Matriks untuk kamera CCTV. Apa yang harus diperhatikan?

Kualitas gambar camcorder sangat tergantung pada sensor fotosensitif (matriks) yang digunakan di dalamnya. Setelah semua, masukkan setidaknya prosesor terbaik untuk mendigitalkan video - jika gambar yang buruk diterima pada matriks, itu tidak akan menjadi baik. Saya akan mencoba menjelaskan secara populer apa yang harus Anda perhatikan dalam karakteristik sensor kamera CCTV, sehingga nantinya tidak akan terlalu menyakitkan ketika melihat gambar ...

Jenis matriks

Di Internet Anda pasti akan menemukan informasi bahwa CCD (CCD, perangkat yang digabungkan dengan biaya) dan CMOS (CMOS, semikonduktor logam-oksida-semikonduktor) digunakan sebagai array fotosensitif dalam kamera pengawas video. Lupakan! Untuk waktu yang lama hanya ada CMOS, hanya hardcore.

Matriks CCD, dengan semua kelebihannya (fotosensitifitas dan reproduksi warna yang lebih baik, tingkat kebisingan yang lebih rendah) - praktis tidak digunakan dalam pengawasan video. Karena prinsip dari tindakan mereka terhadap matriks CCD - pembacaan biaya berurutan antar sel - terlalu lambat untuk memenuhi tuntutan kamera video resolusi tinggi modern yang cepat. Nah, dan yang paling penting, CCD lebih mahal untuk diproduksi, dan dalam kondisi lingkungan yang sangat kompetitif modern, setiap sen dari keuntungan dihitung. Itu sebabnya semua produsen utama fokus pada masalah matriks CMOS.

Omong-omong, tidak banyak produsen yang tersisa. Yang terbesar, pada awal 2017, adalah perusahaan: ON Semiconductor Corporation (yang pada suatu waktu mengakuisisi perusahaan profil terkenal Aptina), Omnivision Technologies Inc., Samsung Electronics dan Sony Corporation. Selain itu, matriks untuk kebutuhan sendiri diproduksi, misalnya oleh Canon, Hikvision.

Persaingan untuk merek lama diupayakan untuk menciptakan pembuat chip "lapis kedua" Tiongkok yang muda, antusias dan menghasilkan uang, seperti SOI (Silicon Optronics, Inc.) dan lainnya. Sulit untuk mengatakan apakah pertumbuhan muda akan bertahan ketika pasar sensor CMOS menjadi jenuh dan menjadi terlalu ramai . Tetapi bagaimanapun juga, kemunculan pemain baru dan kejengkelan perjuangan tidak dikecualikan dalam segmen ini, karena tidak terlalu sulit untuk mengatur produksi sensor CMOS dengan standar modern.

Merek global besar seperti Hikvision atau Dahua biasanya lebih suka bekerja dengan produsen matriks tingkat pertama atau merek mereka sendiri. Perilaku lokal berbeda. Sebagai contoh, Tecsar bahkan dalam kamera berbiaya rendah menggunakan matriks dengan reputasi baik dari ON Semiconductor, Omnivision dan Sony. Dalam bermacam-macam merek "populer" lainnya, misalnya Berger , sensor SOI, dll. Diwakili secara luas.


Bagaimana matriks kamera digital dibuat

Kepemimpinan CMOS

Teknologi CMOS menyediakan penempatan komponen elektronik (kapasitor, transistor) secara langsung di setiap piksel dari matriks fotosensitif.



Struktur piksel dan matriks CMOS

Ini mengurangi area yang dapat digunakan dari elemen fotosensitif dan mengurangi sensitivitas, ditambah elemen aktif meningkatkan tingkat kebisingan intrinsik dari matriks. Tetapi teknologi ini memungkinkan Anda untuk mengubah muatan elemen fotosensitif menjadi sinyal listrik langsung dalam matriks dan jauh lebih cepat untuk menghasilkan sinyal gambar digital, yang sangat penting untuk kamera video. Itulah sebabnya CMOS lebih cocok untuk kamera CCTV di mana perubahan bingkai cepat diperlukan.


Prinsip pengoperasian matriks CCD dan CMOS

Plus, kemampuan untuk membaca sel-sel matriks CMOS secara acak memungkinkan untuk secara harfiah "on the fly" mengubah kualitas dan bitrate dari video yang diterima, yang tidak mungkin untuk CCD. Dan konsumsi daya solusi CMOS lebih rendah, yang juga penting untuk kamera pengintai ringkas.

Biarkan ada warna

Untuk mendapatkan gambar warna, matriks menguraikan fluks bercahaya menjadi warna komponennya: merah, hijau dan biru. Untuk ini, filter yang tepat digunakan. Pabrikan yang berbeda memvariasikan penempatan dan jumlah elemen fotosensitif warna yang berbeda, tetapi esensi dari ini tidak berubah.

Prinsip pembentukan gambar pada matriks fotosensitif:


P - elemen peka cahaya
T - komponen elektronik



Bagaimana sensor CMOS kamera diatur dan berfungsi juga dapat dilihat pada video ini dari Canon:


Matriks CMOS dari semua produsen didasarkan pada prinsip-prinsip umum yang dijelaskan di atas, hanya berbeda dalam detail implementasi pada silikon. Sebagai contoh, dalam mengejar biaya rendah dan laba super, pembuat chip mencoba untuk menghasilkan matriks sekecil mungkin. Pengembalian untuk ini tidak bisa dihindari ...

Mengapa besar itu baik?

Ukuran (atau, dengan kata lain, format) dari matriks biasanya diukur secara diagonal dalam inci dan ditunjukkan dalam bentuk pecahan, misalnya 1/4 ", 1/3", 2/3 ", 1/2 inci, dll.

Aturan pertama untuk memilih matriks terbaik cukup sederhana: dengan jumlah piksel (resolusi) yang sama, semakin besar dimensi fisik sensor, semakin baik. Matriks yang lebih besar memiliki piksel lebih besar, yang berarti menangkap lebih banyak cahaya. Pixel dari matriks yang lebih besar tidak terlalu berdekatan, yang berarti lebih sedikit interferensi dan tingkat kebisingan palsu yang lebih rendah, yang secara langsung mempengaruhi kualitas gambar yang dihasilkan. Akhirnya, matriks yang lebih besar memungkinkan Anda untuk mendapatkan sudut pandang yang besar saat menggunakan lensa dengan panjang fokus yang sama!


PADA Sensor Fotosensitif Semikondaktor untuk Kamera CCTV



Sensor fotosensitif dipasang pada papan camcorder

Sayangnya, array format besar dalam kamera pengintai massal sekarang praktis tidak digunakan karena tingginya biaya array, dan lensa untuk mereka, yang seharusnya memiliki lensa lebih besar dan, karenanya, dimensi dan biaya. Saat ini, kamera dipasang terutama ukuran matriks 1/2 "- 1/4" (ini adalah yang terkecil). Saat memilih kamera, Anda perlu memahami dengan jelas bahwa membeli model ultra murah dengan matriks SOI 1/4 "dan lensa mungil dengan lensa plastik transparansi yang meragukan, Anda tidak dapat membuat sistem pemantauan video dengan kualitas yang dapat diterima, yang memungkinkan untuk membedakan secara jelas antara detail kecil dari peristiwa yang diambil, terutama saat memotret dalam kondisi cahaya rendah.

Memilih kamera dengan ukuran kamera Sony 1 / 2,8 "a priori akan memberi Anda hasil yang jauh lebih baik dalam kualitas video, kamera dengan matriks seperti itu sudah dapat digunakan dalam sistem pengawasan video profesional. Dan sensitivitas kamera seperti itu akan jelas lebih tinggi, yang akan memungkinkan pemotretan lebih baik dalam kondisi rendah Penerangan: dalam cuaca buruk, saat senja, di ruangan gelap, dll. Dengan peningkatan resolusi pada ukuran matriks yang sama, sensitivitas fotosensitif berkurang, dan ini juga perlu diperhitungkan saat memilih. Berputar di pintu belakang, masuk akal untuk memilih matriks dengan resolusi lebih rendah dan sensitivitas lebih tinggi daripada kamera resolusi ultra-tinggi dengan matriks sensitivitas rendah di mana tidak ada yang dapat dengan jelas dibedakan karena kebisingan.

Fotosensitifitas

Fotosensitivitas matriks menentukan kemungkinan operasinya dalam kondisi pencahayaan ambient yang lemah. Dari sudut pandang fisika, ini terlihat cukup dangkal: semakin sedikit energi cahaya cukup untuk mendapatkan gambar dengan matriks, semakin tinggi fotosensitifitasnya. Tapi! Kami akan jujur, tidak layak untuk mengejar sensitivitas tinggi. Faktanya adalah bahwa kamera CCTV modern berhasil beralih ke mode "siang / malam", dengan penurunan pencahayaan, menerjemahkan matriks menjadi gambar hitam-putih dengan sensitivitas lebih tinggi. Plus, pemasukan otomatis pencahayaan infra merah memberi kamera kemampuan untuk memotret dengan sempurna bahkan dalam kegelapan total. Misalnya, di ruangan tertutup tanpa jendela dan dengan lampu dimatikan, ketika tidak ada bahkan sepatah kata pun tentang tingkat semacam pencahayaan eksternal. Fotosensitifitas tetap kritis untuk kamera yang kurang penerangan IR, tetapi menggunakannya dalam pengawasan video modern hampir merupakan ide yang buruk. Meskipun model bodi tanpa lampu latar masih dijual, tentu saja.


Perbandingan matriks dari berbagai produsen

Secara umum, aturannya adalah ini: semakin tinggi iluminasi, semakin baik matriks dan, oleh karena itu, kamera akan mengambil. Oleh karena itu, tidak disarankan untuk menempatkan kamera di sudut dan celah yang gelap, walaupun memiliki sensitivitas yang baik. Ingatlah bahwa spesifikasi matriks kamera biasanya menunjukkan tingkat pencahayaan minimum ketika Anda dapat mengambil setidaknya beberapa gambar. Tetapi tidak ada yang berjanji bahwa gambar ini setidaknya memiliki kualitas yang dapat diterima! Ini akan menjijikkan dalam 100% kasus, hampir tidak dapat dibongkar. Untuk mencapai setidaknya hasil yang memuaskan, dianjurkan untuk menembak setidaknya 10-20 kali lebih banyak ketika diterangi daripada minimum yang dapat diterima untuk matriks.

Pabrikan datang dengan sejumlah solusi teknis untuk meningkatkan sensitivitas matriks CMOS dan mengurangi kehilangan cahaya selama pengambilan gambar. Untuk ini, pada dasarnya satu prinsip digunakan: untuk mengeluarkan elemen fotosensitif sedekat mungkin dengan mikrolensa dari matriks yang mengumpulkan cahaya. Sony pertama kali memperkenalkan teknologi Exmor-nya, yang mengurangi jalur cahaya melalui matriks:



Kemudian, produsen progresif bersama-sama beralih ke penggunaan matriks back-illuminated, yang memungkinkan tidak hanya mempersingkat jalur cahaya melalui matriks, tetapi juga untuk membuat area yang berguna dari lapisan fotosensitif lebih besar dengan menempatkannya di atas elemen elektronik lainnya dalam sel:



Teknologi lampu latar memberikan sensitivitas maksimum pada kamera. Oleh karena itu kesimpulannya - "ceteris paribus" lebih baik untuk membeli kamera menggunakan matriks dengan backlight daripada tanpa itu.

Untuk meningkatkan gambar dalam kondisi cahaya rendah untuk matriks berbiaya rendah sensitivitas rendah, produsen kamera dapat menggunakan berbagai trik. Misalnya, mode "rana lambat", atau lebih sederhana, mode kecepatan rana lambat. Namun, "corengan" kontur objek yang bergerak sudah pada tahap memperbaiki gambar dengan matriks dalam mode ini tidak memungkinkan kita untuk berbicara sedikit tentang perekaman video berkualitas tinggi, oleh karena itu pendekatan ini sama sekali tidak dapat diterima dalam pengawasan video keamanan, di mana rinciannya penting.

Sebuah terobosan pasti dalam kualitas gambar adalah munculnya teknologi Starlight, pertama kali diperkenalkan di kamera Bosch pada tahun 2012. Teknologi ini, berkat kombinasi fotosensitifitas besar dari matriks (dari urutan 0,0001 - 0,001 lux) dan teknologi pengurangan kebisingan yang sangat efektif, memungkinkan untuk mendapatkan gambar warna berkualitas tinggi dari kamera video dalam kondisi cahaya rendah dan bahkan di malam hari.



Sementara cara tradisional untuk mengatasi cahaya rendah - menggunakan pencahayaan IR - memungkinkan untuk mendapatkan gambar yang jelas hanya dalam mode monokrom (nuansa abu-abu), kamera dengan teknologi Starlight memungkinkan Anda untuk mendapatkan gambar berwarna yang memiliki lebih banyak informasi. Secara khusus, dalam cahaya rendah, sistem CCTV dengan teknologi Starlight dapat dengan mudah membedakan warna mobil, pakaian, dan tanda-tanda penting lainnya.

Berikut ini adalah demonstrasi teknologi Starlight yang sedang beraksi:



Ringkasan

Saat memilih kamera pengintai, pastikan untuk memperhatikan karakteristik matriks, dan bukan hanya resolusinya. Memang, kualitas gambar dan, akibatnya, kegunaan kamera akan sangat tergantung pada ini. Pertama-tama, Anda harus memperhatikan merek, ukuran, dan resolusi matriks yang andal, fotosensitifitas hanya penting untuk kamera yang kurang penerangan IR.

Saya sangat merekomendasikan mengambil kamera dengan matriks di mana Anda dapat menemukan lembar data waras dengan informasi terperinci, daripada membeli babi di ladang. Misalnya, Anda dapat dengan mudah menemukan spesifikasi untuk ON Semiconductor, Omnivision, atau matriks Sony. Tetapi karakteristik matriks SOI lebih atau kurang rinci tidak dapat ditemukan di sore hari dengan lentera. Ada kecurigaan bahwa pabrikan memiliki sesuatu untuk disembunyikan ...

Tetapi hasil keseluruhannya adalah ini: Matriks CMOS dimenangkan tanpa syarat dalam perangkat pengawasan video dan dalam waktu dekat tidak akan menyerah pada teknologi yang bersaing.