Projekt z předmětu Základy obrazového inženýrství
Téma: CMOS
senzory
Datum: 26. prosince 2002 Vyučující: Doc. Ing. Oldřich Zmeškal, Csc.
Blanka Vojtková obor Spotřební chemie 4. ročník fakulty chemické VUT v Brně
Obsah: Úvod: Stále více se ukazuje, že udávaná rozlišovací schopnost čipu není jediným kritériem mající vliv na kvalitu obrazu. Pro účely digitální fotografie jsou vyvinuty dva druhy čipů: CMOS a CCD. Jaké jsou mezi nimi rozdíly? Po kvalitativní stránce - značné! Pokud uvažujete o nákupu nového přístroje, pozor tedy - jakým čipem je digitální fotoaparát vybaven! Oblast digitálních fotoaparátů je provázena neobyčejnou snahou výrobců stlačit cenu co nejvíce dolů. Tyto klesající ceny jsou dosahovány nástupem senzorů CMOS, které jsou mnohem levnější z hlediska nákladů na výrobu, než senzory CCD.
Co je to CMOS: Ve většině digitálních aparátů najdeme jako zobrazovací prvek elementy CCD. Mají za sebou čtvrt století vývoje, ovšem jsou odsouzeny k tomu, aby zůstaly složité a tudíž i drahé. V průběhu roku 1998 se objevily na trhu první digitální aparáty vybavené prvkem CMOS. CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) se vyrábějí prakticky stejnými postupy, jako běžné procesory. Tím pádem je už dnes jejich cena třetinová. Navíc, díky své vnitřní konstrukci, mají podstatně menší spotřebu elektrického proudu. To jsou hlavní důvody, proč se jim předpovídá velká budoucnost. Současné CMOS navazují na obdobná zařízení známá už třicet let. Ty nejjednodušší jsou pasivní (PPS - Passive-pixel sensors), která prostě generují elektrický náboj úměrně energii dopadajících paprsků, náboj jde přes zesilovač do analog-digitálního konvertoru jako u běžného CCD. V praxi však dávají tyto pasivní CMOS špatný obraz. Pozornost je proto upřena na aktivní CMOS (APS, Active-pixel.sensors). Každá světlocitlivá buňka je doplněna analytickým obvodem, který vyhodnocuje tzv. šum a aktivně ho eliminuje. Moderní CMOS už generují obrázky srovnatelné s levnějšími CCD a lze čekat další vývoj. CCD prvky jsou doprovázeny dalšími čipy - každý aparát má minimálně tři další, ale taky sedm. CMOS umožňují integraci specializovaných čipů, například ke stabilizaci nebo kompresi obrazu. Nevýhodou dosavadních CMOS je jejich malá citlivost na světlo. Je to dáno tím, že obvody omezující šum jsou uvnitř buněk. Nedostatek se řeší přidáním miniaturních čoček ke každé buňce a další miniaturizací kompenzačních obvodů. http://www.digineff.cz/cojeto/cmos/cmos.html
Senzory používané v digitální fotografii: CCD versus CMOS Jak pracují - a jaké jsou mezi nimi rozdíly? CCD (charge-coupled device) a CMOS (Complimentary metal-oxide semicoductor) mají svůj účel ve svém počátku společný: převádějí světlo do elektronů. Velmi zjednodušeně 1
tento proces odehrávající se v digitálních fotoaparátech (nebo camcorderech) lze popsat tak, že tisíce a milióny buněk citlivých na světlo jsou uspořádány do plošné matice - každá z těchto buněk je jakýmsi pěšákem ve více nebo méně mohutné armádě; jak veliké, to záleží právě na udávaném rozlišení konkrétního digitálního fotoaparátu. Každá buňka převádí světelnou informaci ze své malé části obrazu do elektronu. Jenže systémy CCD a CMOS toho dosahují rozdílnými postupy. Dalším krokem je totiž přečtení hodnot nashromážděného náboje každé obrazové buňky. U systému CCD je náboj ve skutečnosti přenesen přes čip a přečten v jednom z rohů matice. Pak analogově-digitální převodník převede každou hodnotu pixely do digitální - tedy jinými slovy číselné - podoby. Ve většině systémech CMOS jsou zvláštní tranzistory, které zesilují a stěhují náboj použitím obvyklejšího vedení. Cesta CMOS je pružnější, protože každá pixela je čtena jednotlivě. Naopak systém v CCD zde využívá ojedinělou technologii. Vytváří tak vhodné podmínky k tomu, aby transport akumulovaného náboje proběhl bez zkreslení. Je to proces, který pak vede k vysoké kvalitě senzoru - a to po stránce reprodukční věrnosti a citlivosti ke světlu. Na druhou stranu výrobci senzorů CMOS využívají standardizované výrobní postupy, zcela totožné se způsobem, který je využíván při výrobě mikroprocesorů. Vzhledem k těmto výrobním rozdílům je možno popsat také rozdíly mezi senzory CCD a CMOS. Senzory CCD, jak vyplývá z výše uvedeného, vytvářejí obraz vysoké kvality, zasažený jen nízkým šumem. Senzory CMOS mají k šumu větší sklon. Protože každá pixela na senzoru CMOS má několik tranzistorů umístěných blízko ní, citlivost ke světlu je zde nižší. Mnoho fotonů totiž zde zasáhne tranzistory namísto fotodiody. CMOS také má menší kapacitu - a z toho vyplývá také nízko kapacitní senzor. Na druhou stranu CCD využívá speciální postup, který využije značné procento své kapacity. CCD má stonásobnou účinnost ve srovnání s ekvivalentními senzory CCD. Čipy CMOS jsou vyráběny jen na základě standardního silikonovém sortimentu, takže mají sklon být mimořádně levné v porovnání se senzory CCD. Senzory CCD jsou v masově vyráběny již delší čas - a jsou vývojově vyzrálejší, s vyšší kvalitou obrazových informací. Vyjdeme-li z těchto rozdílů, dojdeme k závěru, že CCD bývají využívány pro práci na vysoce kvalitních snímcích, s mnoha dokonale zhodnocenými pixely a za vyšší citlivosti ke světlu. Naopak senzory CMOS mívají obrazovou kvalitu nižší, nižší rozlišovací schopnost a nižší citlivost. Na druhou stranu fotoaparáty CMOS jsou mnohem levnější a mají vyšší životnost baterie. http://www.profifoto.cz/poradna7.html
Vznik digitálního obrazu Digitální snímek - snímače Počátky digitálni fotografie souvisejí s vynálezem integrovaných obvodů umožňujících zaznamenat obraz pomocí elektrických signalů. Digitální fotoaparáty se liší od klasických fotoaparátu především v tom, že snímkování není prováděno na film, ale na záznamové médium umístěné v těle přístroje, které je přenosné. Velmi významnou vlastností a obrovskou výhodou
2
digitálních přístrojů je možnost jakýkoli naexponovaný a uložený snímek kdykoli bez znehodnocení nosiče záznamu smazat. Klasický film slouží jako záznamové a rovněž paměťové médium. V digitálních fotoaparátech jsou tyto dvě funkce rozdělené. Záznam obrazu zprostředkovává senzor a data jsou ukládána na paměťové médium. Existuje několik typů paměťových karet. Mezi nejznámější patří SmartMedia Card – SMC, CompactFlash Card - CF, MultiMedia Card – MMC nebo Security Digital Card SDC).
Digitální záznam Snímací čip (senzor CCD či CMOS) je uspořádaný do ortogonálních, zpravidla obdélníkových matic z milionů světlocitlivých buněk. Světlo z objektového prostoru je usměrněno optickou soustavou objektivu, jíž prochází a dopadá na jednotlivé prvky snímače, kde je zachycena a zaznamenána intenzita dopadnutého světla. Senzor pracuje v šedé škále, jejíž rozsah je rozdělen na 256 úrovní mezi černou a bílou. Pro generování barevné kopie snímané originální scény je před každou buňkou umístěn primární barevný filtr, jehož účinkem nabude snímací senzor charakteru různobarevné mosaiky. To je nutné proto, že snímač sám není schopen barvy vůbec rozpoznat. Pro digitální fotografii jsou používány nejčastěji dva typy filtrů vycházející ze základních popř. doplňkových barev světelného spektra RGB a CMYK (viz.Obr.1). Před snímač se umístí tři až čtyři filtry primárních barev, z nichž se následnou interpolací obrazu vytvoří barevný snímek.
YELLOW
MAGENTA
CYAN
Obr.1: Základní a doplňkové barvy RGB a CMYK
Snímače v digitálních fotoaparátech Podle typu použitého filtru Nejpoužívaněji využívají snímače barevného filtru typu RGBG. Před jednotlivými prvky snímače jsou umístěny filtry primárních barev RGB, přičemž zelená je zdvojnásobena. Z celkového počtu snímacích prvků (pixelů) tedy snímač zachytí čtvrtinu červené, čtvrtinu modré a polovinu zelené škály. Tato data jsou předána AD převodníku, který předá data dále internímu software, který následnou interpolací získaných obrazových dat vytvoří výsledný barevný obraz. Interpolační algoritmus porovná data daného pixelu a pixelů okolních a vypočítá
3
novou hodnotu pro daný pixel. Existují sice i snímače, které umí pracovat i bez interpolace, ale tato hi-tech zařízení nenalezneme v běžných fotoaparátech, neboť jejich cena se blíží milionu korun. Běžný uživatel se tedy musí spokojit s obrazem, který mu dodá interní software. Z toho principu snímání vyplývá, že originální sejmutá scéna je vždy pouze substituována částečně odpovídající barevnou kopií. Ta se sice při velkém rozlišení snímače může zajisté i velice blížit originálu, ale nikdy není stoprocentní kopií, i když – vlivem nezbytné interpolace při konstruování snímku – takové zdání většinou vyvolává.
Obr.2: Princip barevného filtru RGBG – vedle sebe Druhým, méně používaným, filtrem je filtr typu CMYK, zde jsou použity filtry cyan, magenta a yellow. Tyto snímače by měly vynikat především zvýšenou odolností proti digitálnímu šumu. Z významných výrobců digitálních fotoaparátů používá tuto barevnou masku např. Nikon u fotoaparátů řady Coolpix. Snímač Foveon X3 Dr. Carver Mead, zakladatel zámořské firmy Foveon Inc, Santa Clara, CA 95051 (v roce 1997), výzkumný pracovník z oblasti slaboproudé mikroelektroniky a návrhu obvodů VLSI stanovil perspektivní cíle jmenované firmy, spočívající zejména ve vývoji inovačních produktů a technologií, dovolujících fotografům plně realizovat potenciál digitální fotografie. A tak jmenovaná firma již dříve přinesla na trh portrétní studiovou kameru vysoké kvality, první CMOS snímač s 16,8 megapixely a nyní – po únorovém uvedení na veletrhu PMA 2002 ve floridském Orlandu – nový druh CMOS snímače s technologií X3. Na trhu se tak již nyní nachází typ F7-35X3-A25B, viz obr. s rozlišením 2304x1536 x3 pixely o fyzických rozměrech 20,7 mm x 13,8 mm (s úhlopříčkou 25mm), jenž je již použit ve zcela nové zrcadlovce SD9 D-SLR známého producenta, rovněž představené veřejnosti na Orlandské výstavě PMA 2002.
Technologie Foveon X3
4
Obrazový senzor Foveon X3 je prvním takovýmto čidlem, produkovaným osmnáctimikronovou technologií CMOS, a to ve spolupráci s partnersko - investorskou firmou National Semiconductor Corp. Senzory jsou vyráběny na jihu státu Maine v Portlandu pracovníky NS s přesvědčením, že nepochybně budou zaujímat rozhodující roli v kvalitě a výkonnosti budoucích digitálních kamer a posléze se stanou standardem v oblasti senzorů. V čem tedy spočívají hlavní přednosti tohoto nového senzoru? Tak především v tom, že jeho každý pixel, zachycuje červené, modré a zelené světlo současně. Každý pixel ve svých třech buňkách! To znamená, že celou plochou senzoru jsou snímány všechny barvy najednou a nikoliv jen jejich část úměrná ploše té či oné barvě filtračního pole, jak je tomu u konvenčních snímačů CCD. Situaci konvenčního snímače CCD tak zachycuje obrázek 2. Princip barevného filtru RGBG – vedle sebe, z něhož je zřejmé, že barevné filtrační pole je aplikováno na jedinou vrstvu čipu s fotodetekčními buňkami (levá část schématu). Jednotlivé části filtračního pole propouštějí pouze světlo určité vlnové délky, která odpovídá vždy jen jedné požadované barvě (střední část schématu). Výsledkem daného uspořádání filtračního pole, typického pro mosaikový senzor, je zachycení 50% zeleného světla, zatímco červené a modré světlo jsou zachyceny pouze po 25 procentech. Vzhledem k mosaikovému rozdělení filtračního pole dochází k částečné (cca třetinové) barevné propustnosti jednoho každého barevného světla v mosaikovém senzoru. Proto je nutno „dohnat“ (za odfiltrované 2/3 každé barvy) programově komplexním procesem, což teoreticky vede ve finálu ke ztrátě detailů a nežádaným barevným artefaktům. Nový snímač Foveon X3 se liší svou koncepcí, jež je schematicky zachycena na tomto obrázku
Obr. 3: Princip barevného filtru pro senzor Foveon X3 – nad sebou Vlastní čip tohoto senzoru sestává totiž ze tří vrstev na nosném substrátu, které jsou všechny vytvořeny z křemíku (vlevo). A protože křemík absorbuje různé vlnové délky světla v závislosti na hloubce (viz střední část schématu), není třeba jakéhokoliv předsazeného filtračního pole, neboť principiálně každá vrstva zachycuje/detekuje jinou barvu. Nahlížíme-li na každou vrstvu tedy jako na souvislou fotodetekční matici modré nebo zelené či červené barvy, je takto vytvořený senzor prvním čidlem, zachycujícím plně dané barevné spektrum a každému pixelu odpovídají tři barevné hodnoty. Odtud pojmenování X3 a doplňující údaj rozlišení x3. Výsledkem popsané koncepce je vyšší barevné rozlišení, věrnější podání sejmutého objektu, relativní zvýšení ostrosti a hlavně i citlivosti, o zjednodušení rekonstrukce obrázku nemluvíc. Senzor tohoto typu znamená, že netřeba provádět interpolaci obrazu mezi sousedními pixely! Senzory Foveon X3 podle údajů výrobce vykazují ještě další příznivé vlastnosti. Jednou z nich je schopnost zvaná VPS (variable pixel size) – proměnná velikost pixelu – umožňující 5
kombinovat velké a malé pixely dohromady v jednom obrazovém senzoru. Menší pixely vedou k vyšší rozlišovací schopnosti a ostřejším obrázkům, požadovaným studiovou fotografií. Velké pixely těží z vyšší světelné citlivosti (tolik potřebné při nedostatečně prosvětlených scénách, rychlých systémech AF pro sportovní fotografii a videoaplikace). Uvedené kombinace jsou realisovatelné jen díky technologii Foveon X3. Nový senzor CMOS svojí skladbou a svými vlastnostmi vzbudil oprávněnou pozornost technické veřejnosti. Jeho úspěch bude zřejmě záležet též na ceně, za jakou bude potenciálním aplikantům poskytován. O té zatím nevíme nic bližšího. Jistě bude ovlivněna danou technologií výroby. Uvažme jen, že samotné provedení trojice transparentních fotodetekčních matic spolu s jejich nezávislým, nicméně spolehlivým kontaktováním, bude zřejmě technologicky náročné a tudíž i nákladnější. Dalším nepřehlédnutelným stimulem je skutečnost, že někteří význační producenti digitálních fotoaparátů – jako jsou Canon, Sony, Fujifilm aj. – produkují též své vlastní snímače CMOS, CCD či SuperCCD, které osazují do svých aparátů. Proto – z pochopitelných důvodů – patrně nebudou asi příliš ochotni podporovat konkurenční produkt, byť by byl sebelepší. První bílá vrána – SIGMA SD9 D-SLR Jméno producenta SIGMA je v kruzích uživatelů fotografické techniky již delší čas velmi dobře známé, neboť tato firma vyrábí zejména výměnné objektivy s bajonetovým připojením, určené hlavně pro těla klasických SLR kamer z výroby své či význačných firem jako je Nikon, Canon, Pentax či Minolta. Jedná se o objektivy s pevnou či proměnnou ohniskovou délkou, tedy teleobjektivy, jejichž cena mnohdy – v závislosti na vlastnostech – i několikanásobně převyšuje cenu adaptovaného těla zrcadlovky. Bylo proto jistým překvapením, když na floridské prestižní výstavě PMA 2002 v Orlandu byl veřejnosti představen též její první digitální fotoaparát SLR, model SD9 (na obrázcích). V daném případě se nejedná o běžný digitální aparát, ale o pravou (jednookou) zrcadlovku s tělem – jak také jinak – pro výměnné objektivy či teleobjektivy. A ta je osazena právě novým senzorem CMOS na bázi Foveon X3 o 3,54 Mp x3 s buňkami o velikosti 9 mikronů, s násobitelem ohniskové délky 1,7. Maximální rozlišení, dosažitelné s tímto přístrojem tak činí 2268 x 1512 x3, což odpovídá úhrnnému počtu 3,43 milionu efektivních pixelů (x3). Nicméně lze v případě potřeby volit i rozlišení nižší, a sice medium 2628 x 1512 x3 nebo čtvrtinové 1134 x 756 x3 pixelů. Citlivost je volitelná v rozsazích ekvivalentních ISO 100, ISO 200 nebo ISO 400. Měření je osmisegmentové, středově vyvážené či středově zprůměrované. Vyvážení bílé mimo automatiky poskytuje ještě 7 nastavitelných režimů podle osvětlení snímané scény. Závěrka je kovová, štěrbinová, vertikálně putující, přičemž expoziční časy se pohybují od B, 30 sek. až do 1/6000 sek. Samozřejmostí je kompenzace expozice v mezích +/- 3EV v krocích á 0,5 EV. Lze využívat též třísnímkový autobracketing v rozsahu +/- 3EV s krokem á 0,5 EV. Aparát je vybaven přípojkou pro externí blesk se synchronizací do 1/180 sek. Formát uložení sejmutých obrázků je RAW, jenž může být později softwarově konvertován do TIFF či JPEG, zobrazení lze
6
volit jako nekomprimované, střední (medium) nebo nízké. Sekvenční snímání je možné pro všechna rozlišení. Záběry jsou ukládány do paměťových karet CompactFlash typu I a II s podporou IBM Microdrive 1 GB. Napájení aparátu zajišťují lithiové články 2x CR123A+2x CR-V3 nebo 4x AA NiMH. Rozměry aparátu činí 15,2x 12,0x 7,9 = 1441 cm3, hmotnost pak 803 g. Komunikační rozhraní je dvoje, a sice USB 1.1 a Firewire IEEE 1394, nechybí ani videovýstup pro připojení k TV přijímači ve funkci velkoplošného monitoru. Hledáček je pentaprism SLR (průhledový přes objektiv), komponování záběrů dále napomáhá TFT LCD monitor 1,8“ o 130.000 bodech. Charakteristické pro komentovaný aparát dále ještě je, že za připojovací bajonetovou objímkou se nachází jedinečný prachový protektor, jehož jediným úkolem je zabránění přístupu prachových částic k buňkám senzoru. Tělo aparátu má známý osvědčený tvar a rovněž i ovládání, s jakým se setkáváme u polo- či plně profesionálních přístrojů výrobců Kodak, Canon či Nikon, jež nám tak do jisté míry silně připomíná. Aparát pracuje s 36 bitovou barevnou hloubkou, to znamená s 12 bity na kanál, což je nezbytným předpokladem pro kvalitní snímky. Pozoruhodné na tomto přístroji je mimo jiné i jeho pořizovací cena, která v daném případě činí 3000,- $, což je – přes všechny dobré vlastnosti včetně kvality – výrazně méně proti srovnatelným výrobkům konkurenčních producentů (Nikon, Olympus aj.). http://www.aaron.cz/ShowDocument.asp?Document=544 Podle konstrukčního typu Kromě výše uvedeného dělení senzorů podle typu použitého filtru jak už víme, lze rozdělit senzory podle typu vlastní konstrukce na CCD, CMOS a SuperCCD. Nejrozšířenější jsou snímače CCD méně používaný je CMOS. Oba typy se skládají z pravoúhlé matice čtvercových snímacích bodů (pixelů), jejichž velikost je maximálně deset mikrometrů. Základní rozdíl mezi CCD a CMOS je v přenosu náboje ze snímače. Z CCD je náboj odváděn dvěma možnými způsoby. První způsob se vyznačuje postupným předáváním mezi jednotlivými prvky až do sběrnice (progresivní snímač), druhý je tzv. prokládaný CCD snímač, u něho jsou řádky či sloupce sběrnicemi proloženy. Při tomto složitém postupu dochází často k částečné degradaci signálu. Tento problém řeší snímač typu CMOS, v němž má každý jednotlivý snímací prvek své připojení. Další možností je přímé zesílení signálu, nižší spotřeba energie a hlavně menší výrobní náklady. K nevýhodám patří riziko nestejnoměrné citlivosti individuálně ovládaných pixelů a problematické využití citlivosti. Z tohoto důvodu je technologie CMOS využívána spíše u levných digitálních fotoaparátů, ačkoli vyjímkou, která potvrzuje toto pravidlo, je Canon EOS D60 a 30. Rovněž Foveon X3 je postaven na technologii CMOS. Na rozdíl od klasického CCD nemá Super CCD čtvercové snímací prvky ale šestihranné připomínající včelí plástev. Jako jediná používá SuperCCD firma Fujifilm. Super CCD má každý pixel opatřený mikročočkou, která zajišťuje lepší využití dopadajícího světla, a tím se zvýší citlivost čipu. Z výše uvedeného výkladu o typech a vlastnostech jednotlivých senzorů je zřejmé, že od skutečnosti k digitálnímu snímku je složitá cesta a při používání digitálních fotoaparátů pro měřické účely je třeba mít na paměti vše, co bylo výše řečeno a uvědomit si, že už samotný snímek je obrazem skutečnosti s jistým stupněm generalizace. http://gama.fsv.cvut.cz/~mila/publikace/dalsi/dig_obraz.doc
7
Unikátní technická řešení v oblasti foto-video techniky CANON Při každém nahrávání, kdy videokameru nemáme umístěnou na stativu, dochází k většímu či menšímu rozechvění přístroje, které je způsobeno chvěním ruky. Toto chvění negativně ovlivňuje kvalitu obrazového záznamu. Proto je u většiny videokamer využívána stabilizace obrazu. V zásadě se používají dva druhy takovéto stabilizace – optická a elektronická (resp. digitální). Technicky náročnějším, ale z hlediska výsledku mnohem efektivnějším, řešením je optická stabilizace obrazu, která dociluje zklidnění obrazového záznamu řízeným vychylováním středního optického členu v objektivu videokamery. Tím se za prvé stoprocentně zachovává optická informace v průběhu celého zpracování záznamu a za druhé je tak možno využít celou kapacitu snímacího CCD senzoru pouze k zachycování obrazu. To je zásadní rozdíl od stabilizace elektronické, kdy kapacita snímacího CCD senzoru není plně využívána k zachycování obrazu, ale část této kapacity je "zablokována" právě pro vyrovnávání chvění přístroje. Signál za objektivem je tu digitálně upravován tak, aby se co nejvíce přiblížil původní optické informaci. Obecně lze říci, že budeme-li srovnávat dvě videokamery stejného formátu, z nichž jedna bude mít stabilizaci optickou a druhá elektronickou (a to bez ohledu na velikost kapacity CCD senzoru), u kamery se stabilizací optickou získáme kvalitnější a pravdě více odpovídající záznam obrazu. Firma Canon jako jediná z producentů videokamer vybavuje většinu svých videokamer formátu Hi8 a MiniDV právě optickou stabilizací obrazu. Důkazem vyšší kvality tohoto řešení je i oblast profesionálních videokamer a objektivů k nim dodávaných, kde se používá výlučně systém optické stabilizace obrazu. Klasické CCD senzory používané jako detektory světla v digitálních fotoaparátech a videokamerách jsou drahé a jejich spotřeba energie je vysoká. Vyšší počet obrazových bodů, nutný pro vyšší rozlišení kvalitnějších přístrojů, se musí promítnout do velikosti CCD prvku a v důsledcích do velikosti napájecích prvků a ovšem i celkové ceny. Společnost Canon se rozhodla jít úplně jinou cestou: místo CCD vyvinula revolučně nový prvek - CMOS senzor (zkratka znamená complementary metal oxide semiconductor). Technologie CMOS byla zvolena jednak kvůli podstatně nižší energetické náročnosti, jednak kvůli možnosti snadné integrace s obvody pro digitální zpracování obrazu. Tato cesta není snadná: pro konstantní přesnost záznamu obrazu musí být přesnost vnitřních tranzistorů extrémně vysoká, a proto donedávna nebyly prakticky žádné přístroje využívající CMOS senzory zkonstruovány. Našim technikům se však podařilo problémy překonat a výsledek jejich práce – velký a spolehlivý CMOS senzor – se nyní předkládá zákazníkům v digitální jednooké zrcadlovce Canon EOS D30. http://www.fotoivideo.cz/produkty/canon/Techn.html
Philips prosazuje CMOS senzory Levný a kvalitní CCD? Zjevný nesmysl. Řešení je ve variantě zvané CMOS o tom je přesvědčen holandský Philips. Má se to jmenovat SeeMOS. Philips Semiconductors se rozhodl zavést vývoj a výrobu obrazových prvků CMOS, vedle zavedené výroby CCD. Philips aplikuje
8
zkušenosti s výrobou CCD na vývoj a výrobu SeeMOS. Vedoucí vývoje Theo Claasen tvrdí, že v rozlišení 640x480 podávají nové SeeMOS "vynikající výsledky". O technických podrobnostech jsme se mnoho nedozvěděli. Podle Claasena je SeeMOS napájen 3,5 V. Připomeňme, že klasické CCD typicky potřebuje tři různé úrovně voltáže. Proto jsou CMOS (a samozřejmě i SeeMOS) méně náročné na spotřebu. Jen jeden detail Claasen prozradil. Analytické obvody omezující šum zmenšují plochu světlocitlivých buněk - skoro o polovinu. Philips tento problém řeší představením miniatruní čočky před každý světlocitlivý prvek (pixel). Claasen se nezmiňuje o dalším zásadním problému, totiž o "přetékání náboje" ze sousedních světlocitlivých buněk. Právě tento nešvar je původcem dosavadní nízké kvality obrazu generovaného CMOS. S větším nadšením hovořil Claasen o budoucnosti. Cesta je podle něho v miniaturizaci, takže si lze představit videokameru "tenkou jako tužka a asi centimetr dlouhou", nebo Webcam v brýlích. http://www.digineff.cz/aktuality/2000/1_3/0301.html
Třímegový CMOS Připomínám, že senzory CMOS jsou velkou nadějí digitální fotografie. Jsou výrobně jednodušší a tudíž levnější - avšak zatím produkují méně kvalitní. Třímegová "cemoska", která je schopna, krom jiného, zajistit obraz pro digitální videokameru rychlostí až 30 oken za vteřinu (tedy rychleji než standardních 25 fps). Je nepochopitelné, kdo je výrobce, produkt je nabízen firmám, aby ho do svých fotoaparátů a kamer montovaly.
Třímegový CMOS? K smíchu! 16megový! Firma Foveon údajně vyvinula CMOS s rozlišením "4,096 na 4,096 čtvereční palec". Zprávu v pondělí přinesl list New York Times. Bylo by to dvojnásobné rozlišení než jaké poskytuje 35mm film, přičemž cena by měla být nižší, než za jakou hodlá nabízet třímegáč Kodak. Produkt má být předveden 25. září na Fotokině v německém Kolíně. Firma Foveon tvrdí, že hodlá zaútočit na pozici aparátů se středním formátem, jako je Hasselblad. Našinci to zní jakou rouhání... http://www.digineff.cz/tyden/00/38tyd.html
Závěr: Zůstává zatím snahou výrobců CMOS alespoň přiblížit se svou kvalitou senzorům CCD. Zdá se však, že to nebude možné za zachování nízké stávající ceny. Dosud také nebývá obvyklé, aby fotoaparáty a digitální kazety CMOS byly vybaveny například aktivním chlazením, které šum zcela eliminuje, nebo se jejich výrobci zabývaly možností postupné separace barev. Vlastně - z obchodního hlediska není divu - tyto technické a konstrukční vymoženosti jsou na druhé straně v rozporu se snahou být co nejlevnější kazetou. A tak pak nezbývá nic jiného, než skutečně být co nejlevnější a argumentovat nízkou cenou.
9
