Описание CMOS-матрицы для камер видеонаблюдения и CCD-матрицы с прогрессивным сканированием
Существуют два типа сенсоров изображения, которые обозначаются как PROGRESSIVE SCAN: это CCD-технология и CMOS-технология производства сенсоров изображения.
Сенсор изображения Progressive Scan типа CCD (в русской литературе ПЗС) применялся ранее во всех видеокамерах. CMOS Scan — это твердотельный датчик, созданный по технологии CMOS (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник).
CMOS сенсор изображения в русскоязычной литературе часто называют КМОП-матрицей с построчным сканированием. Он пришел на смену CCD-сенсорам, и сегодня CCD встречается редко. Не путайте CCD и CMOS технологии производства сенсоров изображения.
Рассмотрим CMOS-сенсоры изображения: какие типы встречаются и как это работает.
Так как недавно CMOS-сенсоры разделились на два основных типа: с построчным сканированием CMOS ROLLING SHUTTER (скользящий затвор) и с глобальным затвором GLOBAL SHUTTER.
- В сенсорах с GLOBAL SHUTTER все пиксели сканируют всю область изображения одновременно.
- В сенсорах с ROLLING SHUTTER сканирование происходит попиксельно/построчно по порядку 1, 2, 3... и так далее.
В первых CCD был чересстрочный порядок считывания, из-за чего на быстро перемещающихся объектах появлялась «гребенка» на изображении. Поже появилась построчная CCD матрица Progressive Scan типа CCD.
После того как в конце 2000-х CCD были вытеснены CMOS-матрицами, которые изначально уже работали построчно, как CCD-матрица Progressive Scan типа. CCD. Существует также вариант, когда пиксели работают в шахматном порядке — это называют SCAN MODE PROGRESSIVE. Ниже это показано на примере сенсора OmniVision OV4686. Вы должны понимать, что это не является типом затвора GLOBAL SHUTTER, В котором все пиксели работают одновременно. Многие это путают. В конечном счете нет гребенки, но есть желе, если объекты движутся сильно быстро. И если для видеонаблюдения это не критично, то для камер машинного зрения это основа выбора.
Как это работает , показанный на примере сенсора OmniVision 4686:
CMOS (КМОП) матрицы используют симметричные пары металл-оксид-полупроводниковых транзисторов. Этот тип широко используется в видеонаблюдении. Рассмотрим отличие на примере OmniVision OV4689, который поддерживает два режима HDR: последовательный HDR на основе кадров и шахматный HDR на основе строк.
Шахматный режим в сенсоре имеет преимущество: он позволяет немного уменьшить артефакты движения. Но производитель четко указывает, что это Rolling Shutter тип затвора, и это принципиально важно.
Это не спасет от «эффекта желе» на изображении, так как это скользящий затвор. Работу таких HDR-режимов нельзя воспринимать как CMOS с глобальным типом затвора. В 90% случаев в видеокамерах применяется именно Rolling Shutter.
Рассмотрим другую модель OMNI MACHINE VISION CAMERA. В данном случае используется глобальный затвор, что отмечено в правой колонке. Обратите внимание, что здесь отсутствует упоминание MODE PROGRESSIVE, поскольку применяется GLOBAL SHUTTER.
*Надпись на коробке камер наблюдения «CMOS Progressive Scan» — это избыточное определение и маркетинговый ход. - Наши камеры не из 90-х, у нас нет гребенки, но умалчивают, что есть эффект желе. Для видеонаблюдения это не столь критично, но для машинного зрения — принципиально важно. Можете пропускать этот текст, если его найдете, так как не все пишут это избыточное определение, и это не более чем белый шум в профсреде.
Определить тип просто: если в Datasheet указан ROLLING SHUTTER, перед вами камера с простым недорогим сенсором. Многие путают термин Progressive Scan с глобальным затвором.
Важно понимать, что все сенсоры изображения STARVIS (BSI) и STARVIS 2 (BSI) имеют скользящий затвор ROLLING SHUTTER и не относятся к глобальному типу затвора.
Рассмотрим, как функционирует CMOS с глобальным затвором GLOBAL SHUTTER на примере промышленных сенсоров Sony PREGIUS и PREGIUS-S (BSI).
.jpg)
Существует сенсор изображения Global Shutter. В CMOS Global Shutter все пиксели сенсора работают одновременно с одинаковой экспозицией, что не может себе позволить скользящий тип затвора, применяемый в Rolling Shutter. При этом стоимость производства таких сенсоров очень велика, и они редко встречаются в обычных камерах безопасности.
Sony выпускает серию CMOS PREGIUS и PREGIUS-S для индустриальных задач. PREGIUS-S — это новая линейка с BSI-архитектурой пикселя, в отличие от классического PREGIUS с фронтальной засветкой (FSI). На сегодня оптимальным выбором является BSI-сенсор с глобальным затвором.
Преимущество BSI (Backside-Illuminated) перед FSI
Новейшие CMOS-сенсоры используют архитектуру с задней засветкой пикселя [BSI] вместо традиционной фронтальной [FSI]. Технология BSI обладает в разы лучшей светочувствительностью, превышающей традиционные показатели в два и более раз при меньших размерах пикселя.
Ведущие производители сокращают выпуск FSI-моделей, фокусируясь на CMOS BSI. Эти сенсоры могут быть как с Rolling Shutter, так и с Global Shutter (для медицины, науки и промышленности).
Для понимания типов сенсоров изучите статью: Поколения развития сенсоров Sony.
Многие пользователи путаются в обозначениях. Важно помнить:
- Серия EXMOR (для видеонаблюдения) не производится с 2020 года (последняя модель IMX385).
- Для современных камер используются STARVIS и STARVIS 2.
- STARVIS / EXMOR не относятся к глобальному затвору.
- Индустриальные серии: PREGIUS, PREGIUS-S, SEN SWIR.
На фото: спецификация Sony EXMOR 2020 года. Данная серия заменена на STARVIS и STARVIS 2 (с 2022 года).
Рассмотрим, что такое BSI-пиксельная технология построения пикселя и почему это так важно.
Фронтальная засветка пикселя и её недостатки — CMOS FSI, применявшаяся ранее в том же поколении EXMOR, требовала для улучшения светочувствительности больший по размеру пиксель, который обеспечивал лучшую светочувствительность. При этом чем больше требовалось пикселей большого размера разместить на матрице для увеличения разрешения, тем больше становилась оптическая площадь сенсора изображения, что приводило к огромной стоимости такого чипа и, естественно, сказывалось на цене видеокамер, в которых применялись сенсоры изображения большой оптической площади.
Однако традиционный CMOS сенсор изображения с фронтальной засветкой (тут важно понимать) устарел и снят с производства ведущими компаниями, такими как Sony. Например, сенсоры CMOS серия модельного ряда, выпускаемые долгие годы для камер наблюдения (эволюция сенсоров Sony), которые использовались в приложениях безопасности и были разработаны Sony целенаправленно для камер наблюдения, полностью прекратили выпускаться с 2020 года.
Основной причиной этого перехода стало внедрение BSI — светочувствительной технологии Back-Side Illumination (BSi), известной под фирменным обозначением для сенсоров изображения, разработанных Sony как CMOS Sony STARVIS (STARVIS — логотип новой линейки для камер безопасности). С 2020 года Sony снимет последние модели CMOS тип засветки FSI и перейдет на CMOS STARVIS, BSI тип засветки пикселя. На иллюстрации ниже (2019 год) от модельного ряда старого поколения с фронтальным типом засветки остался только последний CMOS EXMOR IMX385, который еще через год будет также снят с производства.
Разъяснения и пояснения для потребительских камер: эти таблицы только для сенсоров изображения, разработанных целенаправленно Sony для приложений безопасности. Для потребительских камер существует своя линейка под логотипом EXMOR-R и EXMOR-RS. Для промышленных камер существует серия с Global Shutter глобальным затвором PREGIUS и PREGIUS-S (последний также BSI платформы). Для камер короткой IR области существует SWIR серия сенсоров изображения.
Что касается CMOS STARVIS, то это серия CMOS сенсоров, разработанная целенаправленно для камер безопасности. Sony разработала и запатентовала количественный оценочный индекс качества изображения при условиях низкой освещенности для собственных сенсоров изображения STARVIS и STARVIS 2: SNR1s=lux, который относится только к модельному ряду STARVIS. В этом количественном индексе Sony указывает качество изображения при условиях низкой освещенности по собственным проведенным испытаниям. Данные SNR1s=lux доступны в оригинальных таблицах характеристик сенсоров изображения Sony камеры безопасности видеонаблюдения. При этом меньшее значение SNR1s=lux указывает на лучшую светочувствительность сенсора изображения.
С появлением новой светочувствительной технологии построения архитектуры сенсора изображения CMOS BSI удалось получить отличную светочувствительность даже у маленьких по размеру пикселей и получить возможность захватывать изображения с большим разрешением в цвете даже в условиях сложной и крайне сложной освещенности, используя при этом небольшие оптические форматы сенсоров изображения. Далее рассмотрим подробней пиксельную архитектуру BSI.
CMOS BSI — Back-Side Illumination (BSi)
Это усовершенствованная версия сенсора изображения CMOS с новой архитектурой построения пикселя. Основное отличие заключается в новой структуре пиксельной архитектуры, где используется так называемая задняя засветка пикселя. Это позволяет повысить светочувствительность без увеличения размера пикселя, что делает CMOS BSI передовыми сенсорами изображения следующего поколения.
При оценке CMOS сенсоров важно различать CMOS с традиционной фронтальной засветкой пикселя (FSI) и CMOS с задней засветкой пикселя (BSI). Также важно понимать, что сенсоры с глобальным типом затвора SONY PREGIUS-S также теперь используют передовую светочувствительную платформу BSI. Потребительские камеры следующего поколения также используют сенсоры изображения, разработанные на BSI-технологической светочувствительной платформе.
Существует распространённое заблуждение, что переход от обычных CMOS-сенсоров к более совершенным решениям, таким как CMOS BSI-сенсоры изображения следующего поколения, произошёл легко и быстро. Однако на самом деле этот процесс занял много лет. От первых научных разработок до массового производства CMOS-сенсоров с архитектурой Back-Side Illumination прошло немало времени.
Задняя засветка пикселя, далее известная как BSI, и как это удалось выяснить, можно изучить из этой статьи разработки группы институтов.
Трудности масс-продакшн
Сегодня не только Sony предлагает сенсоры изображения CMOS BSI (Back-Side Illumination (BSi). Вы можете ознакомиться, какие трудности испытывали в компании OMNI при переходе к массовому производству сенсоров изображения CMOS BSI.
Важно понимать разницу между ведущими производителями сенсоров изображения и сборщиками камер видеонаблюдения. Только некоторые крупные бренды, такие как Sony, поставляют не только основные чипы, но и полностью собранные собственные камеры для видеонаблюдения под своим логотипом SONY.
Большинство даже очень знаменитых сегодня поставщиков камер видеонаблюдения не производят и не имеют собственную микроэлектронику (чипы и так далее), а занимаются разработкой программного обеспечения, дизайном корпусов камер и другими подобными задачами. В основном это компании из Китая.
Чтобы лучше понять ситуацию, какие сенсоры изображения выпускает Sony, разработанные целенаправленно для камер наблюдения, давайте обратимся к каталогу корпорации Sony, ведущего производителя сенсоров изображения для систем безопасности (камеры наблюдения). Сравним данные за 2018, 2020 и 2024 годы. Для тех, кому интересны камеры машинного зрения с сенсорами изображения Sony, перейдите на эту страницу сайта нашего партнера «Промышленные»: сенсоры изображения Sony.
Давайте рассмотрим, как изменялся выпуск сенсоров изображения Sony в разные годы.
Ранее использовались сенсоры с технологией Scan CMOS, которые были только фронтального типа засветки пикселя. С 2014 года Sony начал поставлять сенсоры изображения, разработанные на основе новой архитектуры с обратной засветкой пикселя BSI. Они получили название CMOS Sony STARVIS и краткое обозначение BI в технической документации Sony.
Начнем с 2018 года: на это время уже почти все сенсоры заменены на CMOS BSI технологию.
Как видно из иллюстрации, на 2017–2018 год Sony производила только три еще оставшихся типа из поколения CMOS EXMOR с улучшенными характеристиками: IMX385, IMX224 и IMX225. Модели IMX320 и IMX323 были уже сняты с производства.
Внимание: все STARVIS / STARVIS 2 сенсоры имеют только ROLLING (скользящий тип затвора), не путайтесь в этом.
.jpg)
Какие типы сенсоров Sony производит под своим брендом? В 2020 году из серии Scan CMOS EXMOR остался только флагман IMX385.
* Эта таблица актуальна только для сенсоров изображения систем безопасности. Не путайте их с сериями EXMOR-R / RS, разработанными для потребительских фото- и видеокамер.
Самые свежие данные на 2024 год: сравнение матриц Sony для приложений безопасности.
Обсудим, какие сенсоры производятся Sony в 2024 и начале 2025 года. Как видно на иллюстрации, корпорация полностью перешла на производство сенсоров на базе инновационной пиксельной платформы BSI (Backside-Illuminated) под брендами STARVIS и STARVIS 2.
STARVIS 2 (отмечен зеленым цветом) — эволюция CMOS-технологии, обеспечивающая еще более высокие показатели чувствительности.
Корпорация Sony полностью перешла на производство сенсоров изображения BSI для систем видеонаблюдения.
Модельный ряд CMOS Sony STARVIS и STARVIS 2 с обратной засветкой пикселя, технология изготовления типа BSI, 2025 год.
Следует отметить, что не только Sony поставила CMOS сенсоры технологии BSI (он же STARVIS), но и остальные основные производители поставляют сенсоры изображения следующего поколения CMOS технологии BSI (Backside-Illuminated) с собственными доработками и улучшениями.
К примеру, компания OmniVision разработала и поставляет CMOS OmniBSI, On Semiconductor — CMOS BSI, а также GALAXY CORE, SOI и SMARTSENS предлагают свои решения CMOS BSI.
# Справочная информация: сенсоры изображения OmniVision BSI с обратной засветкой. История перехода к массовому производству сенсоров типа BSI
Внимание! Трансляция не будет доступна для просмотра через VPN.
Для лучшего понимания различий светочувствительности между BSI CMOS и стандартными CMOS (FSI) — просмотрите это видео:
В настоящее время нет необходимости приобретать камеры, оснащённые устаревшей технологией с фронтальной засветкой пикселей. Как вы уже убедились, компания Sony, являющаяся лидером в производстве сенсоров, специально разработанных для систем безопасности, прекратила выпуск матриц типа FSI.
Ведущие разработчики активно внедряют тип CMOS BSI. Он используется не только в видеонаблюдении, но и во всех видах фото- и видеотехники, включая планшеты и смартфоны.
Предлагаем вам ознакомиться с характеристиками промышленных сенсоров изображения: доступно на сайте нашего партнера
Важные новости: стали доступны камеры с сенсорами второй генерации CMOS BSI 2 SONY STARVIS 2.
Камеры в тесте: IP 5МП CMOS BSI 2GEN | AHD 8Мп CMOS BSI 2GEN
Если вы хотите приобрести видеокамеру нового поколения, ищите упоминание о новейшей архитектуре BSI (Backside-Illuminated) и втором поколении STARVIS 2.
- Фронтальная засветка (FSI): используется в традиционных CMOS. Засветка происходит спереди, требует большого пикселя для чувствительности, что увеличивает оптическую площадь и цену.
- Обратная засветка (BSI): применяется в новейших сенсорах. Позволяет радикально улучшить светочувствительность без увеличения размера пикселя. Это делает камеры эффективнее при низкой освещенности и доступнее по цене.
-340x465.png)
-340x465.png)
Тот, кто ищет текст PROGRESSIVE CMOS, тот хочет купить дырку от бублика. Это всё китайцы DAHUA и HIK пишут пустышку начиная с 2010 года, но народ ведется. А тот не согласен и хочет поумнеть, а заодно понять, что он в камерах такой с дыркой бублик. Гуглите искусственный интеллект и запрос «кто производит CMOS PROGRESSIVE», и вам откроются глаза даже у адаптеров HIK и DAHUA. Заодно спросите, какие матрицы делает РШЛ и DAHUA, ответ — никаких!
«Progressive Scan» сегодня — это действительно маркетинговый атавизм. Конкретно: Это база: Все современные CMOS-матрицы по умолчанию работают по принципу прогрессивной развертки. Чересстрочной (Interlaced) записи в цифровых IP-камерах не существует уже лет 15. Смысл термина: Сейчас эту надпись лепят в характеристики просто «чтобы было» или для противопоставления старым аналоговым системам (ТВ-линии, PAL/NTSC), где картинка дрожала и шла «гребенкой». В чем подвох: Если вы видите это в описании, это не «супер-функция», а подтверждение того, что камера не из музея. Реально важный параметр, который часто прячется за этим термином — это тип затвора. Если вам нужна четкость, ищите Global Shutter (дорого, без искажений), так как обычный Progressive Scan (с Rolling Shutter) все равно будет «гнуть» быстро летящие объекты. Поэтому не будьте адептами просто пропускайте мимо все что написали маркетологи Progressive Scan что у нас камера не из 90 X .
Лучшее решение — это CMOS BSI, ничего нового и лучше нет. Светочувствительность — это основное, и только после разрешение. Что толку смотреть днем 8 Мп, а ночью самого себя не признать, подумайте об этом, раз вам нужна камера не для фото, а для охраны себя и своего имущества.
Китайцы уже дописались своего ПO, теперь не только HIK, но и Дахуа с 31 декабря 2025 года в США запрещены из-за недоверия.
Всё это происки китайских маркетологов, а то, что это одно и тоже, это сложнее осознать многим. Китайциииии всунули в камеру CMOS BSI, получили камеры FULL-COLLOR, идеал которой трудились очень и очень долго и т. д. В камерах нет не чего в их характеристиках оптический размер матрицы и то что это CMOS с допиской прогрессив . Ловкость рук одним словом! Адепты китайских камер уверовали в их приходах и свято в это верят ! Всем удачи ! Поищите в нете какие чипы есть у Hik )))) и так далее.
У меня знакомый — «золотой» партнер дахуа, я послушал, чему их там на семинарах лечат, — это просто оболванивание неграмотного народа!)))
Дахуа )) Делает карта памяти с их логотипом в DNS появилось правда тот же DNS пишет что это не больше чем OEM решение чужой ....производитель разместил символ DAHUA тем самым типа мы делаем что то из микроэлектроники... смех да и только !
SMARSENS выпускает PROGRESSIVE CMOS матрицу хотя они тоже переходят на BSI технологию
А что, кто-то еще верит, что китайские камеры наблюдения от Hikvision имеют свои чипы? Покажите мне их, эти чипы, с их логотипом, дайте ссылки datasheets. ))) Загуглите, найдите — таких нет, нет их и у DAHUA, только свое ПО и дизайн корпусов, поэтому они и пишут абстракции типа 1/2.7"CMOS", а это абстракция, это не точные данные, они просто скрыты... А люди, не знающие, не понимающие и не желающие что-то понимать, верят всему что им напишут так как нет базовых знаний .
А что у нас что-то кто, то в чем, то до конца понимает ? Скорее нет, чем да вот и пишут нам китайцы все что хотят сродни не грамотным ! Вот все хвалят то HIK который слава богу сбежал то теперь DAHUA а чем они отличительны .... у ниже нет своей микроэлектроники от слова вообще нет. Компании которые разрабатывают ПО и не более того .. нет верите загуглите какие чипы выпускает HIKVISON или DAHUA и вы не найдете таких чипов далее нет смысла, что, то обсуждать. А за их рекламу агрессивную с америки изгнали с европы тоже погнали и ...DAHUA туда следом что бы не писали в характеристиках бог знает что не понятное и дырявое программное обеспечение в котором оказалось масса дыр и уязвимостей!
У нас вообще не понять что твориться как то зашел на форум почитать — боже кто и что там пишет во что форумы превратили просто в сливную яму! Либо чушь обсуждают типа, что лучше CMOS или матрицы Sony.... это ужас! Либо обсуждают китайскую покупку на алиэкспрес и купил тут вот и весь форум развод людей на купил тут ! Как все стало печально ...
Сейчас только китайцы пишут на своих камерах PROGRESSIVE SCAN CMOS. Только не понятно чия эта матрица кто ее выпускает какой ее кодификатор и т д. А отсюда можно сделать вывод раз нет точных данных чипа то нет и верных характеристик, что заявлены в камере так как производителей чипов в частности матриц не, так и много и на все есть техническая документация. Поэтому ни когда не верил ни одному китайскому производителю, если он не указал тип матрицы применяемой в камере, а все остальное вот это вот их... 1/2.7 это для африки написано.
CMOS-матрицы, используемые в камерах после того как CMOS вытеснил CCD , по своей природе работают без гребенки если применять это к тому что нет гребенки. Поэтому адептам китайских брендов нужно не читать красивые слова замануха для неучей, а учить устройства КМОП матриц. И не думать, что если проц склеил и выдал прогрессив и у вас на выходе 1080P, то матрица у вас тоже с глобальным затвором. Все это Китайское PROGRESSIVE это в проф кругаг называется белый шум... а проще говоря не очем. Откройте даташит к примеру Sony найдите там PROGRESSIVE там и близко нет не чего подобного этот термин из времен пузатых телеаизоров и аналоговых камер на CCD матрицах. Все что CMOS это или скользящий затвор в том числе STARVIS и то что был EXMOR либо это глобальный затвор у SONY это линейка PREGIUS.