Матрица (техника)

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
← другие значения
Один из способов получения нужного профиля изделий (закреплённых) в твёрдых материалах методом выдавливания пуансоном

Матрица — твёрдое тело (как правило металлическое, чаще прямоугольной формы в виде пластины или бруска), содержащее: поверхность определённой формы, например, выдавленных пуансоном букв (литер); или пластина (фотосенсора) прямоугольной формы, полученная на базе полупроводникового материала, полимера кремния и других добавок методом: окисления, литографии, травления, легирования, химического парофазного осаждения и металлизации, отличающаяся наличием фотодиодов и пикселей, созданных на цельной керамической кремниевой подложке и предназначенная для сборки; или пластина с полированной тра́вленной поверхностью образца металла (чугуна) для микроструктурного анализа и др.

Применение матриц[править]

Матрицы применяются для:

  • Микрострукторного анализа кристаллической решётки, например, чугуна при микроскопии;
  • Специализированная аналоговая интегральная микросхема для сборки фотосенсора — твёрдая пластина прямоугольной формы из кремния, состоящая из элементов пикселей (фотодиодов) (матрица (фото))), которые получают на базе полупроводникового материала, полимера кремния и других добавок методом: окисления, литографии, травления, легирования, химического парофазного осаждения и металлизации, прямоугольных ячеек пикселей размерами сторон порядка до 9мкм и фотодиодов (не работающих пикселей);
  • Металлические наборные литеры, изготовливаемые путем выдавливания пуансоном в мягком металле углубленного изображения буквы — матрицы (отсюда происхождения термина матрица ) и последующей отливки в нее типографского сплава. (Так первые опыты Книгопечатания были предприняты в 1041—48 китайцем Би Шэном. Возникновение Книгопечатание в Европе относят к 40-м гг. 15 в. и связывают с именем И. Гутенберга). Т.е термин матрица впервые появился в начале ХI века.[1]

Часто, например, понятие фотоматрица употребляется при создании материалов о Фотосенсоре в Википедии и др., что противоречит содержанию применяемых терминов в цифрографии. фотоматрица является как бы основным базовым элементом фотосенсора. Например, в автомобиле двигатель (по аналогии — это «матрица») — базовый элемент. Термин автомобиль по аналогии — это «фотосенсор».

Матрицы в фотографии[править]

 → Фотосенсор

Фотодиод и пиксел[править]

Рис.1,Схема субпикселей ПЗС-матрицы с карманом n-типа (на примере красного, зелёного фотодетекторов, накрытых фильтром Байера, состоящей из ячеек цветных RGB фотодиодов (пикселей), каждый из которых занимает свою площадь на матрице)
Рис.2,Схема фотодиода (трехпиксельного фотоприёмника) Foveon X3, где все RGB (без светофильтров) фотоприёмники расположены в одной функциональной единице — одном фотодатчике

Каждый пиксел трансформируемого изображения — объект, характеризуемый определённым цветом, градацией серого цвета и, возможно, прозрачностью. Один пиксел может хранить информацию только об одном цвете, который и ассоциируется с ним (в некоторых компьютерных системах цвет и пикселы представлены в виде двух раздельных объектов, например, в видео-системе ZX Spectrum).

Также работающий фотодиод или пиксел — это наименьшая единица растрового изображения, получаемого с помощью графических систем вывода информации (компьютерные мониторы, принтеры и т. д.). Разрешение такого устройства определяет количество пикселов выводимого изображения по горизонтали и по вертикали (например, режим VGA — 640×480).

Так как цифровая фотогрфия основана на применении фотосенсоров, состоящих из фотоматрицы, где основным элементом является фотодиод или пиксел, то при попадании фотонов на пиксел, в нём генерируются носители заряда (электрон и дырка), которые изменяют напряжение. Создающиеся отдельные потенциалы (аналоговых сигналов) обрабатываются в АЦП — (в камерах с цифровой обработкой сигнала) и полученные данные, сохраняются и выводятся из камеры. То есть каждый пиксел (фотодтод) выполняет свои функции. При этом количество фотодиодов часто не совпадает с количеством пикселей. Если фотодиод материальная, постоянная единица фотоматрицы — главного элемента фотосенсора, то пиксель — функциональная единица фотосенсора, а фотодиод — фотоматрицы. Например, в цифровых фотокамерах Sigma SD15 (фотоматрица Фотосенсора Foveon X3-сенсор) состоит из фотодитодов, содержащих три пикселя RGB, расположенных в трех уровнях один под одним каждый, не накрытых светофильтрами и представляют собой ячейку фотосенсора. Можно сказать три пикселя объеденены в один Фотодиод. Откуда, фотосенсор по площади занимает в три раза меньше места и работает в режиме образования цветного изображения как цветная фотоплёнка, то есть в аналоговом режиме. Кроме того она позволяет регулировку размера фотодиода (из 3-х пикселей). Так, из нескольких фотодиодов формируется один увеличенный фотодиод. Это регулирует количество работающих фотодиодов. С увеличеним размера фотодиода получаем возможеость увеличивать объем получаемой информации увеличенного фотоприёмника, что важно при работе в условиях низкой освещенности или при портретной съемке и др. В данном случае настроенный фотодатчик дает низкие шумы и хоршее качество получаемых изображений.[2]

В общем от количества пикселов у матриц с фильтром Байера (в инструкциях обычно в рекламных целях, например, фирма Sigma в фотокамере Sigma SD15 показывает общее количество пикселей = утроенному количеству фотодиодов, так как в Sigma SD15 в фотосенсорах Foveon X3-сенсор фотодиоды трёхуровневые и каждый уровень работает как один пиксел) зависит детальность изображения.

Однослойные матрицы[править]

Массив элементов фильтра Байера

Фильтр Байера (шаблон Байера) — специальная архитектура системы цветных фильтров для фотосенсора. Представляет собой массив цветных (RGB) фильтров в ячейках однослойных фотоматриц, которыми накрыты фотодиоды матрицы, используемые в цифровой фотографии. Фильтр Байера назван в честь его создателя, доктора Брайса Э. Байера (англ. Bryce Bayer), сотрудника компании Kodak.[3] Фильтр используется в фотосенсорах цифровых фотоаппаратов, видеокамерах и сканерах для получения цветного изображения (технология цифровой цветной фотографии).

Массив фильтра состоит из 25 % красных элементов, 25 % синих и 50 % зелёных элементов. По этой причине его часто называют GRGB или RGBG.

Многослойные матрицы[править]

Трехслойные фотоматрицы Foveon X3, где фотоматрица без Фильтра Байера.

 → Фотоматрица Foveon X3

Foveon X3-матрица или основной элемент фотодатчика, разработанный в компании Foveon отличается цветоделением на аддитивные цвета RGB c использованием дисперсного свойства кремния поглощать «синие», «зелёные» и «красные» составляющие лучи света на разной глубине фотодиода (в зависимости от разной длины волны — разной интенсивности сигнала) в пределах одного пикселя. (Cм. рис. 2.) То есть фотодиоды расположены в столбце — начиная сверху: синий, зелёный, красный. не покрытых светофильтрами.

Многоцветные сборные видеоматрицы — 3CCD-матрица[править]

Трехматричные системы/

Схема 3CCD-матрицы

 → 3CCD-матрица

Поступающий в камеру свет, попадая на пару A,B,C дихроических призм, делится на три основных цвета: красный, зелёный и синий. Каждый из этих пучков направляется на отдельную матрицу (чаще всего используется CCD, поэтому в наименовании соответствующей аппаратуры употребляется обозначение 3CCD).Трёхматричные системы применяются в видеокамерах среднего и высокого класса

Матрицы в линзах преломления рентгеновских лучей[править]

 → Рентгеновская оптика преломления

Единичные параболические короткофокусные кремниевые Х-линзы[править]

Единичная параболическая линза.[4]

Единичные параболические короткофокусные линзы созданы из кремния методом глубокого фотоанодного травления. Параметры преломляющих поверхностей (профилей) линз являются параболоиды вращения. У них радиусы кривизны R=0,35мкм, апертура А=8мкм, оптическая ось перпендикулярна к поверхности образующей пластины. Линза представляет квадратную матрицу, где число элементов образует площадь, которая перекрывает сечение падающего пучка Х-лучей. Вычокая прозрачность, малое поглощение потока лучей делат эти линзы сходные, аналогичными с линзами видимого диапазона электромагнитных волн световых лучей.

Свойства созданных единичных линз было изучено и проверено на источнике излучения ESRF (Гренобль, Франция) в диапазоне энергий 17-30 кэВ. Изображение регистрировалось в цифровой камере высокого разрешения. Размер фокального пятна не превышал 0,7мкм.

Матрица линз — представляет совершенный двумерный оптический элемен, подтвердиший возможности совершенства фотонных кристаллов, например, кремниевых![5]

Полиграфические матрицы[править]

 → Литера

Матрица в полиграфии (в издательском деле) — вогнутая часть формы, в которой пластическое тело формуется давлением. В частности, медная пластинка с углублённым отпечатком, которая служит для получения типографского шрифта (например, букв) методом литья.

См. также[править]

Источники[править]

  1. ↑ http://www.oval.ru/enc/34462.html
  2. ↑ http://www.digitalvideo.ru/archiv/015/1501.htm
  3. ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Bayer_filter
  4. ↑ Старков В. В.и др.Поверхность. Рентген., синхротрон., нейтрон.исслед.(1)146(1999)
  5. ↑ Старков В. В.и др.Поверхность. Рентген., синхротрон., нейтрон.исслед.(1)146(1999)
Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Матрица_(техника)&oldid=962570