Matryca CCD

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Matryca CCD używana do detekcji obrazów w zakresie promieniowania ultrafioletowego
Sensor CCD zamontowany w kamerze cyfrowej
Zasada działania CCD
CCD pod mikroskopem, obraz 30x30 μm AFM HR 5120 lines. CCD z Canon A75.

Matryca CCD (ang. Charge Coupled Device) – układ wielu elementów światłoczułych, z których każdy rejestruje, a następnie pozwala odczytać sygnał elektryczny proporcjonalny do ilości padającego na niego światła. W cyfrowych aparatach fotograficznych najczęściej stosowane są filtry barwne, dające możliwość rejestracji natężenia określonej szerokości spektrum światła w danym punkcie matrycy.

Konstrukcja matrycy została przeprowadzona głównie na użytek naukowy, zaś jej pierwsze zastosowania obejmowały astronomię, gdzie do dziś pozostaje podstawowym narzędziem badawczym, wypierając w zasadzie klisze fotograficzne. Obecnie masowo wykorzystuje się matryce CCD o coraz wyższej rozdzielczości w aparatach cyfrowych, gdzie otrzymane dane po przetworzeniu przez jednostkę centralną aparatu mogą zostać zapisane w postaci plików graficznych. W aparatach fotograficznych stosowane są matryce o rozdzielczościach rzędu od kilku do kilkunastu megapikseli, do ponad 30 megapikseli w pełnoformatowych aparatach profesjonalnych i nawet 80 megapikseli w cyfrowych aparatach średnioformatowych. Największe matryce stosowane w obserwatoriach astronomicznych mają od 65 do ponad 100 megapikseli.

Historia[edytuj | edytuj kod]

Pierwszy egzemplarz CCD został zbudowany w 1969 roku przez dwóch naukowców, laureatów Nagrody Nobla: Willarda S. Boyle'a i George E. Smitha z Bell Telephone Laboratories. Szukali oni nowego sposobu rejestracji obrazu, który miał znaleźć zastosowanie w projektowanym wideotelefonie. Urządzenie miało być tanie, a jego technologia oparta na krzemie. Pierwsza kamera złożona była z ośmiu pikseli ułożonych w jeden rząd. Większy model o rozmiarach 100x100 pikseli powstał dopiero w 1973 roku. Początkowo technologia była rozwijana w celach obserwacji kosmosu.

Działanie[edytuj | edytuj kod]

Kiedy foton uderzy w atom, może spowodować przeskoczenie elektronu na wyższą powłokę, a w niektórych przypadkach uwolnienie nośnika ładunku (dziur lub elektronów, w zależności od użytego materiału półprzewodnikowego) – jest to tzw. efekt fotoelektryczny wewnętrzny. Kiedy powierzchnia matrycy CCD jest oświetlona, uwolnione zostają nośniki, które gromadzą się w kondensatorach. Nośniki te zostają przesunięte w miarowych impulsach elektrycznych oraz zostają "przeliczone" przez obwód, który wyłapuje nośniki z każdego elementu światłoczułego, przekazuje je do kondensatorów, mierzy, wzmacnia napięcie i ponownie opróżnia kondensatory. Ilość nośników zebranych w ten sposób w pewnym przedziale czasu zależy od natężenia światła. W efekcie otrzymujemy dla każdego elementu światłoczułego informację o wartości natężenia padającego na nie światła, czyli w praktyce informację o jasności obserwowanej w danym punkcie barwy.

Zazwyczaj poszczególne elementy matrycy mierzą ilość światła dla jednej ze składowych RGB, dlatego też na każdy piksel wynikowego obrazu w postaci bitmapy przypada pomiar z kompletu elementów światłoczułych. W 2002 roku firma Foveon opracowała matrycę X3, która potrafi zarejestrować każdą z trzech składowych koloru w każdym punkcie. Obecnie nie jest jednak ona szeroko wykorzystywana.

Rozmiary[edytuj | edytuj kod]

Typ Proporcje Długość

(mm)

Szerokość

(mm)

Przekątna

(mm)

Powierzchnia

(mm²)

Powierzchnia

względna

1/6" 4:3 2,30 1,73 2,88 3,98 1,00
1/4" 4:3 3,20 2,40 4,00 7,68 1,93
1/3.6" 4:3 4,00 3,00 5,00 12,0 3,02
1/3.2" 4:3 4,54 3,42 5,68 15,5 3,89
1/3" 4:3 4,80 3,60 6,00 17,3 4,34
1/2.7" 4:3 5,27 3,96 6,59 20,9 5,24
1/2" 4:3 6,40 4,80 8,00 30,7 7,72
1/1.8" 4:3 7,18 5,32 8,93 38,2 9,59
2/3" 4:3 8,80 6,60 11,0 58,1 14,6
1" 4:3 12,8 9,60 16,0 123 30,9
4/3" 4:3 18,0 13,5 22,5 243 61
APS-C 3:2 25,1 16,7 30,1 419 105
35MM 3:2 36,0 24,0 43,3 864 217
645 4:3 56,0 41,5 69,7 2324 584

Kolumna "Typ" zawiera oznaczenia wywodzące się od stosowanych dawniej lamp analizujących. Liczby te określały średnicę zewnętrzną lampy. Pole obrazowe lampy o średnicy 1 cala miało przekątną 16 mm, co stanowi podstawę do dalszych obliczeń[1].

Wikimedia Commons

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. Aleksy Kordiukiewicz: Kamery telewizji dozorowej. [dostęp 2009-08-21].

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]