Каковы узкие места в обычном КМОП-сенсорном чипе? - Фотопедия
2 голосов
/

Чтобы было ясно, я не имею в виду какой-либо этап обработки, а просто аппаратное обеспечение. Что мешает мне попробовать его с большей скоростью? Он сгорит или просто начнет давать мне мусор?

В чем причина того, что чип, способный делать 20-мегапиксельные изображения, не может записывать 20-мегапиксельное видео? Это скорость, с которой массив пикселей передает данные? Скорость воздействия? Электрический шум?

Что мешает 20-мегапиксельному сенсору снимать, скажем, 240p видео с очень высоким FPS?

Кроме того, вы обычно контролируете возможность выборки из массива пикселей или вынуждены делать это по заранее определенным схемам? Вы можете, например, просто сделать выборку из половины массива в 2 раза быстрее? Может ли эта половина быть случайной?

Ответы [ 2 ]

4 голосов
/

Что мешает мне сделать выборку с большей скоростью?

Каждый отдельный шаг операции требует времени. Изменение значения входов на логический элемент требует времени. Как только эти входы стабилизируются, получение стабильного выхода от затвора занимает много времени. Для размещения нового значения на шине данных требуется время, а затем для оповещения других устройств о том, что данные готовы, требуется время.

В таком сложном устройстве, как датчик изображения, у вас могут быть сотни или тысячи сигналов, которые изменяются параллельно и взаимодействуют друг с другом, поэтому существует необходимость в сигнале синхронизации - что-то, что запускает все эти изменения одновременно, и затем дает достаточно времени для стабилизации аналоговых сигналов во всех затронутых частях. Эта синхронизация происходит от тактового сигнала, который напоминает сердцебиение системы. Период часов - время между одним тиком и следующим - должен быть достаточно длинным, чтобы вместить самый медленный компонент.

Он сгорит или просто начнет давать мне мусор?

Мусор, скорее всего. «Значения», о которых мы здесь говорим, это напряжение. В цифровой электронике цифровое значение данного сигнала может быть только 0 или 1, включено или выключено. Но эти значения представлены аналоговыми напряжениями, например, напряжения между 0,0 В и 0,5 В могут представлять логическое 0 или ложное значение, а напряжения между 2,4 В и 3,3 В могут представлять 1 или истинное значение. Если вы попытаетесь прочитать сигнал до его стабилизации, он может находиться в диапазоне от 0 до 3,3 В.

Тем не менее, существует риск необратимого повреждения устройства, если вы попытаетесь запустить его так быстро, что оно не сможет рассеивать энергию, которую оно использует. Тепло - враг электроники - материалы обычно имеют более низкое сопротивление и работают быстрее, когда они холодные.

В чем причина того, что чип, способный делать 20-мегапиксельные изображения, не может записывать 20-мегапиксельное видео?

Есть ряд факторов. Во-первых, скорость чтения датчика должна быть меньше, чем обратная частота кадров: если вы хотите видео с частотой 30 кадров в секунду, вы должны быть в состоянии прочитать весь датчик 20 Мп менее, чем за 1/30 секунды. Во-вторых, камере также потребуется шина данных, которая может поддерживать эту скорость. На самом деле я не знаю, какова скорость шины данных в современной цифровой зеркальной камере, но для данных со скоростью 30 кадров в секунду и 20 Мп вам потребуется 24-разрядная шина, работающая на частоте 30 * 20 000 000 = 60 МГц, что, вероятно, быстрее, чем вы могли бы в большинстве камер. В-третьих, самой камере требуется некоторое время для обработки данных - даже RAW-файлы обрабатываются и до некоторой степени сжимаются. В-четвертых, вам нужно место для хранения всех этих данных. Даже большая SD или CF-карта не может вместить 20 Мп видео. В-пятых, скорость записи во флэш-память уже является ограничивающим фактором; Камеры обычно кэшируют изображения, когда они записываются в хранилище, и у большинства камер достаточно памяти, чтобы кэшировать несколько десятков изображений RAW с полным разрешением, снятых в режиме серийной съемки. В-шестых, у большинства людей нет практического способа просмотра 20-мегапиксельного видео - даже 4K UHD-видео составляет всего около 8,3 Мп на кадр. Существует стандарт 8K, поэтому, очевидно, , а не невозможно быстро считывать данные с датчика высокого разрешения, но по всем причинам, перечисленным выше, неудивительно, что вы не можете найти эту возможность в вашей нынешней DSLR.

Кроме того, вы обычно контролируете возможность выборки из массива пикселей или вынуждены делать это по заранее определенным схемам? Вы можете, например, просто сделать выборку из половины массива в 2 раза быстрее? Может ли эта половина быть случайной?

На самом деле я не смотрел на чтение отдельных пикселей с датчика изображения, но вы должны были бы предположить, что это сильно замедлит процесс, потому что вам придется отправлять координаты каждого пикселя, который вы хотите читать на датчик. Чтение данных с датчика в виде, о котором датчик уже знает, сэкономит много времени (и, вероятно, времени). Если вы посмотрите таблицу данных для датчика изображения (например, , например, ), вы увидите, что существует множество регистров, которые управляют тем, какие данные следует читать и как эти данные должны быть отформатированы, поэтому конечно, есть некоторый контроль, но чтение всего изображения в случайном порядке, вероятно, нецелесообразно.


Из комментария:

КМОП-датчики обычно способны снимать видео с более высокой частотой кадров / с разрешения, знаете ли вы, что позволяет им делать это? ... Есть ли процессор даунсамплинг или сам датчик это делает?

Может помочь просмотр таблицы данных, указанной выше. Вы можете многое почерпнуть, даже если не до конца понимаете. Например, мы можем сказать только из спецификаций, что сам датчик должен ограничивать данные, которые он отправляет для различных форматов, потому что он может передавать больше кадров при более низких разрешениях. Среди ключевых особенностей это:

maximum image transfer rate:
QSXGA (2592x1944): 15 fps 1080p: 30 fps
1280x960: 45 fps
720p: 60 fps
VGA (640x480): 90 fps
QVGA (320x240): 120 fps

Покопавшись, вы найдете информацию о подвыборке и управлении окнами. Подвыборка - это когда датчик выводит только некоторые пиксели, например, каждый второй пиксель или каждый четвертый пиксель. Это эффективно снижает разрешение датчика. Оконное управление ограничивает прямоугольную область датчика, из которой выводятся пиксели. Эти функции (и многие другие) выполняются самим датчиком и являются настраиваемыми.

Посмотрите таблицы данных для других датчиков. Я нашел один для датчика ON Semiconductor (PDF), который довольно информативен. Здесь вы найдете больше информации о подвыборке и управлении окнами, а также ряд временных диаграмм, которые дают некоторое представление о проблемах синхронизации, о которых я говорил выше.

1 голос
/

Вы действительно задаете вопрос, который принадлежит Solid-State-Engineering.SE, если бы был такой сайт. Я видел микросхемы с 64 параллельными считываниями, так что каждая цепочка может работать на относительно медленной скорости (считывание 1/64 массива) при сохранении высокой общей частоты кадров. Кроме того, существуют такие проблемы, как размер пикселя: чем больше пиксель, тем больше света он может собирать, но тем больше его емкость (в целом), что приводит к другим проблемам со скоростью.
И так далее :-(. Тем не менее, существуют специальные видеокамеры, которые непрерывно работают на тысячах кадров в секунду. Они имеют не только специальные датчики, но и сверхскоростные шины для сверхбыстрой памяти.

...