Co ogranicza rozmiar cyfrowych czujników obrazowych?

Przeczytałem tutaj kilka informacji o rozmiarach czujników

http://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor_format

zgodnie z tym 35 mm ff-CMOS to czujnik o największych wymiarach stosowany w aparatach cyfrowych. Ma wiele zalet w stosunku do mniejszych czujników, spowodowanych jego rozmiarem.

Dlaczego nie ma jeszcze większych czujników, które wymuszałyby te zalety? 1,5 FF np.?

Możesz zrobić bardzo duże matryce CCD. Starsza informacja prasowa mówi o CCD stworzonym dla amerykańskiego obserwatorium marynarki wojennej o wymiarach 4 x 4 x 10,560 x 10560 pikseli. To 111 megapikseli na jednym czujniku. To trochę niemałe.

^{(Z powyższego komunikatu prasowego)}

Pierwszym ograniczeniem, jakie ma czujnik, jest to, że musi to być pojedyncza płytka krzemowa, a to stała cena. Państwo może tworzyć CCD, które zostały zaprojektowane z CCD trzech krawędzi (pozostała krawędź jest, gdzie można odczytać danych z bazy danych), takie jak:

^{(Od http://loel.ucolick.org/manual/deimos_ccd/science/overview/EL3160.html )}

Są one często używane w teleskopach, aby uzyskać większy obszar obrazowania przy jedynie mniejszym wzroście ceny. Należy pamiętać, że istnieje problem polegający na tym, że każda matryca CCD musi być kalibrowana oddzielnie od pozostałych (żadne dwa czujniki obrazu nie mają dokładnie takiej samej odpowiedzi) - jest to poważny problem w zastosowaniach naukowych ( informacje o kalibracji dla jednej takiej matrycy CCD ).

Mozaika CCD może być znacznie powiększana. PanSTARRS ma matrycę sensorów 1,4 gigapiksela, która składa się z ogromnej matrycy matryc CCD 600 × 600 pikseli:

Powyżej znajduje się matryca CCD 8 × 8 - każda dość mała. Jest to zatem część większego układu 8 × 8 tych segmentów, co daje w sumie 64 × 64 układ czujników. Stało się tak ze względu na oszczędność kosztów, szybkość (szybszy odczyt czterech tysięcy CCD 600 × 600 pikseli jednocześnie niż odczyt jednego większego CCD), izolację nasyconych pikseli i łatwiejszą wymianę w przypadku wad.

Godzina ostatniej wykorzystuje bardziej konwencjonalnych CCD trzech krawędzi, aby osiągnąć cel 3,2 gigapixels. Każdy segment ma matrycę 8 × 2 z czujnikami 500 × 200 pikseli. Wszystkie te same czynniki, które wymieniono dla PanSTARRs, znajdują się tutaj. Oczekuje się, że odczytanie 3,2 miliarda pikseli zajmie 2 sekundy (co w rzeczywistości jest dość szybkie). Zmniejszenie liczby większych matryc CCD oznaczałoby, że jest wolniejszy - nie szybszy.

Tak więc, chociaż możliwe jest użycie wielu czujników łącznie, nadal składają się one raczej z raczej małych pojedynczych czujników niż dużego pojedynczego czujnika (jak to zrobiono z czujnikiem USNO 4 × 4 "). W niektórych przypadkach matryce CCD są znacznie mniejsze nawet te używane w aparatach punktowych i strzelających.

Wróć do pierwszego obrazu czujnika 4 × 4 ", a następnie rozważ rozmiar tam standardowych czujników:

Zawiera dodatkowe informacje do rozważenia. Jest maksymalna wydajność, ile można umieścić na waflu (po prostu nie można zmieścić więcej) i odpady. Aby zrobić ten czujnik 4 × 4, potrzebowali wyjątkowowysokiej jakości wafelek krzemu. Na zwykłej pełnej klatce wady kryształu nie mają znaczenia, ile czujników umieścisz na waflu. Z 8-calowym krzemowym waflem (taki sam rozmiar jak ten u góry - zauważ, że połowa jego średnicy znajduje się na „krawędzi”), są wady rozrzucone po całym waflu. Im mniej czujników na waflu, tym większa szansa, że ​​tam będzie wadą czujnika, uniemożliwiając jego użytkowanie (36% odpadów na matrycy pełnoklatkowej w porównaniu do 12,6% odpadów na matrycy 13,2 mm x 8,8 mm). Jest to jeden z powodów, dla których często prowadzi się więcej badań nad zwiększeniem gęstość układu zamiast zwiększania go (a badania gęstości mają inne zastosowania, takie jak przyspieszenie procesorów).

Dzięki czujnikowi przeznaczonemu do ramy 60 mm × 60 mm można zamontować tylko około 8 czujników na waflu, a ilość odpadów rośnie. Można tam zobaczyć ekonomię skali.

Weź pod uwagę, że 15 lub 16 pracujących czujników poza płytką pełnoklatkową kosztuje tyle samo, co 213 mniejszych czujników ... i są odpowiednio wycenione. Poniższy obraz pokazuje problem z wadami umieszczonymi w tych samych miejscach wafla dla matryc o różnych rozmiarach.

^{(Od http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wafer_die%27s_yield_model_(10-20-40mm ) _-_Version_2_-_EN.png )}

Jeśli chcesz odejść od „obrazu za jednym zamachem”, możesz uzyskać jedną matrycę (cóż, trzy - po jednym dla każdego koloru) czujników poruszających się po obrazie. Są one często wykrywane jako kopie zapasowe kamer wielkoformatowych. Problemem jest precyzja sprzętu, a nie rozmiar czujnika (pamięć, przechowywanie danych, szybkie operacje we / wy stają się znaczące). Niektóre kamery mają to jako zintegrowane urządzenie, takie jak Seitz 6x17 digital .

Dalsza lektura:

• Ekonomika cyfrowych czujników fotograficznych

Największe dostępne na rynku sensory CMOS do fotografii to „średni format” i wymiary około 44 mm x 33 mm. CCD istnieją w nieco większych rozmiarach do 54 mm x 40 mm. Mogły zostać wyprodukowane większe czujniki do zastosowań naukowych.

Czujniki są wytwarzane przez rzutowanie maski na dużą płytkę krzemu za pomocą światła UV. Wafel jest następnie cięty na poszczególne czujniki. Bezwzględny limit rozmiaru czujnika, który można wytworzyć tą metodą, jest określony przez rozmiar koła obrazu wytwarzanego przez projektor (chociaż mogą występować inne problemy z bardzo dużymi czujnikami, takie jak zużycie energii i rozpraszanie ciepła, które stanowią trudne limit rozmiaru).

Praktyczny limit rozmiaru czujnika jest osiągany znacznie wcześniej, ponieważ jest on określany przez wydajność, czyli ile czujników należy wyrzucić podczas produkcji z powodu wad. Przy wytwarzaniu wielu małych czujników na jednym waflu pojedyncza wada doprowadzi do odrzucenia jednego czujnika, ale wiele innych będzie wykonalnych, jeśli jeden czujnik zajmie cały wafel, wówczas pojedyncza wada oznacza, że ​​nie są wytwarzane żadne czujniki. Wydajność zmniejsza się zatem wraz z kwadratem wielkości czujnika, co powoduje, że większe czujniki są nieekonomiczne.

Obowiązują również korzyści skali, czujniki „pełnoklatkowe” 36 mm x 24 mm byłyby droższe, gdyby były produkowane w tej samej objętości co czujniki średniego formatu.

Istnieją jeszcze większe czujniki. Jeśli przyjrzysz się obrazowi w prawym górnym rogu tej strony, zobaczysz, że największy czujnik to czujnik Kodak KAF o średnim formacie .

Ok, rozumiem, że nie jest łatwo to rozgryźć, ponieważ można łatwo przyjąć, że tło tego obrazu jest szare, podczas gdy w rzeczywistości obraz ma białe tło.

Zobacz to lepiej tutaj .

Oprócz tego czujnika są jeszcze inne czujniki większe niż FF. Na tej samej stronie przewiń do Tabeli formatów i rozmiarów czujników , kliknij kolumnę „Współczynnik przycięcia”, aby posortować tabelę i spojrzeć na formaty o współczynniku przycięcia mniejszym niż 1. Wyjdź z formatów filmu, a skończysz na następujące czujniki w tej kolejności:

• Faza pierwsza P 65+, IQ160, IQ180
• Leaf AFi 10
• Średni format (Hasselblad H5D-60)
• Kodak KAF 39000 CCD
• Pentax 645D
• Leica S.

Ale uwaga: takie czujniki mają też wady: duże, ciężkie aparaty i obiektywy. Znacznie trudniej jest zbudować obiektyw dla takiego czujnika (większy okrąg obrazu) i ... ... oczywiście ... ... cenę.

Kilka innych rzeczy, które mogą ograniczyć to, co jest praktyczne, poniżej tego, co można wyprodukować:

1. waga (wynikowego układu). Bardzo duży czujnik potrzebuje bardzo dużego koła obrazu, co oznacza duże obiektywy i duży aparat.
2. pobór energii. Duży czujnik wymaga więcej energii niż mały, co zmniejsza żywotność baterii (chyba że ponownie zwiększysz rozmiar i wagę aparatu, aby pomieścić większą baterię).
3. prędkość. Odczyt większego czujnika zajmuje więcej czasu niż odczyt mniejszego czujnika o tej samej gęstości elementu czujnikowego. Twój czas otwarcia migawki zmniejsza się.
4. koszt (wskazany, ale wchodzi w grę na kilku poziomach). Większy czujnik oczywiście kosztuje więcej niż mały, nie tylko dlatego, że potrzebuje więcej surowców, ale także rośnie ilość odrzuconych produktów, których koszt należy odjąć od mniejszej liczby sprzedawanych.