La calidad de imagen de la videocámara depende en gran medida del sensor fotosensible (matriz) utilizado en ella. Después de todo, coloque al menos el mejor procesador para digitalizar video: si se recibe una mala imagen en la matriz, no será buena. Trataré de explicarle popularmente a qué debe prestar atención en las características del sensor de una cámara CCTV, para que luego no sea insoportablemente doloroso al mirar la imagen ...
Tipo de matrizEn Internet seguramente encontrará información de que las matrices fotosensibles CCD (CCD, dispositivo de carga acoplada) y CMOS (CMOS, semiconductor de óxido de metal complementario) se utilizan en cámaras de video vigilancia. Olvídalo! Durante mucho tiempo solo hubo CMOS, solo hardcore.
Las matrices CCD, con todas sus ventajas (mejor fotosensibilidad y reproducción del color, menor nivel de ruido), prácticamente no se utilizan en videovigilancia. Porque el principio mismo de su acción de las matrices CCD (lectura de carga secuencial a través de las células) es demasiado lento para satisfacer las demandas de las cámaras de video rápidas y modernas de alta resolución. Bueno, y lo más importante, CCD es más costoso de fabricar, y en las condiciones de un entorno moderno altamente competitivo, cada centavo de ganancia cuenta. Es por eso que todos los fabricantes clave se centraron en el tema de las matrices CMOS.
No quedan muchos fabricantes, por cierto. Las más grandes, a principios de 2017, son las compañías: ON Semiconductor Corporation (que en un momento adquirió la conocida compañía de perfil Aptina), Omnivision Technologies Inc., Samsung Electronics y Sony Corporation. Además, las matrices para necesidades propias son producidas, por ejemplo, por Canon, Hikvision.
Los fabricantes de chips chinos de "segundo nivel" jóvenes, entusiastas y económicos, como SOI (Silicon Optronics, Inc.) y otros, están intentando competir por las marcas antiguas. . Pero, en cualquier caso, la aparición de nuevos jugadores y el agravamiento de la lucha no están excluidos en este segmento, ya que no es demasiado difícil establecer la producción de sensores CMOS según los estándares modernos.
Las principales marcas mundiales como
Hikvision o
Dahua generalmente prefieren trabajar con fabricantes de matrices de primer nivel o los suyos. Los locales se comportan de manera diferente. Por ejemplo,
Tecsar incluso en cámaras de bajo costo usa matrices con una buena reputación de ON Semiconductor, Omnivision y Sony. En el surtido de otras marcas "populares", por ejemplo,
Berger , sensores SOI, etc. están ampliamente representados.
¿Cómo se hacen las matrices de cámaras digitales?Liderazgo CMOSLa tecnología CMOS permite la colocación de componentes electrónicos (condensadores, transistores) directamente en cada píxel de la matriz fotosensible.
Estructura de píxeles y matriz CMOS
Esto reduce el área utilizable del elemento fotosensible y reduce la sensibilidad, además los elementos activos aumentan el nivel de ruido intrínseco de la matriz. Pero la tecnología le permite convertir la carga del elemento fotosensible en una señal eléctrica directamente en la matriz y mucho más rápido para generar una señal de imagen digital, que es fundamental para las cámaras de video. Es por eso que CMOS es más adecuado para cámaras CCTV donde se requiere un cambio rápido de marco.
El principio de funcionamiento de las matrices CCD y CMOSAdemás, la capacidad de leer aleatoriamente las celdas de la matriz CMOS hace posible literalmente "sobre la marcha" cambiar la calidad y la tasa de bits del video recibido, lo cual es imposible para CCD. Y el consumo de energía de las soluciones CMOS es menor, lo que también es importante para las cámaras de vigilancia compactas.
Que haya colorPara obtener una imagen en color, la matriz descompone el flujo luminoso en sus colores componentes: rojo, verde y azul. Para esto, se utilizan los filtros apropiados. Los diferentes fabricantes varían la ubicación y el número de elementos fotosensibles de diferentes colores, pero la esencia de esto no cambia.
El principio de la formación de imágenes en una matriz fotosensible:
P - elemento fotosensible
T - componentes electrónicos
La forma en que el sensor CMOS de la cámara está organizado y funciona también se puede ver en este video de Canon:
Las matrices CMOS de todos los fabricantes se basan en los principios generales descritos anteriormente, que difieren solo en los detalles de implementación del silicio. Por ejemplo, en la búsqueda de bajo costo y super beneficio, los fabricantes de chips intentan producir matrices lo más pequeñas posible. La venganza por esto es inevitable ...
¿Por qué lo grande es bueno?El tamaño (o, en otras palabras, el formato) de la matriz generalmente se mide diagonalmente en pulgadas y se indica en forma de fracciones, por ejemplo 1/4 ", 1/3", 2/3 ", 1/2 pulgada, etc.
La primera regla para elegir la mejor matriz es bastante simple: con el mismo número de píxeles (resolución), cuanto más grandes sean las dimensiones físicas del sensor, mejor. Una matriz más grande tiene píxeles más grandes, lo que significa que captura más luz. Los píxeles de la matriz más grande están menos espaciados, lo que significa menos interferencia y un menor nivel de ruido espurio, lo que afecta directamente la calidad de la imagen resultante. Finalmente, una matriz más grande le permite obtener ángulos de visión más grandes cuando usa una lente con la misma distancia focal.
Sensor fotosensible semiconductor ON para cámaras CCTV
Sensor fotosensible montado en la placa de la videocámaraPor desgracia, las matrices de gran formato en las cámaras de vigilancia masiva ahora prácticamente no se usan debido al alto costo de las matrices en sí mismas y sus lentes, que deberían tener lentes más grandes y, en consecuencia, dimensiones y costo. Hoy en día, las cámaras se instalan principalmente en matrices de 1/2 "- 1/4" (estas son las más pequeñas). Al elegir una cámara, debe comprender claramente que al comprar un modelo de costo ultra bajo con una matriz SOI de 1/4 "y una lente pequeña con lentes de plástico de dudosa transparencia, no puede crear un sistema de monitoreo de video de calidad aceptable, en el cual sería posible distinguir claramente entre pequeños detalles de los eventos capturados, especialmente cuando se dispara en condiciones de poca luz.
Elegir una cámara con un tamaño de cámara Sony de 1 / 2.8 "a priori le dará un resultado mucho mejor en calidad de video, una cámara con esa matriz ya se puede usar en un sistema de videovigilancia profesional. Y la sensibilidad de dicha cámara será obviamente mayor, lo que permitirá un mejor disparo en baja Iluminación: con mal tiempo, al anochecer, en una habitación oscura, etc. Con un aumento de la resolución en el mismo tamaño de matriz, la fotosensibilidad disminuye, y esto también debe tenerse en cuenta al elegir. Para una cámara instalada en una raíz oscura Rotne en la puerta trasera, tiene sentido elegir una matriz con una resolución más baja y una sensibilidad más alta que una cámara de resolución ultra alta con una matriz de baja sensibilidad en la que nada se puede distinguir claramente debido al ruido.
FotosensibilidadLa fotosensibilidad de la matriz determina la posibilidad de su funcionamiento en condiciones de iluminación ambiental débil. Desde el punto de vista de la física, esto parece bastante banal: cuanto menos energía de luz es suficiente para obtener una imagen por una matriz, mayor es su fotosensibilidad. Pero! Seremos honestos, no vale la pena perseguir una alta sensibilidad. El hecho es que las cámaras CCTV modernas cambian de manera segura a los modos día / noche, con una disminución de la iluminación, traduciendo la matriz en una imagen en blanco y negro con mayor sensibilidad. Además, la inclusión automática de iluminación infrarroja brinda a las cámaras la capacidad de disparar perfectamente incluso en la oscuridad total. Por ejemplo, en una habitación cerrada sin ventanas y con las luces apagadas, cuando ni siquiera hay una palabra sobre el nivel de algún tipo de iluminación externa. La fotosensibilidad sigue siendo crítica para las cámaras que carecen de iluminación IR, pero usarlas en videovigilancia moderna es casi una mala idea. Aunque los modelos de carrocería sin retroiluminación todavía están a la venta, por supuesto.
Comparación de matrices de diferentes fabricantes.En general, la regla es esta: cuanto mayor sea la iluminación, mejor será la matriz y, en consecuencia, la cámara tomará. Por lo tanto, no se recomienda colocar cámaras en los rincones oscuros, incluso si tienen buena sensibilidad. Tenga en cuenta que la especificación de las matrices de cámara generalmente indica el nivel mínimo de iluminación cuando puede capturar al menos alguna imagen. ¡Pero nadie promete que esta imagen tendrá al menos una calidad aceptable! Será desagradable en el 100% de los casos, difícilmente se puede desmontar. Para lograr al menos un resultado satisfactorio, se recomienda disparar al menos 10-20 veces más cuando está iluminado que el mínimo aceptable para la matriz.
Los fabricantes idearon una serie de soluciones técnicas para mejorar la sensibilidad de las matrices CMOS y reducir la pérdida de luz durante la captura de imágenes. Para esto, se utiliza básicamente un principio: sacar el elemento fotosensible lo más cerca posible de la microlente de la matriz que recoge la luz. Sony introdujo por primera vez su tecnología Exmor, que redujo la trayectoria de la luz a través de la matriz:
Luego, los fabricantes progresivos juntos cambiaron al uso de matrices retroiluminadas, lo que permite no solo acortar el camino de la luz a través de la matriz, sino también hacer que el área útil de la capa fotosensible sea más grande al colocarla sobre otros elementos electrónicos en la celda:
La tecnología de retroiluminación le da a la cámara la máxima sensibilidad. De ahí la conclusión: "ceteris paribus" es mejor comprar una cámara usando una matriz con luz de fondo que sin ella.
Para mejorar la imagen en condiciones de poca luz para matrices de baja sensibilidad y bajo costo, los fabricantes de cámaras pueden usar varios trucos. Por ejemplo, el modo de "obturación lenta", o más simplemente, el modo de velocidad de obturación lenta. Sin embargo, la "mancha" de los contornos de los objetos en movimiento que ya están en la etapa de fijación de la imagen por la matriz en este modo no nos permite hablar de un poco de grabación de video de alta calidad, por lo tanto, este enfoque es completamente inaceptable en la video vigilancia de seguridad, donde los detalles son importantes.
Un avance definitivo en la calidad de imagen fue el advenimiento de la tecnología Starlight, introducida por primera vez en las cámaras Bosch en 2012. Esta tecnología, gracias a la combinación de la enorme fotosensibilidad de la matriz (del orden de 0,0001 - 0,001 lux) y la tecnología de reducción de ruido muy efectiva, permitió obtener imágenes en color de muy alta calidad de cámaras de video en condiciones de poca luz e incluso por la noche.
Si bien la forma tradicional de superar la poca luz, mediante la iluminación IR, permite obtener una imagen clara solo en modo monocromo (tonos de gris), las cámaras con tecnología Starlight le permiten obtener una imagen en color que tiene mucha más información. En particular, con poca luz, un sistema de CCTV con tecnología Starlight puede distinguir fácilmente los colores de los automóviles, la ropa y otros signos importantes.
Aquí hay una demostración de la tecnología Starlight en acción:
ResumenAl elegir una cámara de vigilancia, asegúrese de prestar atención a las características de la matriz y no solo a su resolución. De hecho, la calidad de la imagen y, en consecuencia, la utilidad de la cámara dependerán en gran medida de esto. En primer lugar, debe prestar atención a una marca confiable, tamaño y resolución de la matriz, la fotosensibilidad es importante solo para las cámaras que carecen de iluminación IR.
Recomiendo encarecidamente tomar una cámara con una matriz mediante la cual pueda encontrar una hoja de datos sensata con información detallada, en lugar de comprar un cerdo en un empuje. Por ejemplo, puede encontrar fácilmente especificaciones para matrices ON Semiconductor, Omnivision o Sony. Pero las características más o menos detalladas de las matrices SOI no se pueden encontrar en la tarde con una linterna. Existe la sospecha de que el fabricante tiene algo que ocultar ...
Pero el resultado general es el siguiente: las matrices CMOS ganadas incondicionalmente en dispositivos de videovigilancia y en el futuro cercano no van a renunciar a ninguna tecnología competitiva.