4.3 CMOS Сенсоры компании Pixim (технология Digital Pixel System (DPS))

Сенсоры компании Pixim (Pixim's Digital Pixel Sensor - CMOS DPS), разработанные в Стэнфордском университете (Stanford University), считывают цифровые данные с каждого пикселя, используя параллельный АЦП на каждом пикселе. Компания утверждает, что при размещении АЦП в области формирования заряда постоянный шум практически устраняется. Кроме того, достигается большая скорость и меньшее потребление энергии по сравнению с традиционными КМОП сенсорами с активными пикселями.

Примечание – Курсивом даются комментарии автора.

Самое интересное, что данное заявление скорей всего соответствует действительности. Можно только удивляться прогрессу технологий. Согласно структурной схемы с сайта фирмы www.pixim.com, сенсор состоит из цифрового светочувствительного сенсора серии D 1110 или D 2010 и новейшего процессора обработки изображения D 2520, который производит обработку изображения. Обмен между ними, (согласно схеме), осуществляется по цифровой шине данных, значит, действительно каждый пиксел оснащен АЦП.

Рис. 106 - Структурная схема сенсора серии D 1110 или D 2010

Характеристики видеосенсоров D2010(CMY) и D1110(RGB): сенсор - 1/3 дюйма, размер пиксела - 7 μm x 7 μm, динамический диапазон обычный/ максимальный 102/120 dB, разрешение около 500 ТВЛ, рабочие температуры от -10 до +60° C.

Характеристики видеопроцессора D2520: CMOS-матрица, параллельный порт, выбор оптимальной гаммы коррекции, электронный затвор, цифровой зум от 1 - 4 раз и т.д. рабочие температуры от -10 до +60° C.

АЦП в каждом сенсорном элементе преобразует снимаемый аналоговый сигнал в цифровой. Эта информация поступает в процессор обработки изображения, который анализирует снятые с сенсоров значения и в соответствии с технологией комбинирует высококачественное цифровое изображение, которое затем сигнал восстанавливается до аналогового.

Обработка сигналов осуществляется следующим образом: в течение экспозиции кадра (50 или 60 раз в секунду) для каждого пиксела производится замер интенсивности освещения. После этого подбирается наилучшее время экспозиции из возможных заданных значений. Такой подход называется мультисемплингом. В технологии PIXIM используется пятиуровневый мультисемплинг для темных пикселов и трехуровневый для светлых. Сигнал с сенсора может сниматься с одним из 5 значений экспозиции. Затем процессор обработки сигнала комбинирует изображение из наиболее информативных пикселов, которое восстанавливается и поступает на охранный монитор.

Поскольку сигнал оцифровывается прямо на сенсоре и обработка сигнала производится непосредственно в процессе съема, сигнал поступает на монитор без задержек, в режиме реального времени. Кроме того, отсутствуют помехи и деградация сигнала, неизбежные при доставке изображения к месту обработки.

Рис. 107 - Пятиуровневый мультисемплинг

Источник — Security News.

Одной из первых применила новую технологию DPS в своих камерах компания Dallmeier (ФРГ)

Камера с функцией день/ночь (механич. ИК фильтр). 1/3" матрица с технологией Dallmeier Cam_inPIX, прогрессивное сканирование, процессор 18бит, 540ТВЛ, UWDR (динамический диапазон 101дб (стандарт)/128дб (максимум), сигнал/шум >48Дб, чувствительность «день/ночь»- 0,2/0,04лк конфигурация и управление по коаксиалу, 12/24В, <5 Ватт, 45х45х95мм.

Рис. 108 - Камера Dallmeier DF3000A-DN

Примечание - Компания Dallmeier electronic была основана Дитером Даллмаером в городе Регенсбург (Германия) в 1984 году. Компания имеет филиалы в Великобритании, Франции, Швейцарии, Венгрии, Испании, Китае и США, а также большое количество дилеров по всему миру. Штаб-квартира Dallmeier electronic, головной исследовательский центр и основные производственные мощности компании сосредоточены в Регенсбурге.

Рис. 109 - Изображение при интенсивной световой засветки для камеры построена на технологии DPS (Pixim) (расположена справа) и ПЗС расположена слева.

Действительно, можно констатировать, что динамический диапазон камеры с технологией DPS (Pixim) выше. Недостатком этой технологии можно считать, по сравнению с ПЗС, не очень невысокие параметр сигнал/шум >48Дб, и чувствительность «день/ночь» - 0,2/0,04лк. Таким образом, можно считать, что полной победы CMOS-технологии над ПЗС еще не одержали. Применение технологией DPS (Pixim) наиболее оправдана в условиях высоких световых нагрузках на камеру (свет автомобильных фар, засветка от Солнца, мощных прожекторов).

Таблица 46 - Основные параметры приборов ночного видения (ЭОП), (по данным проспектов фирм)


Таблица 47 - Основные параметры инфракрасных осветителей для приборов ночного видения (по данным проспектов фирм)


Таблица 48 - Основные технические характеристики активно-импульсных приборов ночного видения (ПНВ)


Таблица 49 - Основные параметры фокально-плоскостных ИК-матриц фотоприемников для тепловизионных приборов


Более точное определение NETD см. далее.

Эквивалентная шуму разность температур (NETD)

Эквивалентная шуму разность температур (NETD), другое обозначение - δT_N.

Определяется следующей формулой:

Зависимость эффективности приемников на основе микроболометрических элементов, элементов PbSe и элементов КРТ от числа пикселей приемников излучения.



Рис. 110 - Зависимость коэффициентов эффективности приемников

На рис. 113 представлена зависимость коэффициентов эффективности приемников на основе микроболометрических элементов, элементов PbSe и элементов КРТ от числа пикселей приемников излучения. С помощью этого графика легко определить необходимое число элементов приемника для достижения требуемого коэффициента эффективности. Можно также установить шкалу соответствия числа элементов каждого приемника для любого значения коэффициента эффективности Ф. Для этого достаточно, отметив на оси ординат требуемое значение Ф, провести от него линию, параллельную оси абсцисс. Значение аргумента k функции в точках пересечения графиков Ф_i(k) и проведенной линии Ф=const соответствуют числу пикселей каждого типа приемника, необходимых для достижения требуемого коэффициента эффективности. Так, например, легко определить, что граничному значению первого и второго уровней эффективности приемников (Ф = 10³) соответствует 1 элемент КРТ, 8 элементов PbSe и 10⁴ элементов микроболометрической матрицы, а граница третьего уровня эффективности (Ф = 10⁴) достигается при 100 элементах КРТ, 800 элементах PbSe и 10⁶ элементов микроболометрической матрицы.

Таблица 50 - Основные характеристики матричных фотоприемников НПО «Орион»

Таблица 51 - Основные энергетические и световые величины (в соответствии с системой СИ и Международным светотехническим словарем)

Далее >>>