Основные способы преобразования цветного изображения в электрические сигналы с помощью фотодиодных матриц и матриц ПЗС

1. Трехслойные фотодиодные матрицы. К перспективному направлению развития матричных формирователей сигналов изображения можно отнести разработку так называемых трехслойных матриц. Как известно, любое цветное изображение формируется путем наложения трех составляющих: красной (/?), зеленой (G) и синей (В). Трехслойные матричные преобразователи позволяют создать одновременно компактно расположенные в пространстве три цветных матрицы — R, G, В. В них используется тот факт, что синяя (В), зеленая (G) и красная (R) составляющие падающего на кремниевую пластину светового потока проникают на разную глубину кремния. Наименьшая глубина проникновения — у синей составляющей, за ней следует зеленая составляющая, и, наконец, на самую большую глубину проникает в кремний красная составляющая. Поэтому на разной глубине кремния формируются три параллельные и независимые друг от друга фотодиодные матрицы для каналов R, G и В. Такие матрицы уже разработаны в нашей стране, а за рубежом даже достигли стадии серийного производства 123, 30].

Примером может служить трехслойная матрица Foveon ХЗ фирмы Foveon. Такая матрица используется в цифровых зеркальных фотоаппаратах японской фирмы Sigma Corporation. Общее число пикселей во всех трех слоях матрицы равно 14,06 Ми.

2. Камеры цветного телевидения на трех однослойных матрицах. Рассмотренные выше трехслойные фотодиодные матрицы имеют недостаточно хорошие для цветного телевидения спектральные характеристики. Поэтому в вещательных телевизионных камерах для формирования сигналов R, G, В применяется трехгранная светоделительная призма, к каждой грани которой прикрепляется (обычно приклеивается) однослойная матрица ПЗС или же фотодиодная матрица. Призма расщепляет световой поток на три составляющие: R, G, В, а три матрицы формируют из них соответствующие сигналы: R, G, В.

В СССР экспериментальная трехматричная камера цветного телевидения была впервые разработана и продемонстрирована во Всесоюзном НИИ телевидения и радиовещания в 1980 г. [15]. В ней были применены три матрицы ПЗС (разработаны и предоставлены НИИ «Пульсар») с наивысшим на то время числом элементов 580 х 532 в каждой из них. Однако в последние годы трехматричные вещательные камеры производятся и поставляются в нашу страну только зарубежными фирмами.

В вещательных камерах в последнее время чаще всего используются матрицы с диагоналями 8 и 11 мм (условно 1/2" и 2/3” соответственно). Условное обозначение сохранилось от передающих телевизионных трубок, когда указывался нс размер диагонали рабочей (центральной) части мишени трубки, а ее диаметр.

Основным стандартом разложения в студийных камерах цветного телевидения стал стандарт телевидения высокой четкости (ТВЧ, или Full HD) с форматом кадра 16:9 и общим числом пикселей 1920 х 1080 (Рекомендация МСЭ-7? ВТ.709-4 Международного союза электросвязи). Стандартные ТВ-программы (Рекомендация МСЭ-R ВТ.601-6) теперь формируются из программ ТВЧ с помощью цифрового преобразования.

В последнее время в соответствии с Рекомендацией МСЭ-А1 /17’. 1201 «Формирование изображений с чрезвычайно высоким разрешением» появилась настоятельная необходимость в разработке студийных камер цветного телевидения ультравысокой четкости (ТУВЧ, или UHD) с числом пикселей 3840 х 2160, т.е. в четыре раза большим, чем в ТВЧ, что сокращенно обозначается как 4К.

3. Камеры цветного телевидения на одной однослойной матрице. В цифровых кинокамерах, прикладном и бытовом цветном телевидении, в камерах другого назначения широкое распространение получили наиболее простые и малогабаритные одноматричные камеры. В них для получения трех сигналов R, G, В на светочувствительную секцию матрицы наносятся полосковые (рис. 21.28, а) или же мозаичные (рис. 21.28, б) цветные светофильтры [17].

Цветокодирующий фильтр

Рис. 21.28. Цветокодирующий фильтр:

а — полосковый; б — мозаичный (фильтр Байера)

Следует отметить, что в светоделительной призме световой поток делится на три части практически без потерь, а в цветных светофильтрах каждая ячейка поглощает свет двух других составляющих светового потока, что снижает чувствительность одноматричных камер. Кроме того, при уменьшении размеров элементов (пикселей) матриц ПЗС или фотодиодных матриц их чувствительность уменьшается из-за снижения площади фотодиодов, так как все большую часть площади светочувствительной секции начинают занимать шины разводки питания.

В настоящее время над всеми пикселями матрицы стали формировать прозрачные микролинзы, каждая из которых помогает сфокусировать падающий световой поток почти со всей площади пикселя и направить этот поток в фотодиод [28], чем достигается повышение чувствительности.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >