Камера VU174USB. ПЗС vs КМОП: противостояние  

25.03.2015

Последние 10 лет технической стороны фото и видеокамер можно охарактеризовать словом противостояние. Противостояние двух непримиримых технологий сенсоров: классической зарядовой ПЗС и транзисторной КМОП. У каждого типа сенсоров есть свои преимущества, но КМОП, как хороший стратег, медленно, но уверенно отнимает одно из преимуществ ПЗС за другим. Можно ли говорить, что ПЗС проиграет эту борьбу? Уже сейчас ПЗС применяют исключительно в научных фотометрических приборах, а также там, где требуется уникальная высокая чувствительность, но в количественном отношении эта ниша все ещё остаётся большой и серьёзной.

Какие же рубежи отстаивает ПЗС сейчас? Это и большая потенциальная яма каждой ячейки, и высокая квантовая эффективность, и малый уровень темнового тока, и малая неравномерность чувствительности. В связи с увеличением степени интеграции и производительности процессоров данные КМОП всё лучше и лучше исправляются математически, но всё же за ПЗС закрепилось хотя и шаткое, но небольшое преимущество.

Ничто не предвещало революции, но в середине 2014 года техническое сообщество потрясла презентация нового КМОП-сенсора Sony: IMX-174. Этот сенсор по всем параметрам превосходил существующие КМОП-сенсоры, если не на порядок, то в разы. И мы, как разработчики, не могли не заполучить некоторое количество сенсоров для своих камер и произвести независимые испытания.

Рисунок 1. Фото модуля камеры семейства VC174 ВиТА.

Рисунок 2. Фото модуля камеры семейства VC174 ВиТА.

Следует отметить, что документация производителя Sony традиционно хрестоматийная и содержит довольно непривычные для анализа фотометрические характеристики сенсора в mV и отсчетах АЦП, которые, однако, ссылаются на конкретные методики измерения, отражённые в документации. Мы специально привели результаты наших измерений в более привычных абсолютных характеристиках.

• Ёмкость потенциальной ямы: более 30 000 е^-!!!
• Шум чтения: 7 е^-
• Шум квантования: менее 1 е^-
• Темновой ток (30°C): менее 20 е^-/сек
• Сигнал/шум SNR: более 46 дБ
• Динамический диапазон DNR: более 74 дБ
• Неравномерность чувствительности: менее 1 %
• Квантовая эффективность: более 70 % !!!

Рисунок 3. Гистограмма шумов чтения в отсчетах АЦП (12 бит; 1 бит –> 9е^-).

Что следует отметить — это исключительно большую потенциальную яму! При малых шумах чтения это значительно расширяет динамический диапазон! А малый уровень темновых токов позволяет работать при очень малых уровнях освещённости и длительных экспозициях — сотнях миллисекунд и более. Высокая квантовая эффективность практически приближает нас к уровню приборов с обратной засветкой…

Можно было бы и дальше продолжать не верить в победу КПОП, но Sony закрыла этот вопрос, объявив в феврале о сворачивании производства ПЗС-сенсоров с лета 2015 года. По сути, эра ПЗС в коммерческих продуктах подошла к концу. Конечно, останется ниша специализированного и научного применения, но практически разом отдав все позиции в передовом сенсоре IMX-174, следует признать, что ПЗС технология уступила лидерство технологии КМОП по качеству изображения.

В ближайшем будущем нам следует ожидать новых продуктов с уникальными характеристиками от мировых лидеров в сегменте CMOS, а пока мы готовы предложить Вам камеры на прорывном сенсоре IMX174 с интерфейсом USB3.0, CameraLink и SDI в составе наших камер VC174USB/CL/SDI.

Дополнительную информацию по камерам «КБ ВиТА» и их применению, а также по выпускаемой и разрабатываемой продукции Вы можете получить в НПК «Фотоника».