imported>Alex NB OT: унификация языковых шаблонов

2025-11-15T11:07:35Z

унификация языковых шаблонов

Новая страница

{{Родственные проекты
| Портал = Фотография
}}
'''КМОП-матрица''' — светочувствительная [[матрица (фото)|матрица]], выполненная на основе [[КМОП|КМОП-технологии]].
[[Файл:Matrixw.jpg|200px|thumb|right|КМОП-матрица]]

В КМОП-матрицах используются [[полевой транзистор|полевые транзисторы]] с изолированным затвором с каналами разной проводимости.

[[Файл:Equivalent circuit of CMOS Image Sensor pixel.png|center|frame]]
<center>''Эквивалентная схема ячейки КМОП-матрицы: 1 — светочувствительный элемент (фотодиод); 2 — затвор; 3 — конденсатор, сохраняющий заряд с диода; 4 — усилитель; 5 — шина выбора строки; 6 — вертикальная шина, передающая сигнал процессору; 7 — сигнал сброса.''<ref>[http://www.dalsa.com/shared/content/Photonics_Spectra_CCDvsCMOS_Litwiller.pdf CCD vs CMOS: facts and fictions.] {{Wayback|url=http://www.dalsa.com/shared/content/Photonics_Spectra_CCDvsCMOS_Litwiller.pdf |date=20080227203110 }} — Перепечатано из январского номера журнала PHOTONICS SPECTRA© за 2001 г. издательства Laurin Publishing Co. Inc. {{ref|en}}</ref></center>

== История ==
В конце [[1960-е|1960-х гг.]] многие исследователи{{кто}} отмечали, что структуры КМОП ({{lang-en|CMOS}}) обладают чувствительностью к свету{{нет АИ|13|08|2023}}. Однако [[Прибор с зарядовой связью|приборы с зарядовой связью]] ({{lang-en|CCD}}) обеспечивали настолько более высокую светочувствительность и качество изображения, что матрицы на технологии КМОП не получили сколько-нибудь заметного развития{{нет АИ|13|08|2023}}.

В начале [[1990-е|1990-х]] характеристики КМОП-матриц, а также технология производства, были значительно улучшены. Прогресс в субмикронной [[Фотолитография|фотолитографии]] позволил применять в КМОП-сенсорах более тонкие соединения. Это привело к увеличению светочувствительности за счёт большего процента облучаемой площади матрицы.

Переворот в технологии КМОП-сенсоров произошёл, когда в [[Лаборатория реактивного движения|лаборатории реактивного движения]] (Jet Propulsion Laboratory, JPL) [[NASA]] успешно реализовали ''active-pixel sensors (APS) — активно-пиксельные датчики''<ref>[http://www.keldysh.ru/papers/2003/prep85/prep2003_85.html Принцип работы и устройство активно-пиксельных датчиков (Principles of Operation and Design of the Active-Pixel Sensors Preprint, Inst. Appl. Math., the Russian Academy of Science).] {{Wayback|url=http://www.keldysh.ru/papers/2003/prep85/prep2003_85.html |date=20161008140438 }} Овчинников А. М., Ильин А. А., Овчинников М. Ю.</ref>. Теоретические исследования были выполнены ещё несколько десятков лет тому назад{{когда}}, но практическое использование активного сенсора отодвинулось до 1993 года{{уточнить|это уже «несколько десятков лет тому назад»}}{{нет АИ|13|08|2023}}. APS добавляет к каждому пикселю транзисторный усилитель для считывания, что даёт возможность преобразовывать заряд в напряжение прямо в пикселе. Это обеспечило также произвольный доступ к фотодетекторам наподобие реализованного в микросхемах ОЗУ{{уточнить|что это значит?}}{{нет АИ|13|08|2023}}.

В результате, к [[2007 год]]у, КМОП-матрицы стали хорошей альтернативой [[ПЗС-матрица|ПЗС-матрицам]] и получили массовое распространение{{нет АИ|13|08|2023}}.

== Принцип работы ==
* До съёмки подаётся сигнал сброса
* В процессе экспозиции происходит накопление заряда фотодиодом
* В процессе считывания происходит выборка значения напряжения на конденсаторе

== Преимущества ==
* Основное преимущество технологии [[КМОП]] — низкое энергопотребление в статическом состоянии. Это позволяет применять такие матрицы в составе энергонезависимых устройств, например, в датчиках движения и системах наблюдения, находящихся большую часть времени в режиме «сна» или «ожидания события».
* Важным преимуществом матрицы КМОП является единство технологии с остальными, цифровыми элементами аппаратуры. Это приводит к возможности объединения на одном кристалле аналоговой, цифровой и обрабатывающей части (КМОП-технология, являясь в первую очередь процессорной технологией, подразумевает не только «захват» света, но и процесс преобразования, обработки, очистки сигналов не только собственно-захваченных, но и сторонних электронных компонентов), что послужило основой для миниатюризации камер для самого разного оборудования и снижения их стоимости ввиду отказа от дополнительных процессорных микросхем.
* С помощью механизма произвольного доступа можно выполнять считывание выбранных групп пикселей. Данная операция получила название кадрированного считывания ({{lang-en|windowing readout}}). Кадрирование позволяет уменьшить размер захваченного изображения и потенциально увеличить скорость считывания по сравнению с ПЗС-сенсорами, поскольку в последних для дальнейшей обработки необходимо выгрузить всю информацию. Появляется возможность применять одну и ту же матрицу в принципиально различных режимах. В частности, быстро считывая только малую часть пикселей, можно обеспечить качественный режим живого просмотра изображения на встроенном в аппарат экране с относительно малым числом пикселей. Можно отсканировать только часть кадра и применить её для отображения на весь экран. Тем самым получить возможность качественной ручной фокусировки. Есть возможность вести репортажную скоростную съёмку с меньшим размером кадра и разрешением.
* В дополнение к усилителю внутри пикселя, усилительные схемы могут быть размещены в любом месте по цепи прохождения сигнала. Это позволяет создавать усилительные каскады и повышать чувствительность в условиях плохого освещения. Возможность изменения коэффициента усиления для каждого цвета улучшает, в частности, [[Баланс белого цвета|балансировку белого]].
* Дешевизна производства в сравнении с ПЗС-матрицами, особенно при больших размерах матриц.

== Недостатки ==
* Фотодиод ячейки занимает существенно меньшую площадь элемента матрицы, по сравнению с [[ПЗС-матрица#матрица полнокадрового переноса|ПЗС-матрицей с полнокадровым переносом]]. Поэтому ранние матрицы КМОП имели существенно более низкую светочувствительность, чем ПЗС. Но в 2007 году компания [[Sony]] выпустила на рынок новую линейку видео- и фотокамер с КМОП-матрицами нового поколения с технологией [[Exmor]], которая ранее применялась только для КМОП-матриц в специфических оптических устройствах, таких, как электронные [[телескоп]]ы. В этих матрицах электронная «обвязка» пикселя, препятствующая попаданию [[фотон]]ов на светочувствительный элемент, была перемещена из верхнего в нижний слой матрицы, что позволило увеличить как физический размер пикселя при тех же геометрических размерах матрицы, так и доступность элементов свету, что, соответственно, увеличило светочувствительность каждого пикселя и матрицы в целом. Матрицы КМОП впервые сравнились с ПЗС-матрицами по светочувствительности, но оказались более энергосберегающими и лишёнными главного недостатка ПЗС-технологии — «боязни» точечного света. В 2009 году компания Sony улучшила КМОП-матрицы с технологией [[Exmor]], применив к ним технологию «Backlight illumination» («обратная засветка»). Идея технологии проста и полностью соответствует названию{{уточнить|нужно расшифровать, в чем «простота» и «соответствие названию»}}{{нет АИ|13|08|2023}}.
* Фотодиод ячейки матрицы имеет сравнительно малый размер, величина же получаемого выходного напряжения зависит не только от параметров самого фотодиода, но и от свойств каждого элемента пикселя. Таким образом, у каждого пикселя матрицы оказывается своя собственная [[характеристическая кривая]], и возникает проблема разброса [[светочувствительность|светочувствительности]] и [[Контраст|коэффициента контраста]] пикселей матрицы. В результате этого первые произведённые КМОП-матрицы имели сравнительно низкое разрешение и высокий уровень так называемого «структурного шума» ({{lang-en|pattern noise}}).
* Наличие на матрице большого по сравнению с фотодиодом объёма электронных элементов создаёт дополнительный нагрев устройства в процессе считывания и приводит к возрастанию теплового шума.

== См. также ==
* [[КМОП]]
* [[Оптические системы]]
* [[ПЗС-матрица]]
* [[Фильтр Байера]]
* [[Цифровой шум изображения]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{статья
|автор = Виктор Белов
|заглавие = Свет на память
|ссылка = http://www.foto-video.ru/practice/review/1706/
|язык = ru
|издание = «Foto&video»
|тип = журнал
|год = 2005
|номер = 3
|страницы = 72—75
|ref = Foto&video
|issn =
}}

== Ссылки ==

{{перевести|en|Active pixel sensor}}

[[Категория:Фотосенсор]]
[[Категория:Светочувствительные приборы]]

КМОП-матрица - История изменений

imported>Alex NB OT: унификация языковых шаблонов