Ключевым фактором для датчиков CCD, когда речь идет о высокоскоростной (или, что мы называем, счастливой) визуализации, является скорость считывания.ПЗС-камеры из-за особенностей их технологии, которая перемещает заряд (электроны) от одного пикселя к следующему вниз по столбцам, по одной строке за раз, способствует низкому показанию.Кроме того, из-за этой природы ПЗС-датчиков со сдвигом заряда на сенсорной матрице обычно нет места для более сложного вида логики считывания, которую используют датчики КМОП (усилители на пиксель, блоки АЦП и CDS на столбцы и т. Д.Как таковые, все пиксели на датчике обычно фактически «читаются» одним или, возможно, парой неработающих усилителей и АЦП.Это также способствует низкому показанию, так как на высокой частоте эти компоненты также имеют больший шум (входной шум, первичные источники шума считывания).
Так что для получения чистых результатов с низким уровнем шума обычно необходимо использовать ПЗС-датчикина более низких частотах, что приводит к замедлению считывания.Фактически, многим популярным ПЗС-камерам с большим кадром может потребоваться несколько десятков секунд для считывания одного кадра!Очевидно, что для высокоскоростной визуализации тратить 20-30 секунд на чтение кадра просто невозможно.
КМОП-сенсоры отличаются от КМОП тем, что вместо перемещения заряда вокруг датчика, а затем с датчика, они немедленно преобразуют заряднапряжение прямо в пикселе.Это напряжение затем просто «прикладывается» к остальной логике считывания.
Кроме того, со всеми этими компонентами на матрице датчика они могут быть сильно распараллелены.Пиксельные усилители обычно распределяются между небольшими группами пикселей, 2 или 4, поэтому для датчиков с десятками миллионов пикселей у вас есть миллионы усилителей.Каждый усилитель может работать одновременно.
Большинство современных КМОП-датчиков используют блоки АЦП для каждой колонки, также на матрице датчика.Для датчиков с тысячами столбцов существуют тысячи блоков АЦП.Опять же, все они могут работать одновременно.
При всем этом высоком параллелизме на матричном сенсоре это позволяет одновременно считывать каждый пиксель данной строки ...одновременно настраивать тысячи пикселей, в отличие от CCD, где каждый пиксель должен фактически считываться последовательно по одному (или, возможно, двум) одновременно.Поскольку каждая схема считывания реплицируется для каждого общего пикселя или столбца, их не нужно синхронизировать каждый на высокой частоте.Скорость исходит из параллелизма, а не часов.Таким образом, вы сохраняете преимущества низкой частоты (более медленная тактовая частота) для уменьшения шума (как и в случае CCD), но все же можете очень быстро считывать огромные объемы данных.
При всех этих параллельных характеристиках возможно считывание полного кадра датчика за доли секунды.Это обеспечивает очень высокую частоту кадров (с некоторыми CMOS-камерами, которые имеют аппаратную функцию ROI, позволяющую уменьшить площадь фактически считываемого датчика), частота кадров может варьироваться от 20-40 кадров в секунду для всего кадра до 700-800 кадров в секунду дляменьшая рентабельность инвестиций.По большей части, истинное счастливое изображение, когда вы работаете на частоте сцинтилляции (форма атмосферной турбулентности, вызванной струйным потоком), происходит с экспозициями около 10 мс или 1/100 секунды, 100 кадр / с.На этой частоте вы можете отбрасывать подводные лодки низкого качества из-за наблюдения, сохранять только высококачественные подводные лодки и получать изображения с высоким разрешением и высокой детализацией движущихся объектов, таких как МКС, спутники, планеты и т. Д.
Следует отметитьчто медленное считывание CCD не всегда плохо.Много астрофотографии, материалов с большой выдержкой, все еще делается с помощью CCD-камер.И качество может быть исключительным.ПЗС медленно уменьшается со временем в основном из-за стоимости.Монохромный ПЗС-сенсор большего размера (36x24 мм, 37x37 мм, 52x52 мм и т. Д.) Легко стоит от нескольких десятков тысяч долларов до сотен тысяч долларов.
В скором времени на рынке появятся новые монохромные CMOS-датчики размером 36x24 мм, которые поступят в продажу на камеры стоимостью менее 10 тыс. Долл., А один может даже приблизиться к 5 тыс. Долл.Хотя это может показаться безумно дорогим, в сравнении с аналогичными ПЗС-камерами с большим кадром, это на самом деле огромная экономия.Цена меньших КМОП-сенсоров до сих пор заставляла CCD-камеры работать за свои деньги и открыла мир более совершенной астрофотографии для гораздо более широкого круга любителей, чем когда-либо прежде.
Стоимость также является огромным драйвером CMOS против CCD.