Моды для City Car Driving

Неисправности фотоаппаратов для устранения которых требуется замена CCD матрицы

Проявление неисправности может быть разнообразным — это нет изображения с объектива, изображение нормальное, но на отснятом кадре горизонтальные полосы, снимок
получается матовым, последняя неисправность очень похожая на неправильную работу затвора, но и из за неисправной матрицы дефект попадался неоднократно, изображение размазано всеми цветами радуги (еще этот дефект получил название «северное сияние»). Ниже «галерея фотографий сделанных фотоаппаратами с неисправными CCD сенсорами», где наглядно можно увидеть все разнообразие проявления дефектов.

Причины или чем вызвано такое разнообразие:

Если посмотреть на неисправную матрицу через лупу со стороны рабочей поверхности, то можно увидеть оторванные проводники, идущие от кристалла ПЗС матрицы к ее выводам (см. фото2, оторванный вывод указан стрелкой). Проявление неисправности зависит от номера вывода, который оторван или имеет плохой контакт.

Кратко, в форме обмена опытом или секреты ремонта фотоаппаратов, рассмотрим несколько моделей,
которые поступали в нашу мастерскую, с указанием моделей и типа матрицы:

1) Фотоаппарат Sony DSC-F717, изображение с объектива размазано всеми цветами радуги. Выход из строя ПЗС матрицы установленной на плате с маркировкой CD-408 1-686-185-1

2) В мастерскую поступил цифровой фотоаппарат Nikon E5700. Клиент к походу в мастерскую подготовился основательно, неисправность фотоаппарата изложил в письменном виде (публикую ниже без редакции)
— Первые признаки неисправности связанные с изображением начали проявляться примерно 1,5 года назад. Изображение в видоискателе выглядело черно-белым, очень малоконтрастным, разделенным светлыми горизонтальными полосками расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга. Количество полос было от 15 до 20. Неисправность не исчезала после включения\выключения фотоаппарата. По прошествии какого-то времени фотоаппарат начинал работать нормально. С течением времени вид неисправности менялся. Сейчас неисправность выглядит как сильно размазанное изображение.
— Неисправной, в этом цифровом фотоаппарате, CCD матрица, тип матрицы ICX282AK, после замены которой аппарат заработал нормально.

3) Ремонт фотоаппарата Minolta Dimage A1. Нет изображения с объектива, изображение размазано или с горизонтальными полосами — дефект CCD матрицы. Тип матрицы ICX465AQ, фирма производитель Sony.

4) Цифровой фотоаппарат Minolta Dimage 7i неисправность CCD матрицы, тип матрицы ICX282AQF.

5) Цифровой фотоаппарат Sony DSC-P12 CCD матрица ICX455AQF.

Фото галерея снимков сделанных фотоаппаратами с неисправными CCD матрицами

При частичном или полном копировании статьи ссылка на сайт фотомастерской Ремтелевид-сервис обязательна.

Методы получения цветного изображения

Сам по себе пиксель фотоматрицы является «чёрно-белым». Для того, чтобы матрица давала цветное изображение, применяются специальные технические приёмы.

Трёхматричные системы

Основная статья: 3CCD

Пример работы дихроической призмы

Поступающий в камеру свет, попадая на пару дихроидных призм, делится на три основных цвета: красный, зелёный и синий. Каждый из этих пучков направляется на отдельную матрицу (чаще всего используются CCD матрицы, поэтому в наименовании соответствующей аппаратуры употребляется обозначение 3CCD).

Трёхматричные системы применяются в видеокамерах среднего и высокого класса.

Достоинства трёх матриц по сравнению с одноматричными

• лучше передача цветовых переходов, полное отсутствие цветного муара;
• выше разрешение: отсутствует необходимый для устранения муара размывающий (low-pass) фильтр;
• выше светочувствительность и меньший уровень шумов;
• возможность введения цветокоррекции постановкой дополнительных фильтров перед отдельными матрицами, а не перед съёмочным объективом, позволяет добиться существенно лучшей цветопередачи при нестандартных источниках света.

Недостатки трёх матриц по сравнению с одноматричными

• принципиально бо́льшие габаритные размеры;
• трёхматричная система не может использоваться с объективами с малым рабочим отрезком;
• в трёхматричной схеме есть проблема сведе́ния цветов, так как такие системы требуют точной юстировки, причём, чем большего размера матрицы применяются и чем больше их физическое разрешение, тем сложнее добиться необходимого класса точности.

Матрицы с мозаичными фильтрами

Основная статья: Массив цветных фильтров

Во всех таких матрицах пиксели расположены в одной плоскости, и каждый пиксель накрыт светофильтром некоего цвета. Недостающая цветовая информация восстанавливается путём интерполяции ().

Существует несколько способов расположения светофильтров. Эти способы различаются чувствительностью и цветопередачей, при этом чем выше светочувствительность, тем хуже цветопередача:

• RGGB — фильтр Байера, исторически самый ранний;
• имеют более высокую чувствительность и фотографическую широту (типично выигрыш чувствительности в 1,5—2 раза и 1 ступень по фотографической широте), частный случай RGBW-матрицы — CFAK-матрица компании Kodak;
• (красный — зелёный — изумрудный — синий);
• (голубой — зелёный — лиловый — жёлтый).

Матрицы с полноцветными пикселами

Существуют две технологии, позволяющие получать с каждого пикселя все три цветовые координаты. Первая применяется в серийно выпускаемых камерах фирмы Sigma, вторая — на середину 2008 года существует только в виде прототипа.

Многослойные матрицы (Foveon X3)

Основная статья: Foveon X3

Фотодетекторы матрицы X3 компании Foveon расположены в три слоя — синий, зелёный, красный. Название сенсора «Х3» означает его «трёхслойность» и «трёхмерность».

Матрицы X3 применяются в цифровых фотоаппаратах Sigma.

Полноцветная RGB-матрица Nikon

В полноцветных матрицах Nikon (патент Nikon от 9 августа 2007) лучи RGB предметных точек в каждом пикселе, содержащем одну микролинзу и три фотодиода, проходят через открытую микролинзу и падают на первое дихроичное зеркало. При этом синяя составляющая пропускается первым дихроичным зеркалом на детектор синего, а зелёная и красная составляющие отражаются на второе зеркало. Второе дихроичное зеркало отражает зелёную составляющую на детектор зелёного, и пропускает красную и инфракрасную составляющие. Третье дихроичное зеркало отражает красную составляющую на детектор и поглощает инфракрасную составляющую.

Несмотря на то, что прототип матрицы уже создан (2008 год), этот патент вряд ли найдёт своё применение в ближайшее время из-за существенных сложностей в технологии.

По сравнению со всеми прочими системами, кроме трёхматричных, данная технология имеет потенциальное преимущество в эффективности использования светового потока по сравнению с технологиями RGBW или фильтром Байера. (Точный выигрыш зависит от характеристик пропускания фильтров).

По сравнению с Foveon X3, данная технология выигрывает в качестве цветопередачи.

По сравнению с 3CCD системами, данный тип матрицы выигрывает в возможности использования в зеркальных аппаратах и в отсутствии необходимости точной юстировки оптической системы.

Что же это значит и в чем отличие

CCD и CMOS сенсоры были изобретены в 1960–1970х годах, и они пришли на смену электронно-лучевым видиконам. CCD сенсоры изначально стали доминирующими на рынке, они были нацелены на использование в научных исследованиях (равно как, и в промышленности, и медицине) и позволяли достичь превосходного качества изображения, соответствующего уровню технологий того времени. Полупроводниковые производства просто не могли «раскрыть» все возможности CMOS сенсоров на то время. Вновь интерес к производству CMOS возник в 90-х годах, так как была выявлена необходимость массового производства матриц с меньшим энергопотреблением и меньшей ценой.

В CCD сенсоре свет, который попадает на пиксель, изменяет его «электрическое» состояние. «Информация» об этом передаётся только через один выходной канал (реже — два). Далее происходит конвертация в уровень напряжения, проходит процедура буферизации и подача на выходе — как аналоговый электрический сигнал. Данный сигнал потом усиливается и конвертируется в цифровое значение, благодаря аналого-цифровому преобразователю (АЦП), который находится вне сенсора.

CMOS сенсоры благодаря технологии производства уже включают в себя усилители и АЦП, соответственно процедура получения изображения позволяет достичь гораздо большей скорости чтения.

Все это сказывается на общем методе получения изображения — технология CCD позволяет проводить считывание только с одного канала или максимум двух (и это является «бутылочным горлышком» данной технологии). Тогда как в CMOS сенсоре цифровые усилители используются в каждом отдельном пикселе (на данный момент в CMOS сенсорах могут использоваться 8 и 16 канальное считывание). Казалось бы, отдельное считывание каждого пикселя должно занимать больше времени, но так как процессы считывания в CMOS сенсорах происходят параллельно, это позволяет им достичь большей пропускной способности по сравнению с CCD сенсорами.

Источник изображения: dslrclub.ru

Это можно сравнить с дорогой  CCD представляет собой хорошую, но двух полосную автомагистраль, в то время как CMOS сенсоры можно сравнить с восьми или даже 16 полосным шоссе.

Преимущества

• Основное преимущество технологии  — низкое энергопотребление в статическом состоянии. Это позволяет применять такие матрицы в составе энергонезависимых устройств, например, в датчиках движения и системах наблюдения, находящихся большую часть времени в режиме «сна» или «ожидания события».
• Важным преимуществом матрицы КМОП является единство технологии с остальными, цифровыми элементами аппаратуры. Это приводит к возможности объединения на одном кристалле аналоговой, цифровой и обрабатывающей части (КМОП-технология, являясь в первую очередь процессорной технологией, подразумевает не только «захват» света, но и процесс преобразования, обработки, очистки сигналов не только собственно-захваченных, но и сторонних компонентов РЭА), что послужило основой для миниатюризации камер для самого разного оборудования и снижения их стоимости ввиду отказа от дополнительных процессорных микросхем.
• С помощью механизма произвольного доступа можно выполнять считывание выбранных групп пикселов. Данная операция получила название кадрированного считывания ( windowing readout). Кадрирование позволяет уменьшить размер захваченного изображения и потенциально увеличить скорость считывания по сравнению с ПЗС-сенсорами, поскольку в последних для дальнейшей обработки необходимо выгрузить всю информацию. Появляется возможность применять одну и ту же матрицу в принципиально различных режимах. В частности, быстро считывая только малую часть пикселей, можно обеспечить качественный режим живого просмотра изображения на встроенном в аппарат экране с относительно малым числом пикселей. Можно отсканировать только часть кадра и применить её для отображения на весь экран. Тем самым получить возможность качественной ручной фокусировки. Есть возможность вести репортажную скоростную съёмку с меньшим размером кадра и разрешением.
• В дополнение к усилителю внутри пикселя, усилительные схемы могут быть размещены в любом месте по цепи прохождения сигнала. Это позволяет создавать усилительные каскады и повышать чувствительность в условиях плохого освещения. Возможность изменения коэффициента усиления для каждого цвета улучшает, в частности, .
• Дешевизна производства в сравнении с ПЗС-матрицами, особенно при больших размерах матриц.

Технология CCD

Аббревиатура CCD (Charge-Coupled Device) означает “прибор с зарядовой связью” (ПЗС). Технология сканирования CCD получила свое название по типу датчиков изображения, который в ней используется – CCD (ПЗС).

Процесс сканирования:

Оригинал протягивается над стеклом экспонирования, подсвечивается с помощью источника света – флуоресцентной лампы. Отраженный от оригинала свет, преломляясь системой зеркал, фокусируется при помощи сферической линзы, на CCD-камеру с датчиками изображения, вызывает в них электрический сигнал, который затем преобразуется в цифровой код и сохраняется в виде файла.

Для того чтобы охватить всю ширину области сканирования в CCD сканерах используется от 1 до 4 CCD-камер. Например, в сканере Contex HD 2530 (25”) – 1 камера, в сканере Contex HD 5450 (54”) – 4 камеры. Каждая камера отвечает за свой участок по ширине области сканирования.

Особенности CCD-технологии:

1) Источник света – флуоресцентная лампа

В технологии CCD оригинал подсвечивается белым светом. В качестве источника белого света используется флуоресцентная лампа.

Недостатки:

Увеличенное время выхода в готовность

Для того, чтобы достичь белого цвета нужной температуры такая лампа должна выходить на режим в течение часа с момента включения. Можно начинать сканировать и раньше, но возникнет искажение цветов.

Повышенное потребление энергии и невысокий ресурс лампы

Для того, чтобы быть готовым к работе сканер должен поддерживать лампу в рабочем состоянии – лампа должна постоянно “гореть” (если её выключить, то сканер вновь придется выводить на режим). Эта особенность приводит к повышенному потреблению энергии, а главное, к снижению ресурса лампы.

2) Камера CCD включает 4 датчика

Камера CCD состоит из 4-х линейных светочувствительных датчиков. Перед 3-мя из них установлены светофильтры соответственно красного, зеленого и синего цветов (RGB). Светофильтры выделяют красную, зеленую и синюю составляющие из отраженного от оригинала белого света. Четвертый линейный датчик служит для сканирования в монохромном режиме.

Недостатки:

Повышенная стоимость технологии и увеличенное время сканирования в цвете связанное с дополнительной обработкой данных.

Линейные датчики пространственно разнесены друг относительно друга. Во время сканирования красная составляющая будет считываться в позиции и в то же время зеленая составляющая в позиции , а синяя в позиции . Для получения достоверной информации о цвете в заданной точке, требуется дополнительная математическая обработка данных, что приводит к удорожанию технологии.

3) Оптическая система состоит из линз и зеркал

Линейный размер CCD-камеры составляет 50-80 мм в зависимости от модели сканера. Этот размер существенно меньше ширины области сканирования (свыше 300 мм), с которой производит считывание эта камера. Поэтому для каждой камеры нужна оптическая система, состоящая из линзы и зеркал. Линза используется для уменьшения изображение оригинала до размеров CCD-камеры. Кроме того, чтобы изображение было резким оно должно оказаться в фокусе линзы, а для этого требуется разнести считывающий датчик и сканируемый оригинал на расстояние около 1 метра. Понятно, что при этом габариты сканера сильно возрастают. Для уменьшения габаритов до разумных размеров используется система преломляющих зеркал.

Недостатки: Повышенные габариты и масса сканера Оптическая система, состоящая из линз и зеркал, увеличивает габариты и массу сканера Ограниченная геометрическая точность сканирования

Проходя через линзу, отраженный свет претерпевает искажения, которые известны в оптике под названием сферических аберраций. В силу этого геометрическая точность сканирования снижается. Возникающие искажения производитель компенсирует путем сложной математической обработки данных.
Высокая чувствительность к внешним воздействиям

Элементы оптической системы крепятся на отдельных кронштейнах. Минимальные смещения элементов оптической системы, приводят к рассогласованию изображения в местах стыковки соседних CCD-камер. Возникает так называемый “эффект склейки”.

В силу этой причины CCD-сканеры очень чувствительны к вибрациям, механическим воздействиям, перепадам температур и требуют регулярной калибровки. Пользователь должен быть внимательным и постоянно проверять, не появился ли указанный недостаток вновь и не пора ли провести калибровку.

Все определения CCD

У каждой из технологий есть и свои особенности

— CCD сенсоры имеют лучшую светочувствительность и меньше подвержены «цифровому шуму» (дефект изображения, при котором видны пиксели случайного цвета и яркости) так как размер пикселя, как правило, больше, потому что в камерах, использующих CMOS сенсоры, сложная электронная схема уменьшает размер пикселя. Как результат — некоторое количество света попадает не на светочувствительные фотодиоды. Именно поэтому при съемке с малым количеством света рекомендованы камеры, использующие CCD сенсоры.

Но тут, следует отметить, что еще в 2009 году, компания Sony презентовала технологию т.н. «обратной подсветки». Вследствие этого, CMOS сенсоры стали гораздо более эффективны при съемке со слабым освещением и/или малоконтрастных объектов. И на текущий момент данный недостаток CMOS сенсоров был практически нивелирован. 

— CCD сенсоры требуют более сложной электронной схемы сопровождения и, как следствие, это выходит в более высокую стоимость готового изделия с их использованием. 

— Энергопотребление CCD сенсоров по некоторым расчётам превышает таковое у CMOS сенсоров вплоть до 100 раз! (именно благодаря низкому энергопотреблению и более компактному размеру CMOS сенсоров они стали основными на потребительском рынке. Например, все камеры в современных мобильных телефонах и планшетах используют CMOS сенсоры). А более высокое энергопотребление может привести к проблемам тепловыделения, которое не только негативно влияет на изображение, но так же может еще больше увеличить стоимость готового изделия (из-за применения специализированного охлаждения). 

— В сенсорах CMOS благодаря технологии индивидуального «чтения» каждого пикселя возможна работа т.н. «окна», которое позволяет выделить определённую часть сенсора (изображения) для считывания вместо всей области сенсора сразу. Это позволяет достичь высокой скорости съемки в выделенной области (по сравнению с CCD). 

 
— В разных типах сенсоров используются различные экспозиционные принципы: CCD используют Global shutter, а в CMOS — Rolling Shutter технологий (более подробно, мы рассмотрим эту тему в отдельной статье).

Следовательно, беря во внимание все вышесказанное, если Вам:

Необходима высокая скорость съемки — Вам необходимы камеры с CMOS сенсорами.   

Необходима высокая светочувствительность — Вам необходимы камеры с CCD сенсорами (либо CMOS с технологией «обратной подсветки»).

Необходимо малое количество «цифрового шума» — Вам необходимы камеры с CCD сенсорами.

Необходимо чуть более дешёвое решение — Вам необходимы камеры с CMOS сенсорами.

Подводя итог, следует отметить тот факт, что в любом случае выбор камеры должен зависеть именно от сферы применения, а не только исходя из технических характеристик.   

Наши специалисты помогут подобрать камеру именно под Ваши нужды!

Матрицы с обратной засветкой

В
классической схеме ПЗС-элемента, при
которой используются электроды из
поликристаллического кремния,
светочувствительность ограничена по
причине частичного рассеивания света
поверхностью электрода. Поэтому при
съёмке в особых условиях, требующих
повышенной светочувствительности в
синей и ультрафиолетовой областях
спектра, применяются матрицы с обратной
засветкой (англ.back-illuminatedmatrix)

В сенсорах такого
типа регистрируемыйсветпадает на подложку, но для требуемого
внутреннего фотоэффекта подложка
шлифуется до толщины 10-15мкм.
Данная стадия обработки существенно
увеличивала стоимость матрицы, устройства
получались весьма хрупкими и требовали
повышенной осторожности при сборке и
эксплуатации. А при использовании
светофильтров, ослабляющих световой
поток, все дорогостоящие операции по
увеличению чувствительности теряют
смысл

Поэтому матрицы с обратной
засветкой применяются в основном вастрономической
фотографии.

Недостатки

• Фотодиод ячейки занимает существенно меньшую площадь элемента матрицы, по сравнению с . Поэтому ранние матрицы КМОП имели существенно более низкую светочувствительность, чем ПЗС. Но в 2007 году компания выпустила на рынок новую линейку видео- и фотокамер с КМОП-матрицами нового поколения с технологией , которая ранее применялась только для КМОП-матриц в специфических оптических устройствах таких как электронные . В этих матрицах электронная «обвязка» пикселя, препятствующая попаданию на светочуствительный элемент, была перемещена из верхнего в нижний слой матрицы, что позволило увеличить как физический размер пикселя при тех же геометрических размерах матрицы, так и доступность элементов свету, что, соответственно, увеличило светочувствительность каждого пикселя и матрицы в целом. Матрицы КМОП впервые сравнились с ПЗС-матрицами по светочувствительности, но оказались более энергосберегающими и лишёнными главного недостатка ПЗС-технологии — «боязни» точечного света. В 2009 году компания Sony улучшила КМОП-матрицы с технологией EXMOR, применив к ним технологию «Backlight illumination» («освещение с задней стороны»). Идея технологии проста и полностью соответствует названию.
• Фотодиод ячейки матрицы имеет сравнительно малый размер, величина же получаемого выходного напряжения зависит не только от параметров самого фотодиода, но и от свойств каждого элемента пикселя. Таким образом, у каждого пикселя матрицы оказывается своя собственная , и возникает проблема разброса и пикселей матрицы. В результате этого первые произведённые КМОП-матрицы имели сравнительно низкое разрешение и высокий уровень так называемого «структурного шума» ( pattern noise).
• Наличие на матрице большого по сравнению с фотодиодом объёма электронных элементов создаёт дополнительный нагрев устройства в процессе считывания и приводит к возрастанию теплового шума.

История

В конце многие исследователи отмечали, что структуры КМОП (CMOS) обладают чувствительностью к свету. Однако обеспечивали настолько более высокую светочувствительность и качество изображения, что матрицы на технологии КМОП не получили сколько-нибудь заметного развития.

В начале характеристики КМОП-матриц, а также технология производства были значительно улучшены. Прогресс в субмикронной позволил применять в КМОП-сенсорах более тонкие соединения. Это привело к увеличению светочувствительности за счёт большего процента облучаемой площади матрицы.

Переворот в технологии КМОП-сенсоров произошёл, когда в ) успешно реализовали Active Pixel Sensors (APS)— активно-пиксельные датчики. Теоретические исследования были выполнены ещё несколько десятков лет тому назад, но практическое использование активного сенсора отодвинулось до 1993 года. APS добавляет к каждому пикселю транзисторный усилитель для считывания, что даёт возможность преобразовывать заряд в напряжение прямо в пикселе. Это обеспечило также произвольный доступ к фотодетекторам наподобие реализованного в микросхемах ОЗУ.

В результате к КМОП стали практически альтернативой ПЗС.

В году на форуме MWC в Барселоне компания продемонстрировала КМОП-сенсоры нового типа, которые ориентированы на применение в смартфонах.