Grunderna isk3bg.se/hembyggen/Digital_kamera_teknik.pdfDigital kamerateknik 3 CCD Färgkamera Ett...

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!