Камера на телефона като цифров фотоапарат - основите на устройството

Как половин фотографски камерата на телефона? Какво е сензора? Как става това? В действителност, без тези по желание на знания може да направи.

Цифров фотоапарат, както и много отлични електронни неща, които ни заобикалят, дело на инженерите на Sony. В началото на 80-те години в недрата на този новаторски корпорация е роден проект Mavica. В резултат на изследванията е да бъде триизмерен скенер, способен да дигитализира триизмерен образ. Оригиналните двуизмерни образи на записа технологии вече съществуват и се използват широко. Обикновена таблетка (барабан, ръка - без значение) скенер се състои от набор от елементи светлочувствителни полупроводникови подредени в линия, снабдени с миниатюрни лещи и задно осветяване. Сканиране на плосък оригиналната (лист хартия с картина или текст) се извършва ред по ред и последователно. Линията е разположена под оригиналния сканира повърхността. Лампата осветява лист, светлинния поток, отразена от първоначалната повърхност на микролещата и се фокусира върху повърхността на светлочувствителни електронни елементи. В преходния слой на полупроводника възниква слаб електрически ток. Колкото по-висока яркостта на светлината, толкова по-голям ток. Този сигнал се усилва и предоставена на ADC, където тя се превръща в цифров двоичен код последователност на логическите нули и единици. След сканиране на оригиналния тесен диапазон лента измества стъпков мотор и процеса на сканиране се повтаря. Така, общата изображението е изградена от отделни сканирани редове.

Всяка скенер е снабдена с елемент на оптичната система. Много подобна на фотоапарата микроскоп, само на ъгъла на сканиране е много малък - на повърхността на светлочувствителния елемент се фокусира само една точка от изображението. И ако се повиши светлочувствителни елементи не са в тесни граници, а в правоъгълна матрица? И се организира в резултат на снимачната площадка в картини прозорец филмови камери? Вземете една и съща триизмерен скенер, който е бил работил инженери на Sony.

Теоретично, задачата изглежда елементарно просто. На практика това се оказа толкова трудно да се разбере, че развитието на технологиите отиде в продължение на много години. Това поражда редица много трудни въпроси. Първо, елементите на матрицата трябва да бъдат с такива размери, че ще бъде най-малкото сравним с зърно размер емулсия конвенционален фотографски филм на базата на сребърни халогениди. Второ, самите елементи трябва да бъдат достатъчно количество за осигуряване на приемливо решение. Размерите на самата матрица трябва да бъде колкото е възможно да се използва оптика за uzkoplonochnyh камери. Следваща - полученото изображение трябва да бъде сива скала, т.е., сензорът трябва не само да се прави разлика между светлите и тъмните части на изображението, но и градацията между абсолютното черно и абсолютно бяло. Минималният брой градации е не по-малко от 16, т.е. цифровизацията трябва да бъде не по-малко от 4-битов. Но повече или по-малко приемливо картина се получава, когато 8-битов цифровизацията, когато всеки елемент монохромен картина може да има каквато и да е 64 нюанса на сивото.

Днес, цифрови методи се прилагат сензори екипажа на два вида - с CCD (устройства зарядна връзка, на английски версия получава съкращението CCD) и на CMOS (комплементарен метал-оксид-полупроводник, CMOS изпълнение, на английски език). На първо място, CCD е по-трудно да се произвеждат, имат висока чувствителност и точност на цифровизацията на изображения, вторият CMOS, повече manufacturable и следователно се считат за най-обещаващ. Въпреки това, CMOS сензори, използвани в аматьорски входно ниво на оборудване и мобилни телефони с камера имат ниска чувствителност и резолюция (въпреки скъпите полу-професионален камери, като Canon EOS 350D, инсталирани сензори, построени за тази технология). Защо, тогава, мобилни телефони с камера не се използват CCD сензори? Причината за характеристиките на самото устройство на сензора.

CMOS сензор - матрица на фоточувствителни елементи, всеки от които представлява малка полупроводников елемент (FET), промяна на параметрите в зависимост от яркостта на светлината, падаща върху нейната повърхност. Броят на елементи в масива определя разделителната способност на сензора, който е в сензорните 350 хиляди пиксели (което е равно на резолюция VGA - 640x480 пиксела). За същото количество светлина чувствителни клетки. В действителност, има няколко по-, като част от клетката излиза извън обхвата на човешките ресурси и изграждане на имидж не е в употреба. CMOS сензор консумира енергия само по време на експозиция (транзистори променят състояние е отворен или затворен само под въздействието на светлинния поток), така че икономическите и взискателни енергийни източници. Въпреки CMOS матрица клетъчни големите CCD клетки и тяхната чувствителност е по-ниска (поради повърхността на матрицата са разположени не само транзистори но полупрозрачни метални проводници).

Всеки сензор CCD клетка е трислойна структура на основата на полупроводници, оксид слой изолиращ и метален електрод. Непрекъснато подава към електродите на електрически ток, чиято величина се променя под влияние на светлината. Тези промени се отчитат сензор контролер, обработват от процесора, който въз основа на тези сигнали изображение конструкции. сензор CCD е проектиран много по-сложен CMOS сензор. Освен фоточувствителни клетки (наречени купчини натрупване) на повърхността на матрицата са разположени специални клетки (комини) за съхранение и транспортиране сигнали (вертикална сменящия регистър). Ако CMOS сензор и в най-простите камерите (и, между другото, в мобилни телефони с камера) не изискват използването на механичен затвор - контролер просто чете моментната състоянието на матрица клетки осветени в сензора CCD, е необходимо портата. Въпросът, отново, в чертите на сензорното устройство CCD. Има три вида светлочувствителни елементи на матрици на базата на CCD. Първият тип - матрица такса трансфер в разредка. Те се натрупват купища и купища съхранение са разположени в непосредствена близост. Допусната на електродите стекове съхранение електрически заряди се преместват в купчините за съхранение, които са на една и съща клетка, но покрити с лека блокиращи слой и след това такси на регистрите вертикалните отместване получава матрица изход усилвател. Ако светлинния лъч е да се облъчва повърхността на сензора е постоянен, спасените и нововъзникнали такси ще бъдат смесени и изображението няма да работи. Ето защо, датчици такса трансфер в разредка изисква photogate ограничаване времето на експозиция.

Датчици за друг вид - с трансфер кадър - са разположени малко по-различен начин. Фоточувствителния клетките не са свързани регистри за съхранение, и директно от регистрите вертикалните отместване. Регистри електрически заряди попадат в регистрите на съхранение по краищата на повърхността на сензора. Тъй като процесът на прехвърляне зареждане отнема известно време, обвиненията не разполагат с време, за да бъде смесен. Тази матрица photogate не е необходимо. Но фотоапарати използват рядко сензори разредка такса пренос и почти никога с рамка. Защо? Тъй като първият вид сензор не позволява да използвате дисплея на интегрирана камера за гледане на рамката, а вторият вид сензор е изключително тромава и неефективна - значителна част от повърхността на формата не се използва, тъй като това са програми и натрупване и съхранение на купища такси.

В съвременните фотоапарати в повечето случаи се използва сензори, построени от хибридна технология. Това означава, че централната част на матрицата е подреден въз основа на сензора с такси рамка за трансфер и работи по изграждането на системата на изображението на екрана на монитора в режим на гледане. А останалата част от сензора се основава на принципа на заплащане матрица трансфер в разредка. Непосредствено преди снимане (когато се съберат рамка за електронни дисплея и натиснете бутона на затвора) на спусъкът на камерата е затворена, сензорът е включен в режим на прогресивно трансфер, скорост на затвора, сензорът е изложен, сигналите от доставка на клетките към изходния усилвател и след това към контролера на сензора, матрицата на ключове отново в режим пренос на заряд на единичен кадър, затворът се отваря - ние отново да използвате вградения дисплей на камерата като електронен визьор.

Камера на телефона като цифров фотоапарат - основите на устройството. Част 2: Хитър мегапиксела >>>

Камера на телефона като цифров фотоапарат - основите на устройството. Част 3: от сензора към принтера и обратно >>>

Камера на телефона като цифров фотоапарат - основите на устройството. Част 4: Колкото повече, толкова по-добре >>>

Камера на телефона като цифров фотоапарат - основите на устройството. Част 5: Да отстраним, Вие погледнем по-отблизо >>>

Предимства на iPhone 6S

приходи HTC се е увеличил с 27%

Представено актуализираната VR-каската Samsung Gear VR

Samsung обяви Galaxy Note 7 planshetofon

Слуховете за новите функции "умни" часовници Samsung Gear S3