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17 Dic 2014

Arquitectura de los captadores de vídeo

Ya hemos realizado un análisis de diferentes factores y elementos que intervienen en los captadores de vídeo, pero creo que no se puede obviar la catalogación que se hace de los CCDs en relación a la arquitectura de fabricación de los mismos, o sea, cómo se captan los fotones, cómo se almacenan, cómo se leen y cómo se transfieren.

En posts anteriores se han mostrado los diferentes tipos de fabricación de CCDs que más se utilizan en la actualidad, pero en realidad, la captación la llevan a cabo de una forma muy similar, por medio de una red matricial de los elementos captadores (píxels).

Lo que realmente los diferencia es la manera en la que se lleva a cabo la lectura de esa matriz de elementos sensores (fotodiodos).

Esta diferencia en la lectura matricial es la que determina la arquitectura de fabricación de los sensores de captación de imágenes. Para ello, vamos a ver a continuación las cuatro maneras más comunes de llevar a cabo la lectura de los fotosensores analizando sus pros y sus contras siempre dependiendo del uso que vayamos a darle.

  1. Transferencia de cuadro completo (FFT)

Un CCD de transferencia de cuadro completo dedica todo el píxel a la hora de capturar las imágenes, esta situación puede hacer que se produzcan manchas ocasionalmente.

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                                                        Imagen©www.andor.com

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                                                            Imagen©www.qsimaging.com

En la figura anterior se puede comprobar que la imagen incide sobre toda la zona sensible del CCD y ésta se va desplazando verticalmente fila por fila al registro de desplazamiento serie y cada fila del registro se desplaza horizontalmente hacia la salida para leer píxel a píxel.

2. Transferencia de cuadro (FT)

En los CCDs de transferencia de cuadro, su funcionamiento óptimo se produce cuando se alterna la exposición a los fotones y la lectura de los mismos. Para llevar a cabo esto es necesario un obturador mecánico que corte la luz que incide en la zona fotosensible mientras que se produce la lectura.

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                                           Imagen©http://micro.magnet.fsu.edu

1.2.1. Beneficios del sensor de transferencia de cuadro.

  • Mayor eficiencia cuántica.
  • Hay disponible sensores tanto anti-blooming como con blooming.
  • Una mayor sensibilidad hacia el rojo en el espectro.

1.3. Transferencia interlínea (IT)

El CCD de transferencia interlínea, a diferencia del sistema anterior (FT) tiene una sola matriz bidimensional en lugar de dos en donde se encuentra el fotodiodo y a su lado integra unos canales para la transferencia de las cargas denominados máscaras interlíneas, los cuales se adjuntan como se ha comentado a cada fotodiodo para que la carga que se ha acumulado se pueda transportar de una forma rápida a los canales después de que se hayan captado las imágenes.

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                                                             Imagen©Olympus

1.4. Transferencia de cuadro interlínea (FIT)

Este tipo de sensor es una mezcla del sensor de transferencia interlínea y el de transferencia de cuadro. Tiene una ventaja notable y es el “obturador electrónico” el cual facilita la grabación de muchas imágenes por segundo con tiempos de exposición muy cortos.

Esta obturación se produce realizando la transferencia de cargas al registro vertical interlínea mientras dura el periodo activo, por lo que los fotones que se han captado en el fotodiodo se realiza en muy poco tiempo, siempre menor al tiempo que tarda el tiempo activo de campo.

Para que el fotodiodo quede preparado para la próxima captura, la carga residual se elimina por medio de un canal de drenaje.

 ccd-fit

                                                       Imagen© www.avcemporium.com

En resumen, disponemos de una matriz donde se encuentran los fotodiodos y junto a estos los canales de desplazamiento vertical interlíneas y otra matriz es la de almacenamiento, en el que como en el caso del CCD-FT se realiza la lectura donde se vuelca la información al registro de desplazamiento horizontal de salida.

No tengo conocimiento que existan más tipos de arquitectura para los CCDs pero si conoces alguna otra sería interesante que dejases un comentario par estar más informado sobre los CCDs.

Fuentes consultadas:

http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_transfer_function

http://www.normankoren.com/Tutorials/MTF7.html

http://www.gatan.com/files/PDF/knowhow/kv8_ccd_pixels_question.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device

http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_CMOS

http://www.optics4birding.com/starlight-technology.aspx

http://www.andor.com/learning-academy/electron-multiplying-ccd-cameras-the-technology-behind-emccds

http://photorumors.com/2009/09/13/new-sony-full-frame-sensor-ccd-superhad-ii-with-34-8mp/

http://www.hkvstar.com/technology-news/comparison-between-ex-view-had-and-super-had-ccd-cameras.html

http://www.sony.net/Products/SC-HP/cx_news/vol52/pdf/featuring52.pdf

http://www.lavision.de/en/products/cameras/iccd_cameras.php

http://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device#Intensified_charge-coupled_device

http://en.wikipedia.org/wiki/Photocathode

http://en.wikipedia.org/wiki/Microchannel_plate_detector

http://www.hkvstar.com/technology-news/comparison-between-ex-view-had-and-super-had-ccd-cameras.html

http://www.mintron.com/htm/q&a/htm/super%20had%20ccd%20camera.htm

http://www.digitalbolex.com/global-shutter/

http://depts.washington.edu/keck/pg22.pdf

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