Матрицы
Фазы фокусировки
Фазы фокусировки представлены на рисунке 37.
Рис. 4.15. Алгоритм автоматического поиска фокуса
Фаза старта – изображение с фокусного расстояния на бесконечное. Датчик определяет расстояние перемещения фокусной группы. Скорость обработки операции велика.
Фаза возврата – если фокусировка начала ухудшаться, то направление движения фокусирующей линзы меняется на противоположное.
Медленный поиск – снижение скорости, чтобы не проскочить оптимальное положение фокусирующей линзы.
Сверхмедленный поиск – переход к остановке либо другой фазе в зависимости от показаний датчика.
Сверхбыстрый поиск – переход к ней при новом объекте фокусировки или масштабировании (зум).
Фаза фокусировки при использовании операции зум – выполняется предыдущая фаза до остановки.
Существует 3 типа цифровых матриц: ПЗС (CCD); КМОП (CMOS); liv CMOS.
Известны три типа преобразователей свет-сигнал:
1. Светочувствительные фотоматериалы (пленки и пластины) с покрытием галогенида серебра. Этот элемент совмещает две функции: преобразование свет-сигнал и хранение информации.
2. Электронно-оптическая мишень (ЭОМ) – аналоговый преобразователь свет-сигнал.
3. Цифровые матрицы – преобразование света в дискретные заряды.
ПЗС – матрицы
Ячейка ПЗС - матрицы представлена на рисунке 38.
Рисунок 38. Схема субпикселей ПЗС-матрицы с карманом n-типа (на примере красного фотодетектора)
На рисунке 38:
1. Падающий свет.
2. Микролинза.
3. Светофильтр.
4. Прозрачный электрод (поликристаллический кремний или состав индия и оксида олова).
5. Защитная пластина (оксид кремния).
6. Зона генерации носителя зрячей ячейки (кремнеевый канал n-типа).
7. Зона потенциальной ямы – где собираются элементы из зоны генерации носителей.
8. Кремневая подложка p-типа.
Передача заряда со зрячей ячейки на слепую происходит под воздействием напряжения подаваемого на электроды ячейки, а также под воздействием того же напряжения происходит движение зарядов по слепым ячейкам вертикальных регистров.
Заряд, образованный на зрячих ячейках матрицы, одновременно сбрасывается в слепые ячейки. Зрячие начинают накапливать заряд для нового кадра, а слепые по алгоритму в это время сбрасывают заряды матрицы в одномерный канал обработки сигнала.
«Схема пожарной эвакуации» (рисунок 39) – в вертикальном регистре происходит смещение заряда на одну ячейку вниз (по команде электродов), таким образом заполняется горизонтальный регистр. Информация с электродов выпускается в канал обработки сигналов. Происходит следующий сдвиг вертикальных регистров. Освобождается заполненный горизонтальный регистр и т.д.
Рисунок 39. Движение зарядов
Основной недостаток ПЗС – матрицы в таком алгоритме медленный сброс зарядов. Электроды занимают 30% поля ячейки.
Матрица с ортогональным расположением элементов – матрица Байера (рисунок 40).
Рисунок 40. Матрица Байера: к - красный, с - синий, з – зеленый
При традиционном расположении светофильтра разрешение зеленого по горизонтали в два раза больше, чем разрешение синего и красного. По вертикали то же, но общее разрешение в два раза выше. Форма пикселя ПЗС – матрицы 4х3 или квадрат.
Основные характеристики: расположение пикселя (ортогональные треугольное, соты), отношение сигнал-шум, динамический диапазон.
Отношение сигнал-шум – отношение усреднённого сигнала к усреднённому значению шума. Чем больше пиксель матрицы (или ячейки), тем выше отношение сигнал-шум.
Фотографическая широта – диапазон экспозиций светочувствительного материала (фотоплёнки матрицы), которому соответствует однозначная зависимость между входной экспозицией и выходным сигналом. У плёнок этот диапазон велик (рисунок 41).
| τ |
| Н |
Рисунок 41. Зависимость между входной экспозицией и выходным сигналом
У цифровых матриц, кроме матриц Фуджифильм 4-го поколения, этот диапазон мал (рисунок 42).
Рисунок 42. Зависимость между входной экспозицией и выходным сигналом
Экспозиция – это количество цветовой энергии упавшей на светочувствительный материал. Она пропорциональна средней освещенности во времени и времени выдержки материала.
Формула справедлива для обычных средних значений освещенности и выдержки.