Zaloguj się
Wszystkie
15 maja 2024
302
Fotografia cyfrowa zdominowała współczesny świat w każdym jego aspekcie – począwszy od fotografii amatorskiej, poprzez codzienną pracę profesjonalnych fotoreporterów, aż po badania naukowe (i to zarówno te prowadzone z użyciem mikroskopów optycznych, jak i realizowane za pomocą wartych miliony dolarów, sztucznych satelitów obserwacyjnych). Fascynująca historia urządzeń do przetwarzania obrazu na postać sygnału elektrycznego rozpoczęła się na początku ubiegłego wieku i przez przeszło sześć dekad (od lat 30. do lat 90. XX wieku) opierała się na przeróżnych konstrukcjach lamp analizujących. Podwaliny pod fotografię cyfrową położył natomiast w roku 1975 Steve Sasson, który – zaledwie dwa lata po przyjęciu do pracy w laboratoriach firmy Kodak – opracował pierwszy na świecie „samodzielny” aparat cyfrowy (warto dodać, że sam układ CCD o rozdzielczości 8×1 px powstał zaledwie kilka lat wcześniej w Bell Labs, zaś już w 1975 roku Sasson korzystał z matrycy o rozdzielczości 100×100 px). Funkcję nośnika danych pełniła… zwyczajna kaseta magnetofonowa – co nie powinno dziwić z uwagi na popularność pamięci taśmowej w dawnych komputerach, choć w połączeniu z (przynajmniej wg dzisiejszej perspektywy) ogromnym aparatem dawało naprawdę uroczy efekt. Czytelników zainteresowanych tym przełomowym wynalazkiem zachęcamy do zapoznania się z patentem nr US4131919, zgłoszonym do amerykańskiego urzędu patentowego przez Kodaka w roku 1977.
Po niemal pięciu dekadach od powstania tego wiekopomnego wynalazku możemy korzystać z niewiarygodnie szerokiej gamy przetworników obrazu o tak zróżnicowanych parametrach, że naprawdę trudno dziś wskazać obszar aplikacyjny, do którego nie dałoby się dobrać odpowiedniej matrycy z aktualnej oferty producentów optoelektroniki. W artykule dokonamy przeglądu najważniejszych zagadnień z zakresu konstrukcji i parametrów przetworników obrazu oraz przestrzeni, pokażemy także subiektywny wybór najciekawszych komponentów dostępnych na rynku.
Rodzaje matryc obrazowych
Dywersyfikacja oferty czujników obrazu jest dziś naprawdę ogromna – do grupy tej zaliczają się bowiem nie tyko matryce dwuwymiarowe, ale także liniały CCD i CMOS, stosowane m.in. w skanerach dokumentów, spektroskopach optycznych czy też laserowych czujnikach przemieszczeń.
CCD i przyjaciele, czyli ekspresowy przegląd odmian matryc starszej generacji
Rozróżnienie dwóch podstawowych grup matryc światłoczułych jest – przynajmniej z grubsza – znane każdemu elektronikowi. Przetworniki CCD (ang. charge-coupled device) zostały opracowane jako pierwsze i przez wiele lat stanowiły fundament fotografii cyfrowej oraz wszelkich innych zastosowań związanych z rejestracją obrazów jedno- i dwuwymiarowych. Podstawa działania matrycy CCD opiera się na gromadzeniu ładunków uwolnionych ze struktury półprzewodnika na skutek zjawiska fotoelektrycznego wewnętrznego. Fotony o odpowiednio wysokiej energii są w stanie „wybić” elektrony, a te zostają następnie wychwycone i zmagazynowane w tzw. studni potencjału, wytworzonej w półprzewodniku przez polaryzację odpowiednim napięciem. W istocie komórki matrycy można rozpatrywać jako miniaturowe kondensatory MOS – ładunki ze wszystkich kondensatorów w danej kolumnie są kolejno transferowane do wspólnego, przesuwnego rejestru odczytowego, skąd zostają pobrane i zmierzone z użyciem niskoszumnego wzmacniacza ładunku. Warto dodać, że ładunki są „przepychane” przez kolejne pola kolumny dzięki zastosowaniu odpowiedniej sekwencji napięć sterujących, która może występować w wielu odmianach (różniących się liczbą faz). Ponieważ jednak podstawowa konstrukcja matrycy CCD nie sprawdzała się z powodu dość powolnego odczytu (który siłą rzeczy musiał być dokonywany piksel po pikselu, linia po linii) – równolegle ze zwiększaniem rozdzielczości macierzy – wprowadzane były kolejne innowacje, mające na celu przyspieszenie odczytu sygnałów.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
