grunderna isk3bg.se/hembyggen/digital_kamera_teknik.pdfdigital kamerateknik 3 ccd färgkamera ett...
TRANSCRIPT
Digital kamerateknik
SM3GDTHans Sodenkamp
SK3BG 2014-01-29
Grunderna i
Digital kamerateknik
Min resa genom Mpixel världen………
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
1 2 3 4 5
Serie1
Scanner 1,5GP Kamera 0,5MP Kamera 2MP Nanozoomer 3,6GP Iphone 8MP
Avancerade kameror
Och nu till vår egen värld.....
Digital kamerateknik marknaden
Digital kamerateknik marknaden
Digital kamerateknik marknaden
2, 3, 5, 8, 12, 16, 16 och 20 megapixels 5, 8, 10 x digital zoom 5, 8, 10 x optisk zoom CCD eller CMOS
Vad ska man välja? och har kameran verkligen så många pixlar?
Digital kamerateknik 1 CCD Färgkamera
12 Mpixel = 12/3 = 4 Mpixel
Mellanliggande
pixlar beräknas
ur de närliggande.
Detta kallas
interpolering
Digital kamerateknik 1 CCD Färgkamera
Digital kamerateknik 3 CCD Färgkamera
Ett prisma fördelar bildens ljus till
tre separata CCD:er (R/G/B) Detta ger riktig bildinformation Full upplösning i alla färger
Spectral Sensitivity
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
400 450 500 550 600 650 700Wavelength (nm)
Re
lativ
e R
esp
ons
e (
%)
Verklig Mpixel
Ett snurrande filterhjul eller flytande kristallfilter
Filterhjul Stegvis förflyttning
Flytande kristallfilter Snabb växling mellan R, G and B Låg känslighet
Digital kamerateknik 1 CCD Färgkamera
Digital kamerateknik många faktorer!
Känslighet
Spektral område
Dynamisk område
Hastighet
Upplösning
En foton Stark ljus
X-ray, UV IR
1:2 >1 : 30.000
lånsam snabb
låg Hög
Digital kamerateknik vad ser vi?
Vårt synliga område
Kamera känslighet
Digital kamerateknik vad ser vi?
Digital kamerateknik vad vill vi se?
Digital kamerateknik vad ser kameran?
Digital kamerateknik vad ser kameran?
Digital kamerateknik vad ser kameran?
Digital kamerateknik CCD:n
Pixel
CCD = Charge Coupled Device Ett element av CCD chip:et = 1 Pixel (bild element)
Ett ljuskänsligt siliconchip Elektroner frigörs vid infallande ljus Antalet elektroner är lika med mängden ljus och intensitet Pixlarna är elektroniskt kopplade i en laddningskedja Laddningarna läses ut, en elektronisk signal är skapad
Digital kamerateknik CCD:n
Foton silikon partikel elektron
Si
-
Si-+
Digital kamerateknik CCD:n
Full Frame transfer Frame transfer Interline transferHela chip:et ljuskänsligt
Samma yta för insamling och laddningsöverföring
Ljusinsamling och överföring om vartannat
Mekanisk slutare
Ljuskänligt och lagrings- område
Snabbt laddningsskifte
Exponering under utläsning
Reducerad upplösning
Varje pixel har en ljuskänsligt område och en lagringsyta
Snabbt laddningsskifte
Exponering under utläsning
Mindre ljuskänslig
Digital kamerateknik utläsning
Digital kamerateknik CCD:n
Ljus Mikrolens
Få ut mera ljus från samma pixel
Digital kamerateknik CMOS - CCD
Complementery Metal Oxide Semiconductor Mindre känlig, behöver extra transistorer. Har högre brusfaktor. Låg strömförbrukning. Billigt att tillverka.
Charged Coupled Device Högre känslighet. Chip med fler pixlar. Låg brusfaktor. Högre strömförbrukning. Dyrare att tillverka.
Digital kamerateknik bildupplösning
Upplösningen i Megapixlar är inte bara antalet pixlar
Storleken på pixlarna är viktigare !
Digital kamerateknik A/D konverter
Analog till Digital Konvertering
Analog signal (från kamera chip till A/D konverter
0
50
100
150
200
250
Digital signal (från A/D konverter till kamera minnet
20
30
45
65
80
90
97 95 7
5 50 45 43
42
50
65
80
110
150
180
200
210
205 185 160 1
30 1
00
70 5
5 48 38
0
50
100
150
200
250
Digital kamerateknik Dynamiskt område
20
30
45
65
80
90
97 95 7
5 50 45 43
42
50
65
80
110
150
180
200
210
205 185 160 1
30 1
00
70 5
5 48 38
0
50
100
150
200
250
Beror på A/D konverterns
utläsningshastighet, bitantal
och ” Full Well Capacity”.
FWC=antal elektroner som
pixeln klarar av.
Bitantal och gråskalenivåer i digitala bilder
2 Bit 4 Bit 6 Bit 7 Bit 8 Bit 10 Bit 16 Bit
2 4 64 128 256 1024 4096
Digital kamerateknik A/D Konverter
Utläsningsbrus
– alstrat av signalförstarkaren
– beroende av utläsningselektroniken
utläsningshastighet och antal pixlar Mörkerström eller termiskt brus
spontan elektron emission från silikon
– beroende av CCD temperaturen och
integreringstiden “Signal Shot” brus
Ju fler pixlar, ju mera brus i bilderna!
Digital kamerateknik CCD brus faktor
Digital kamerateknik SNR
SN
S (electron): Signal detected by the detectorN (electron): Total noise
SNR (Signal to Noise Ratio)
I QE TI (photon/sec): Input light levelQE (electron/photon):Quantum Efficiency
T (sec): Integration time
N N2Shot
2Camera NShot (electron): Signal Shot Noise
NCamera (electron): Camera Noise
Digital kamerateknik brusfaktor
5 Mpixel 8 Mpixel 8 Mpixel efter brusreducering
Digital kamerateknik Zoom
Digital zoom 10x Optisk zoom 10x
Digital kamerateknik bildstorlek
En 8 Mpixel bild är 86 x 115 cm stor
2 Mpixel bild är 42 x 56 cm stor Tar ca 2,6 Mbyte (JPEG) av minnet
2 Mpixel tar 756 kbyte (JPEG) av minnet 8 Mpixel tar längre tid mellan tagningarna
och överföringen från kameran till datorn
Digital kamerateknik att välja kamera
5 – 8 Megapixel räcker för vanligt bruk Välj CCD inte CMOS (högre brusfaktor) Välj helst optisk zoom (bättre optik) Att kameran använder standardbatterier Att kameran använder standardminnen Har videoinspelningar i HD minst 1080p Har bildstabilisator
Tack förUppmärksamheten!