Продолжаю описание устройства электронного фотоаппарата, в частности, матрицы.
В предыдущей публикации начал описание устройства и принципа действия ПЗС-матрицы. В статье говорилось, что полнокадровая ПЗС-матрица (full-frame CCD-matrix) обладает таким недостатком, как наличие определенного интервала времени между предыдущим и очередным считыванием информации, что обусловлено наличием непрозрачной крышки — механического затвора. Для уменьшения интервала экспонирования была разработана матрица с буферизацией кадра (frame-transfer CCD).
ПЗС-матрица с буферизацией кадра.
С целью уменьшения интервала экспонирования в матрице с буферизацией кадра добавлен еще один параллельный регистр сдвига, точно такой же, как и первый. Для предотвращения засветки этот дополнительный регистр постоянно прикрыт непрозрачной крышкой.
В такой матрице происходит перемещение зарядов из основного регистра сначала в буферный параллельный регистр, а из него уже в последовательный с передачей в усилитель.
Сбросив все заряды в буферный регистр, и пока происходит считывание уже из этого регистра, матрица готова для записывания очередной порции информации.
Правда при работе такой матрицы кардинального увеличения скорости записи информации, а следовательно и скорости съемки не происходит. К тому же и в данной схеме остается механический затвор.
Для более существенного сокращения интервала между экспонированием кадров (что особенно важно для видеокамер) была разработана система с буферизацией столбцов (interline CCD-matrix), см. рис.2.
ПЗС-матрица с буферизацией столбцов.
Такая ПЗС-матрица содержит последовательные буферные регистры, подключенные параллельно к основным «светочувствительным». Каждый основной регистр подключен параллельно к своему буферному. Буферные регистры закрыты непрозрачными крышками. За один рабочий такт основной регистр сбрасывает все свои заряды параллельно буферному, таким образом освобождает свои ячейки для следующего экспонирования. А из буферного регистра по обычной схеме заряды перемещаются в последовательный и далее в усилитель.
В ПЗС-матрице с буферизацией столбцов (interline CCD-matrix) сброс зарядов в буферный регистр происходит очень быстро, что не приводит к переполнению потенциальных ям основного регистра, поэтому необходимость в наличии затвора отпадает. Считывание зарядов из буферного регистра происходит за такое же время, как и экспонирование основного.
Такая матрица позволяет производить видеосъемку с частотой кадров выше 30 кадров в секунду.
Матрицы с буферизацией столбцов делятся на два типа — матрица с прогрессивной разверткой (progressive scan) и матрица с чересстрочной разверткой (interlace scan). В матрице первого типа все строки параллельного регистра считываются за один такт.
В матрице второго типа за один такт считываются нечетные строки, за другой — четные, или наоборот.
Однако и в матрице с буферным регистром возможно некоторое «размазывание» заряда (interline matrix smear), которое вызывается частичным дрейфом зарядов из потенциальной ямы основного регистра в потенциальную яму буферного. Это происходит обычно при засветке пикселй ярким освещением. На изображении это проявляется в виде светлой полосы, проходящей через яркий пиксел.
Для борьбы с этим эффектом основной и буферный регистры располагают на большем расстоянии друг от друга, хотя это и затрудняет обмен зарядами, но все же выход из положения.
Далее рассмотрим как применение микролинз в матрицах с буферизацией столбцов позволяет уменьшить недостатки таких матриц.
В матрице с буферизацией столбцов имеется возможность реализации электронного затвора вместо механического, но для этого необходимо организовать удаление избыточного заряда из пиксела.
Дорогие друзья! Если Вас заинтересовала статья не почтите за труд, поделитесь с друзьями в социальных сетях, поставьте ретвиты и Google+.
А на десерт предлагаю послушать прекрасную музыку в исполнении Ванессы Мэй и Дживана Гаспаряна:
Поделиться в соц. сетях
[…] С целью уменьшения интервала между экспонированием отдельных кадров была разработана матрица с буферизацией кадра. […]
[…] статьях описано устройство ПЗС-матрицы и матрицы с буферизацией столбцов. Там же говорилось о недостатках таких […]
[…] рассмотрено устройство матрицы и принцип действия, матрицы с буферизацией кадра и столбцов, применение микролинз в […]