Что такое ПЗС-камера?

ПЗС-камера - это любой тип цифровой камеры с датчиком изображения с зарядовой связью (ПЗС). Это включает в себя подавляющее большинство потребительских и профессиональных фотоаппаратов, видеокамер, камер безопасности, камер сотовых телефонов и медицинских камер. ПЗС-матрицы очень эффективны, обычно захватывают около 70 процентов падающего света, в отличие от фотопленки, которая реагирует только на около двух процентов падающего света. ПЗС-матрицы также чувствительны к инфракрасному излучению, что делает их идеальными для камер ночного видения и астрономии. В то время как некоторые камеры используют дополнительный датчик изображения металл-оксид-полупроводник (CMOS), CCD является наиболее распространенным типом.

Большинство ПЗС-камер используют однозарядное устройство для сбора данных изображения, независимо от того, предназначена ли камера для монохроматического, цветного или инфракрасного режима. В этом случае свет проникает через линзу, фильтруется и затем фокусируется на поверхности одиночной матрицы фотоэлектрических датчиков изображения. Многие профессиональные видеокамеры, известные как камеры с тремя ПЗС-матрицами или трехчиповые, содержат три матрицы ПЗС. С их помощью входящий свет разделяется призмой на красные, зеленые и синие компоненты, каждый из которых сфокусирован на своем собственном ПЗС-датчике. Это улучшает цветоделение и увеличивает светочувствительность, что приводит к более точному затенению цвета в целом и большей детализации в условиях слабого освещения.

Факсимильные аппараты, сканеры и другие типы камер линейного сканирования используют одномерный ПЗС-датчик изображения для сбора данных, перемещая либо датчик, либо сканируемый объект для захвата всего изображения. Каждый другой тип ПЗС-камеры использует матрицу фиксированной двумерной площади. ПЗС-датчик представляет собой массив связанных фотоактивных конденсаторов, которые накапливают заряды в зависимости от интенсивности, длительности и длины волны фокусируемого на них света. После воздействия на изображение контроллер датчика переносит заряд каждого конденсатора к своему соседу в массиве. Это создает волновой эффект по всей матрице, смещая последний набор зарядов вне чипа в отдельный дигитайзер; этот дигитайзер преобразует их в числовые значения для сохранения в памяти камеры.

То, как ПЗС-камера хранит и извлекает данные изображения, обычно влияет на конструкцию системы. Полнокадровый метод использует всю ПЗС-матрицу для сбора света и требует механического затвора для предотвращения размытия при передаче данных изображения вне кристалла. Этот дизайн идеален для сбора наиболее светлого, а лучшее изображение важнее, чем стоимость, время и энергопотребление. Метод интерлайна использует каждый второй столбец ПЗС для быстрого сохранения данных о заряде изображения с сдвигом в один пиксель, предотвращая размытие и устраняя необходимость в механическом затворе за счет эффективности. Альтернативно, способ передачи кадров может быть реализован с приемлемым количеством размазывания и без механического затвора. Передача кадров использует половину ПЗС для хранения и поиска заряда, в то время как другая половина накапливает новое изображение, поэтому для обработки изображения того же размера требуется вдвое больше кремния.

Специализированные ПЗС-камеры используются в астрономии, потому что они чувствительны к длинам волн света, от ультрафиолетового до инфракрасного. На самом деле они настолько чувствительны, что необходимо предпринять множество дополнительных шагов для уменьшения количества искажающего изображение «шума», включая охлаждение ПЗС до температур жидкого азота. При правильной компенсации и обработке изображений астрофотография обсерватории стала доступной для серьезных, преданных любителей, вооруженных оборудованием CCD-камеры.