_1663272818.jpg)
CCD vs CMOS
2. Matryce CCD i ich działanie
Jednakże nie każdy wie, jak dokładnie odbywa się rejestracja obrazu za pomocą przetworników CCD. Z drugiej jednak strony wielu może zauważyć, iż wcale nie musi wiedzieć w jakim cyklu pracuje cylinder w silniku, aby móc jeździć samochodem, czy kosić trawę kosiarką. Wiedza ta nie jest niezbędna, aczkolwiek znajomość podstawowych pojęć i zasady działania tych urządzeń pozwoli na lepsze ich wykorzystanie.
Wszyscy zainteresowani mogą więc, zapytać czym w rzeczywistości jest ta matryca? Otóż matryca CCD (z angielskiego Charge Coupled Device), to krzemowa płytka zbudowana z elementów światłoczułych, która jest detektorem wyłapującym i rejestrującym światło, padające na nią w postaci fotonów. Podzielona jest ona na wiele bardzo małych, niezależnych od siebie elementów zwanych pikselami. Ich rozmiar stanowi zazwyczaj od kilku do kilkudziesięciu mikrometrów kwadratowych. To tyle, że na powierzchni przekroju typowego włosa czytelnika tego artykułu, zmieściłoby się ich około 500. Do każdego piksela przyłożona jest elektroda, która po doprowadzeniu napięcia, powoduje powstanie studni potencjału. Mówiąc prosto, w tym miejscu tworzy się taki koszyczek, w którym zbierane będą elektrony. No dobrze, ale skąd je wziąć? Otóż foton padający na matrycę CCD na skutek zjawiska fotoelektrycznego wewnętrznego, wytrąca elektron, któremu przekazuje swoją energię. Taki wybity elektron podąża w kierunku dodatnio naładowanej studni potencjału (naszego koszyczka) i tam zostaje uwięziony. Im dłużej trwa ekspozycja, tym więcej elektronów gromadzimy. Po jej zakończeniu, przez inne elektrody, umieszczone na końcu każdego rzędu pikseli, zgromadzony sygnał trafia do wyjściowego wzmacniacza i opuszcza chip. Po "policzeniu" elektronów z każdego elementu dostajemy informację ile światła (jego natężenie) padło na każdy piksel. Potem już tylko przetwornik analogowo-cyfrowy przetwarza otrzymany sygnał, na postać zrozumiałą dla komputera, czy innego urządzenia zewnętrznego. Należy zwrócić uwagę, że nie otrzymujemy w ten sposób żadnej informacji o kolorze! Tą tematyką zajmiemy się w innym artykule.
W trakcie takiej ekspozycji przepływ elektronów powoduje wydzielanie się ciepła. Im mniejszy układ i im więcej w nim pikseli, tym wyższa jest temperatura pracy układu. Jest to bardzo niepożądana własność, gdyż powoduje ona gwałtowny wzrost negatywnych czynników, takich jak szumy. Z tego względu nieodłącznym elementem matrycy CCD jest układ chłodzący. W aparatach cyfrowych, jest nim zazwyczaj radiator chłodzony powietrzem.
Ważnym parametrem dla matryc CCD jest ich wydajność kwantowa. Ten bardzo dziwny termin oznacza jak wydajna jest taka matryca. Dla obecnych urządzeń ich średnia wydajność kwantowa jest na poziomie 70%, co znaczy, że 70% padającego światła jest rejestrowana. Dla tradycyjnej kliszy, wydajność wynosi ok. 2%.
Detektory CCD są czułe na cały zakres światła widzialnego oraz na podczerwień. Jest ona emitowana m.in. przez każdy obiekt, który ma temperaturę pokojową. Ma to wykorzystanie w noktowizorach i tam gdzie mamy bardzo słabe oświetlenie. Podczerwień ta jest jednak bardzo niepożądana w aparatach cyfrowych, gdyż znacznie zafałszowuje ona odwzorowanie kolorów. Wycina się więc pewien zakres fal za pomocą odpowiednich filtrów.
Optyczne.pl jest serwisem utrzymującym się dzięki wyświetlaniu reklam. Przychody z reklam pozwalają nam na pokrycie kosztów związanych z utrzymaniem serwerów, opłaceniem osób pracujących w redakcji, a także na zakup sprzętu komputerowego i wyposażenie studio, w którym prowadzimy testy.