. La composition du CCD est principalement composée d'une grille en mosaïque, d'une lentille de condenseur et d'une matrice de circuits électroniques en bas. Les entreprises capables de produire des CCD sont : SONY, Philips, Kodak, Matsushita, Fuji et Sharp, dont la plupart sont des fabricants japonais.
Type CCD
Il existe principalement deux types d'éléments photosensibles CCD, les CCD linéaires et les CCD matriciels.
CCD linéaire
Le CCD linéaire est utilisé pour les caméras statiques haute résolution. Il ne prend qu'une ligne de l'image à la fois, ce qui est identique à la méthode de numérisation d'un scanner à plat. Ce type de capteur CCD a une grande précision et une vitesse lente, et ne peut pas être utilisé pour photographier des objets en mouvement, ni utiliser le flash.
CCD matriciel
CCD matriciel, chaque élément photosensible représente un pixel dans l'image, lorsque l'obturateur est ouvert, toute l'image est exposée en même temps. Généralement, il existe deux méthodes pour le CCD matriciel pour traiter la couleur. L'une consiste à intégrer des filtres de couleur dans la matrice CCD et à utiliser des filtres de couleurs différentes pour des pixels similaires. Il existe deux arrangements typiques : GRGB et CYGM. Les principes d'imagerie de ces deux agencements sont les mêmes. Lors de l'enregistrement de photos, le microprocesseur à l'intérieur de l'appareil photo obtient un signal de chaque pixel et combine quatre points adjacents en un pixel. Cette méthode permet une exposition instantanée et le microprocesseur peut calculer très rapidement. C'est le principe d'imagerie de la plupart des CCD d'appareils photo numériques. Parce qu'il ne s'agit pas de la même synthèse de points, qui contient des calculs mathématiques, le plus gros inconvénient de ce CCD est que les images produites ne peuvent pas toujours être aussi nettes qu'un couteau.
CMOS
Le semi-conducteur à oxyde de métal complémentaire CMOS (semiconducteur à oxyde de métal complémentaire), comme le CCD, est un semi-conducteur qui peut enregistrer les changements de lumière dans les appareils photo numériques. La technologie de fabrication du CMOS n'est pas différente de celle des puces informatiques générales. Il utilise principalement des semi-conducteurs à base de silicium et de germanium pour le faire coexister avec les grades N (chargé-chargé) et P (chargé + chargé) sur CMOS. Dans les semi-conducteurs, le courant généré par ces deux effets complémentaires peut être enregistré et interprété en images par la puce de traitement. Cependant, l'inconvénient du CMOS est qu'il est trop sujet au bruit. Ceci est principalement dû au fait que la conception initiale a fait surchauffer le CMOS en raison des changements de courant fréquents lors du traitement d'images à changement rapide.
SUPER CCD
En plus du CCD et du CMOS, il y a aussi le SUPER CCD lancé en exclusivité par Fuji. SUPER CCD n'utilise pas de diodes carrées conventionnelles, mais utilise un huit côtés En forme de diode, les pixels sont disposés en nid d'abeille et la surface du pixel unitaire est plus grande que celle d'un CCD traditionnel. En raison de la rotation des pixels de 45 degrés, l'espace supplémentaire inutile pour la prise de vue peut être réduit et l'efficacité de la concentration de la lumière est relativement élevée. Une fois l'efficacité augmentée, la sensibilité, le rapport signal/bruit et la plage dynamique sont améliorés.
Caractéristiques du SUPER CCD
Chaque pixel d'un CCD traditionnel se compose d'une diode, d'un chemin de signal de commande et d'un chemin de transmission de puissance. SUPER CCD utilise des diodes octogonales en nid d'abeille, le chemin du signal de commande d'origine est annulé, une seule direction du chemin de transmission de puissance est nécessaire et la diode photosensible a plus d'espace. La structure d'arrangement du SUPER CCD est plus étroite que celle du CCD ordinaire. De plus, le taux d'utilisation des pixels est plus élevé. C'est-à-dire que sous la même taille, la photodiode du SUPER CCD absorbe la lumière relativement élevée, ce qui rend la sensibilité, le rapport signal sur bruit et la plage dynamique améliorées.
Alors pourquoi le pixel de sortie du SUPER CCD est-il plus élevé que le pixel effectif ? On sait que le CCD n'est pas très sensible au vert, il est donc synthétisé avec le GBRG. En fait, certains des pixels réels de chaque pixel synthétisé sont partagés, il existe donc un certain écart entre la qualité de l'image et l'état idéal. C'est pourquoi certains appareils photo numériques professionnels haut de gamme utilisent le 3CCD pour détecter séparément la lumière tricolore RVB. Le SUPER CCD a obtenu les mêmes pixels R, V et B en modifiant la relation d'arrangement entre les pixels, et lors de la synthèse des pixels, il s'agit également d'un groupe de trois. Par conséquent, le CCD traditionnel en utilise quatre pour synthétiser un pixel. En fait, seulement trois suffisent, et un est gaspillé. Cependant, SUPER CCD l'a découvert, et seulement trois peuvent être utilisés pour synthétiser un pixel. En d'autres termes, CCD synthétise un pixel tous les 4 points, et chaque point est calculé 4 fois ; SUPER CCD synthétise un pixel tous les 3 points, et chaque point est également calculé 4 fois, donc le taux d'utilisation des pixels SUPER CCD est supérieur à celui des CCD traditionnels. Plus de pixels sont générés.
La différence entre CMOS et CCD
Bonne qualité
On voit d'après le principe de fonctionnement des deux dispositifs photosensibles que l'avantage du CCD réside dans la bonne qualité d'imagerie. Cependant, en raison de la complexité du processus de fabrication, seuls quelques fabricants peuvent le maîtriser, ce qui entraîne des coûts de fabrication élevés, en particulier pour les gros CCD, qui sont très coûteux.
Sous la même résolution, le CMOS est moins cher que le CCD, mais la qualité d'image produite par les dispositifs CMOS est inférieure à celle du CCD. La plupart des appareils photo numériques grand public et haut de gamme sur le marché utilisent le CCD comme capteurs ; Les capteurs CMOS sont utilisés comme produits bas de gamme dans certains appareils photo. Si un fabricant d'appareils photo utilise des capteurs CCD pour les appareils photo, le fabricant n'a certainement ménagé aucun effort pour l'utiliser comme argument de vente pour le faire connaître, et l'a même surnommé "appareil photo numérique". Pendant un certain temps, l'opportunité d'avoir un capteur CCD est devenue l'un des critères permettant aux gens de juger de la qualité d'un appareil photo numérique.
Economie d'énergie
Le principal avantage du CMOS pour CCD est qu'il économise de l'énergie. Contrairement aux CCD composés de diodes, les circuits CMOS n'ont presque pas de consommation d'énergie statique, uniquement lorsque le circuit est allumé. Seule la consommation d'énergie. Cela rend la consommation d'énergie du CMOS seulement environ 1/3 de celle du CCD ordinaire, ce qui contribue à améliorer la mauvaise impression des gens que les appareils photo numériques sont des "tigres électriques". Le principal problème du CMOS est qu'il surchauffe en raison des changements de courant fréquents lors du traitement d'images à changement rapide. Si le courant d'obscurité est bien supprimé, ce ne sera pas un gros problème, et s'il n'est pas bien supprimé, il sera très facile d'apparaître du bruit.
Méthode de numérisation des données d'image
De plus, la méthode de balayage des données d'image du CMOS et du CCD est très différente. Par exemple, si la résolution est de 3 millions de pixels, le capteur CCD peut scanner en continu 3 millions de charges. La méthode de numérisation est très simple. C'est comme passer un seau d'une personne à une autre, et seulement après la fin de la dernière analyse des données. Amplifier le signal. Chaque pixel d'un capteur CMOS possède un amplificateur qui convertit les charges électriques en signaux électriques. Par conséquent, le capteur CMOS peut effectuer une amplification du signal pixel par pixel. Cette méthode permet d'économiser toutes les opérations de transmission non valides, de sorte qu'une analyse rapide des données peut être effectuée avec une faible consommation d'énergie et le bruit est également réduit. Il s'agit de la technologie de transfert de charge complète de Canon au sein du pixel.
Facteurs affectant les appareils photosensibles
Pour les appareils photo numériques, les facteurs d'imagerie des dispositifs photosensibles à l'image comprennent principalement deux aspects : l'un est la zone du dispositif photosensible ; l'autre est la couleur du dispositif photosensible Depth.
Zone
Plus la zone de l'appareil photosensible est grande, plus l'image est grande. Dans les mêmes conditions, il peut enregistrer plus de détails sur l'image, les interférences entre les pixels sont également faibles et la qualité de l'image est meilleure. Cependant, avec le développement des appareils photo numériques dans le sens de la mode et de la compacité, le domaine des appareils photosensibles ne peut que devenir de plus en plus petit.
La profondeur de la couleur
Outre la zone, l'appareil photosensible possède un indicateur important, qui est la profondeur de couleur, qui est le bit de couleur, c'est-à-dire le nombre de nombres binaires utilisés pour enregistrer les trois couleurs primaires. Le dispositif photosensible des appareils photo numériques non professionnels est généralement de 24 bits, l'échantillonnage des points haut de gamme est de 30 bits et l'enregistrement est toujours de 24 bits, le dispositif d'imagerie des appareils photo numériques professionnels est d'au moins 36 bits, et on dit qu'il y a 48 bits. CCD. Pour un appareil 24 bits, la valeur de luminosité que l'unité photosensible peut enregistrer est jusqu'à 2^8=256 niveaux, et chaque couleur primaire est représentée par un nombre binaire 8 bits. La couleur maximale pouvant être enregistrée est de 256x256x256, soit environ 16,77 Dix mille sortes. Pour un appareil 36 bits, l'unité de détection de lumière peut enregistrer jusqu'à 2^12=4096 niveaux, chaque couleur primaire est représentée par un nombre binaire 12 bits et la couleur enregistrable maximale est de 4096x4096x4096, soit environ 6,87 milliards de types. Par exemple, si la luminosité de la partie la plus lumineuse d'un certain sujet est 400 fois supérieure à la luminosité de la partie la plus sombre, si vous utilisez un appareil photo numérique qui utilise un appareil photosensible 24 bits pour prendre des photos, si la partie faiblement éclairée est exposée, la luminosité sera généralement supérieure à celle de la partie la plus sombre. Les parties de 256 fois sont surexposées, la gradation est perdue et des points lumineux se forment. Si la partie la plus claire est exposée, les parties en dessous d'une certaine luminosité sont toutes sous-exposées. Si vous utilisez un appareil photo numérique professionnel qui utilise un appareil photosensible 36 bits, il n'y aura pas de problème.
Développement de dispositifs photosensibles
Historique du développement
Le CCD a été développé par Bell Research Laboratory aux États-Unis en 1969. Dans les années 1980, bien que le capteur d'image CCD soit défectueux, les difficultés ont finalement été surmontées grâce à des recherches continues, et un CCD de haute résolution et de haute qualité a été fabriqué dans le seconde moitié des années 1980. Dans les années 1990, un CCD mégapixel haute résolution a été produit. À cette époque, le développement du CCD avançait à pas de géant. Cela fait plus de 20 ans depuis le développement du CCD. Après être entrée au milieu des années 1990, la technologie CCD s'est développée rapidement et, dans le même temps, la surface unitaire du CCD est devenue de plus en plus petite. Mais afin d'améliorer la qualité d'image de l'image tout en réduisant la zone CCD, SONY et 1989 ont développé le SUPER HAD CCD. Ce nouveau dispositif photosensible repose sur le grossissement de l'amplificateur interne du composant CCD lorsque la zone CCD est réduite. Améliorer la qualité de l'image. Après cela, NEW STRUCTURE CCD, EXVIEW HAD CCD, technologie de filtre à quatre couleurs (appliquée exclusivement pour SONY F828) est apparu l'un après l'autre. L'appareil photo numérique Fuji utilise Super CCD (Super CCD) et Super CCD SR.
Brillant avenir
Pour le CMOS, il est pratique pour la production de masse, rapide et à faible coût, qui sera la direction du développement des composants clés des appareils photo numériques. Grâce aux efforts continus de CANON et d'autres sociétés, de nouveaux dispositifs CMOS sont constamment introduits et des dispositifs CMOS à plage dynamique élevée sont apparus. Cette technologie élimine le besoin d'obturateur, d'iris, de contrôle automatique de gain et de correction gamma, et la rend proche du CCD. Qualité d'image. De plus, en raison de la plasticité inhérente du CMOS, un photorécepteur CMOS à grande échelle avec des pixels élevés peut être fabriqué sans augmenter le coût. Comparé à la stagnation du CCD, le CMOS a fait preuve d'une vitalité vigoureuse en tant que nouveauté. En tant que composant central des appareils photo numériques, les photorécepteurs CMOS ont progressivement remplacé les photorécepteurs CCD, et nous espérons qu'ils deviendront des photorécepteurs grand public dans un proche avenir. Élément photosensible