Матрица. Является одним из важнейших элементов любого видеорегистратора. От него зависит качество видеосъемки.

Матрица на плате видеорегистратора

Устройство матрицы

Так не будем вдаваться в подробности устройства матрицы, так как основной целью является выбор хорошего видеорегистратора, а не изучение азов фото- и видеосъемки. Но мы все же нужно рассмотреть матрицы пускай и поверхностно, чтобы иметь хоть какое-нибудь представление о ее работе. Для начала разберемся в основных терминах:

Пиксель – наименьший логический двумерный элемент цифрового изображения в растровой графике, или (физический) элемент матрицы дисплеев, формирующих изображение. Пиксель представляет собой неделимый объект прямоугольной или круглой формы, характеризуемый определённым цветом. В матрицах видеорегистраторов пиксели, как правило, имеют квадратную форму.
Мегапиксель – это 1 000 000 пикселей (1000х1000 pix), которые формируют изображение. Как правило, разрешение матрицы измеряется именно в Mpx. Таким образом, зная, что ваш видеорегистратор снимает в разрешении 1920х1080 пикселей, можно сделать вывод, что разрешение матрицы 2 Мп, так как 1920*1080=2 073 600 пикселей.

Матрица в современных регистраторах представляет собой микросхему, поверхность которой состоит из чувствительных к свету элементов – пикселей. Каждый пиксель отвечает за преобразование попадающего на него света в электрический сигнал.

Несмотря на то, что многие представляют пиксели матрицы цветными, они являются монохромными. Поэтому для получения цветной картинки приходится применять специальные фильтры, например, мозаичные. Суть заключается в том, что матрица покрывается тончайшим фильтром, который осуществляет деление сенсора на субпиксели трех цветов – красный, зеленый и синий. Например, в фильтре Байера один пиксель делится на 4 субпикселя: 2 зеленых, красный и синий.

Устройство матрицы
Устройство матрицы
Как получается изображение на матрице
Как получается изображение на матрице

Виды матриц

Практически все матрицы в современных видеорегистраторах изготавливаются по технологии CMOS (рус. КМОП — комплементарная структура металл-оксид-полупроводник), но встречаются единицы, разработанные по технологии CCD (рус. ПЗС — прибор с зарядовой связью).

Принцип работы технологии CMOS заключается в том, что каждый пиксель изображения проводит оцифровку отдельно, а уже затем склеивается в единую картинку. CCD-матрицы сначала собирают цельное изображение в аналоговой версии, а уже затем производят его оцифровку.

Матрицы, разработанные по технологии CCD характеризуются низким уровнем шумов, высокой чувствительностью и высоким коэффициентом заполнения пикселей. Однако такие матрицы сложны в сборке и потребляют много энергии, а также стоят дороже.

CMOS-матрицы обладают низким энергопотреблением, высоким быстродействием, стоят дешевле и проще в производстве, но обладают низким коэффициентом заполнения пикселей, и имеют больше шума на изображении.

CMOS и CCD матрицы
CMOS и CCD матрицы

Из описанных особенностей можно сделать вывод, что CCD-матрица дает более качественное изображение, чем CMOS. Так и было на заре появления первых матриц для видеооборудования, но на сегодняшний день даже CMOS матрицы имеют высокое качество изображения. Поэтому ее применение в видеорегистраторах стало более оправдано из-за меньшего энергопотребления и стоимости.

Количество пикселей и светочувствительность

Многие люди по ошибке полагают, что качество съемки напрямую зависит от количества мегапикселей в матрице. На самом деле, разрешение матрицы действительно влияет на детализацию картинки, но это лишь один из параметров, благодаря которым складывается итоговый вариант. Немаловажную роль здесь также играет и светочувствительность.

Светочувствительность (ISO) – это чувствительность матрицы видеорегистратора к объему получаемого света. А мы знаем, что изображение формирует свет, падающий на объектив устройства. Поэтому чем больше света уловит матрица, тем лучше будет конечное изображение. Особенно это играет важную роль при съемки в ночное время суток. Светочувствительность матрицы напрямую зависит от размеров пикселей, расположенных на ее поверхности. Чем он больше, тем больше света будет поступать на матрицу.

Физический размер матрицы и пикселя

Проблема в том, что производитель крайне редко указывает размер пикселей матрицы. Но в интернете есть мнение, что размер пикселя можно вычислить самостоятельно, воспользовавшись следующей формулой: n = (x/a) x 1000, где n – размер физического пикселя в микрометрах; х – размер одной из сторон матрицы в миллиметрах; а – кол-во пикселей соответствующей стороны.

Так, если мы имеем матрицу размером 5.76мм х 3.24мм с разрешением 2.1 Мп (1920×1080), то размер одного пикселя будет: (5.76/1920)*1000=3 мкм. Такой же результат получим, если посчитаем по вертикали: (3.24/1080)*1000=3 мкм. Иными словами, матрица с таким размером будет иметь 2 073 600 пикселей размером 3х3 мкм.

Но. Пиксели не расположены плотно друг к другу, между ними есть изоляционный слой, который различается от моделей, поэтому использовать подобные формулы можно лишь для получения то примерных цифр.

Помимо этого, вы вряд ли найдете точное разрешение матрицы, так как оно не всегда точно равно 1920х1080, а может быть, например, 1936х1097, но производитель представит его в привычных нам цифрах.

В таблице перечислены наиболее популярные на рынке размеры матриц для видеорегистраторов.

Диагональ матрицы, видиконовые дюймы Диагональ матрицы, мм*
1/4” 4.45
1/3.2” 5.56
1/3” 5.64
1/2.8” 6.35
1/2.7” 6.58
1/2.5” 6.77
1/2” 8.0
1/1.8” 8.94
1/1.7” 9.5

*Значения в миллиметрах не являются точными, это приблизительные размеры матрицы.

Например, матрица SONY STARVIS IMX307 имеет диагональ 1/2.8 в видиконовых дюймах, что соответствует 6.35 мм, если учитывать общепринятые стандарты. Но дело в том, что в технической документации от Sony данная матрица имеет диагональ 6.46 мм. Все это говорит о том, что видиконовые дюймы это условная мера, по которой не получиться узнать реальные размеры матрицы.

Еще одной проблемой является тот факт, что многие производители просто не выкладывают в общий доступ информации о том, какая матрица установлена в их видеорегистраторе, что также затрудняет поиск информации.

Но если кто-то все же сможет добраться до подробных характеристик, то знайте, что желательно выбирать то устройство, в котором размер пикселей не меньше 2 мкм. Идеальным размером можно считать 3 мкм.

Как выбрать видеорегистратор с хорошей матрицей

И так размер пикселя должен варьироваться от 2 до 3 мкм. А теперь стоит разберемся, как подобрать хорошую матрицу, если мы знаем только ее физический размер и разрешение.

Если матрица имеет разрешение 3840×2160 (4К или 8 Mpx), то ее размер должен быть не меньше 1/1.8”, так как именно в таком случае вы получите пиксели от 2 мкм. Идеальным вариантом можно считать матрицы размером 1/1.7” и больше. Неплохая матрица для съемки в 4К: OmniVision OS08A10.

Если матрица имеет разрешение 2560х1440 (2К или 3.5-4 Mpx), то ее физический размер не должен быть меньше 1/3”. Идеальным примером можно считать матрицы размером 1/2.8” и больше. Чаще всего для съемки в 2К на рынке встречается сенсор OmniVision OV4689.

Super HD (2304×1296 – 3 Mpx) – промежуточный формат, который чаще всего имеют видеорегистраторы с матрицами на 4 Мп (2560х1440). То есть для подобных устройств матрица должна иметь размеры не меньше 1/3”.

Матрица с разрешением 1920х1080 (FullHD или 2.1 Mpx) должна иметь размер не меньше 1/4”. Но, учитывая веяние современных технологий, покупатель бюджетного видеорегистратора может рассчитывать на FullHD матрицу размером 1/3” и больше. Идеальный размер матрицы для размещения 2 миллионов пикселей начинается с 1/2.9” и может достигать 1/2” на топовых моделях. Хорошие матрицы для такого формата: Sony Exmor IMX323, OmniVision OV2710, Sony Starvis IMX291.

Другие характеристики матрицы

Данный пункт имеет в своем названии слово «другие», так как эти характеристики не имеют большого значения при выборе матрицы для видеорегистратора.

Соотношение сигнал/шум

Данный параметр определяет соотношение чистого и полезного сигнала с шумом на конечной видеозаписи устройства. Шум – это искажение картинки в виде белых и серых точек.

Светочувствительность напрямую влияет на шум. Так, увеличивая ISO видеорегистратора, шумы на конечной видеозаписи будут более заметны. Все дело в том, что, увеличивая уровень светочувствительности, происходит усиление всех сигналов, получаемых с пикселей, а это неминуемо ведет к увеличению посторонних сигналов (помех).

Динамический диапазон

Динамический диапазон – способность матрицы передавать весь спектр цветов и яркости снимаемого объекта. Проще говоря, чем больше динамический диапазон, тем лучше камера передает яркость и цвета в таком виде, в каком их видим мы. Высокий динамический диапазон у видеорегистратора позволяет качественно снимать как слишком светлые участки окружающего мира, так и совсем темные. Если матрица не способна правильно передать ДД, то иногда на программном уровне внедряют технологию HDR, которая исправляет искажения.

Немного о производителях матриц

На рынке видеорегистраторов существует 4 основных производителя матриц:

  • Sony – японская транснациональная корпорация, образованная еще в 1946 году. По сути не нуждается в представлении. Выпуском CMOS-матриц компания начала заниматься с 2007 года;
  • OmniVision – американская компания, основанная в 1990 году. Второй по популярности производитель на рынке. Главное направление компании – разработка матриц для цифрового оборудования (видеонаблюдение, регистраторы, экшн-камеры);
  • Aptina – американская компания, специализирующаяся на выпуске CMOS-матриц, а также видеопроцессоров. С 2014 года принадлежит On Semiconductor;
  • On Semiconductor – американская компания, основанная в 1999 году. Матрицы данного производителя зачастую встречаются и  в видеорегистраторах. Выпускаются сенсоры под маркировкой AR. Из наиболее популярных можно отметить: AR0330CS, AR0522SR и прочие.

Это основные компании производители матриц для видеорегистраторов, если видите в характеристиках одно из этих названий, то смело можно брать.

Резюмируем

Основные тезисы, которые вы должны понять:

  1. CMOS – это технология, по которой работает матрица. Практически все видеорегистраторы на рынке имеют CMOS-матрицу, поэтому ее наличие ничего не скажет о качестве съемки;
  2. Важным параметром для матрицы – размер пикселя. Чем больше пиксели на матрице, тем детальнее будет изображение, лучше светочувствительность, шире ДД и меньше шума;
  3. Не нужно гнаться за мегапикселями. 2-3 Мп на матрице с физическим размером 1/3” гораздо лучше, чем 5 Мп на матрице с таким же размером. Разрешение матрицы отвечает за детализацию изображения, но должно рассматриваться только в совокупности с физическим размером;
  4. Рассматривать видеорегистраторы с матрицами от проверенных производителей. К таким относятся: Sony, OmniVision и Aptina.