Матрицы для камер видеонаблюдения

Матрицей называется специальная интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных диодов и предназначенная для преобразования оптических сигналов (света) в электрический аналоговый сигнал или в цифровые данные (если матрица интегрирована с аналого-цифровым преобразователем). «Антарис» предлагает своим покупателям большой выбор аналоговых и IP видеокамер, оснащённых матрицами разных производителей.

Основные характеристики

• Размер (формат). Это важный параметр для получения качественной картинки. Чем больше площадь светочувствительных диодов, тем меньше помех (шума) и тем чётче передаваемое изображение. Размер диагонали матрицы измеряется в дюймах, в большинстве видеокамер наблюдения устанавливаются матрицы размера 1/4" или 1/3". Матрицы большего размера (1", 1/2"и 2/3") стоят гораздо дороже и требуют использования более совершенных объективов, поэтому производители камер видеонаблюдения используют их редко. Естественно, что чем больше размер матрицы, тем больше размер самой камеры. Чтобы обеспечить высокое качество сигнала при небольших габаритах камеры, матрица должна иметь высокое разрешение.

• Разрешение. Этот параметр определяется количеством отображаемых на мониторе локальных светочувствительных элементов (пикселей) после передачи сигнала с записывающего устройства. Разрешение обозначают в пикселях или в ТВЛ (телевизионных линиях). Для получения информативного и детализированного изображения матрица аналоговой камеры должна иметь разрешение 400-480 ТВЛ по горизонтали, разрешение по вертикали строго стандартизировано. Производители IP-камер указывают разрешение в пикселях. Самые распространённые модели (HD), используемые в системах видеонаблюдения, имеют разрешение 720p (1280×720) или 1080i (1920×1080). Матрицы с высоким разрешением позволяют рассмотреть мелкие детали, например, автомобильный номер. Камера с форматом в четверть дюйма может превосходить по качеству изображения видеокамеру размером 1/3", если её матрица имеет большее количество пикселей. Следует отметить, что цветные камеры обычно уступают монохромным по этому показателю.

• Светочувствительность. Эта величина позволяет определить степень освещённости, необходимой для получения хорошего изображения. Единица измерения светочувствительности – люкс. Чем меньше значение, тем лучше камера «видит» в условиях плохой освещённости. Однако здесь существует предел, то есть, в полной темноте, независимо от светочувствительности матрицы, видеосъёмка без дополнительной подсветки невозможна.

• Соотношение сигнал/шум. Этот параметр определяет чистоту получаемого изображения и зависит от вышеперечисленных характеристик и от того, насколько нагревается матрица при работе – чем выше температура, тем больше помех возникает на экране.

Типы матриц

Сейчас существует два основных вида матриц:

• Charge-Coupled Device (CCD). В русской транскрипции – ПЗС, то есть, прибор с зарядовой связью. Технология создания таких матриц основана на способности диодов накапливать электрический сигнал под воздействием света. ПСЗ-матрицы на кремниевой основе предназначены для аналоговых устройств, но их можно совмещать с АЦП, именно так работают аналого-цифровые камеры. Первый прибор CCD появился в 1969 году в Америке, а массовое производство ПСЗ-матриц для видеокамер начала компания Sony в начале восьмидесятых годов прошлого века. Принцип их работы прост – накапливаемые отдельными пикселями заряды последовательно передаются и преобразуются в серию импульсов на выходе, то есть, в аналоговый сигнал, который усиливается и поступает в считывающее устройство. ПСЗ-матрицы имеют большой динамический диапазон, обладают высокой светочувствительностью, обеспечивают качественное и детализированное изображение. К недостаткам можно отнести сложность изготовления и конструкции, а также большое потребление электрической энергии.

• CMOS-матрицы, изготовленные по технологии Complementary Metal-Oxide-Semiconductor. Русифицированное название - КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник). В этом случае, благодаря использованию полупроводников, считывается заряд каждого отдельного пикселя. Быстрое продвижение КМОП-матриц началось в 1993 году, после разработки активно-пиксельных датчиков (APS). Каждый пиксель оснащался транзисторным усилителем, что позволяло преобразовывать в напряжение накопленный заряд. К 2008 году матрицы этого типа стали применяться для создания видеокамер столь же часто, как и ПСЗ-сенсоры.

Производством матриц также занимаются такие компании, как Kodak, Matsushita, Canon, Nikon, Philips. В России – московский «Пульсар», питерские фирмы «Электрон», «Элар» и др.

Матрицы обоих типов имеют свои особенности, поэтому потребителю приходится делать выбор исходя из конкретных особенностей видеонаблюдения на определённом объекте.

По сравнению с ПЗС-матрицами, матрицы CMOS энергоёмки, обладают большей скоростью обработки данных, адаптированы для работы с цифровыми устройствами и стоят дешевле, особенно матрицы большого размера. Но они обладают меньшей светочувствительностью, низким коэффициентом заполнения пикселей, сильнее нагреваются и подвержены воздействию структурного шума, то есть, изображение, несмотря на высокое разрешение, не такое качественное. Все эти недостатки разработчики устраняют. Например, в 2007 году Sony стала выпускать CMOS-матрицы с технологией Exmor, позволяющей увеличить размеры пикселей, при этом не увеличивая площади микросхемы. Это дало возможность усилить светочувствительность до уровня, сравнимого со светочувствительностью лучших моделей ПСЗ. К тому же такие матрицы потребляют меньше энергии и не боятся точечного света. А два года спустя появилась технология Backlight illumination, «освещение с обратной стороны», что значительно улучшило потребительские качества новой матрицы. Инновации привели к подорожанию видеокамер, поэтому своего главного преимущества CMOS-матрицы лишились. Но практически все  IP-камеры созданы на основе КМОП-матриц.

Разработчики постоянно модернизируют и усовершенствуют сенсоры, не так давно появились матрицы SuperCCD, которые имеют более высокое разрешение за счёт поворота светочувствительных элементов. Активно используется технология digital image system (DIS) – монокристалическая матрица. Наверняка в скором времени появятся новые модели камер видеонаблюдения, которые можно будет купить в ТД «Антарис».