Qual é a diferença entre os sensores de imagem CCD e CMOS?

Continuo lendo artigos sobre sensores de imagem CCD vs CMOS. Qual é a diferença entre esses dois tipos? O que exatamente esses sensores fazem em termos de fotografia?

Uma câmera baseada em CCD poderá competir no futuro? Se eu comprar um, posso usá-lo por alguns anos ou seria melhor atualizar para uma câmera com um sensor baseado em CMOS?

Ambas as tecnologias têm o mesmo objetivo: provar e registrar quanta luz atinge cada pixel. Eles apenas trabalham de maneira diferente para alcançar esse objetivo. Os pixels em um CCD não contêm circuitos ativos, apenas uma pequena "bandeja capacitiva" que armazena passivamente uma carga até que ela possa ser deslocada para a próxima bandeja e, eventualmente, desligada do sensor e lida pelos circuitos. Um sensor CMOS é basicamente um sensor em um grande circuito integrado e inclui um pequeno circuito ativo, incluindo transistores em cada pixel, para que cada pixel seja capaz de medir e manter ativamente a carga que o atinge, em vez de apenas manter a carga passivamente até que seja deslocado para a leitura.

Ambos têm pontos fortes e fracos - alguns dos principais envolvem o modo de vídeo (ou modo de visualização ao vivo).

• Riscas verticais

  Na exibição ao vivo ou no modo de vídeo, os sensores CCD exibem listras verticais, onde pontos brilhantes de luz no quadro, mesmo na borda, podem criar uma linha vertical brilhante de cima para baixo. Isso é causado pela corrente de um único pixel "transbordando" e vazando por toda a linha. Observe que as câmeras de vídeo profissionais que usam sensores CCD (e custam milhares de dólares) possuem circuitos para minimizar isso. Além disso, quando usado para fotos, ou seja, não no modo de exibição ao vivo / vídeo, os CCDs operam em um modo diferente que não é suscetível a listras verticais.

  Os sensores CMOS não exibem riscos, pois cada pixel tem seu próprio circuito isolado de outros pixels.

• Persiana de enrolar

  Os sensores CMOS exibem um efeito de obturador rotativo no modo de exibição ao vivo ou vídeo, ou a qualquer momento em que não estão usando um obturador físico e mecânico. Em vez de capturar o quadro inteiro de uma só vez, as informações são lidas de cada linha do quadro, uma após a outra. O tempo que leva varia entre as câmeras, mas 1/30s ou 1/60s seriam durações típicas para uma leitura completa do sensor (em resolução máxima). Isso cria um efeito de oscilação semelhante a geléia no vídeo gravado quando a câmera é portátil ou se move muito, ou mesmo em fotos, ao usar o obturador eletrônico (para operação totalmente silenciosa).

  Os sensores CMOS projetados especificamente para permitir a captura de vídeo com alta taxa de quadros (como 120 fps ou mais) exibem menos efeito do obturador com rolagem. Além disso, a operação de um sensor com resolução menor que a resolução total (por exemplo, gravação de 1080p em um sensor em vez de 4K) pode alternar o sensor para um modo de leitura mais rápido e, portanto, ter menos efeito de obturação contínua.

  O CCD não sofre o efeito do obturador de enrolar.

• Ruído / qualidade em geral

  Embora existisse uma troca de qualidade no CMOS, isso é insignificante agora e pode até ter revertido. Certamente, para sensores grandes (DX, 4/3, FF), não há diferença prática além das diferenças individuais devido ao design do sensor. A tecnologia CMOS está se movendo rapidamente e a qualidade da imagem está melhorando, especialmente com pequenos sensores, como os usados ​​em smartphones.

  Para sensores muito pequenos, como câmeras compactas e smartphones, os sensores CMOS costumavam ter uma sensibilidade mais baixa, resultado de tornar os pixels tão pequenos em relação ao tamanho do circuito neles. No entanto, melhorias nos processos de fabricação e uma nova tecnologia chamada "Back Side Illumination" (BSI) combateram isso.

Atualmente, as câmeras estáticas profissionais usam cada vez mais sensores CMOS, e os sensores CMOS que você encontrará neles são pelo menos iguais em desempenho aos seus primos CCD. Acontece que a tecnologia CMOS está se movendo rapidamente no momento e muitos dos melhores sensores atualmente são o CMOS. A menos que grave um vídeo, não há motivo para escolher uma câmera com base no fato de ela possuir um sensor CCD ou CMOS.

Não se preocupe com a tecnologia do sensor, provavelmente é a coisa menos importante a considerar ao decidir sobre o conjunto de equipamentos. Seria como pensar se o filme em preto e branco da Kodak ou Fuji é o "melhor", sem considerar a câmera em que você o usará, as lentes que você usará ou suas habilidades como fotógrafo.

Pense em vidro, não em sensor.

Os CCDs podem ter "persianas eletrônicas"; eles podem ser "desligados" eletronicamente antes do fechamento do obturador mecânico.

Com esse recurso, você pode obter velocidades mais altas de sincronização do flash. Por exemplo, a Nikon D70s e seu CCD com abertura eletrônica podem sincronizar a 1 / 500s.

Os sensores CMOS normalmente não podem fazer isso, por isso estão limitados à rapidez com que o obturador mecânico pode fechar. A Nikon D90, por exemplo, tem uma velocidade máxima de sincronização do flash de 1 / 250s.

O princípio de funcionamento é o mesmo em ambos os sistemas.

A luz faz com que os elétrons no silício 'se movam' e o silício seja gravado de uma maneira que a oscilação faça com que esses elétrons se movam na mesma direção. Esse processo é o mesmo que ocorre nos painéis solares.

Quando a imagem é 'lida' pelo sensor, cada pixel mede a carga (como isso acontece difere entre os dois) usando um conversor analógico> digital (AD) e esses valores representam os níveis de luz que compõem a imagem.

O que divide o CCD e o CMOS é que os materiais e a construção diferem. Isso tem um efeito indireto sobre como eles são usados ​​na prática na fotografia. Os sensores CMOS podem ser instalados em praticamente qualquer fundição de chips, onde os CCDs exigem um processo VLSI personalizado que só pode fabricar chips CCD.

Ambos os sistemas têm características que lhes dão alguma vantagem no papel. Exceto algumas tarefas específicas (astrofotografia, por exemplo), é difícil dizer que atualmente uma delas é realmente melhor que a outra. Os sensores CMOS são mais baratos / fáceis de produzir, se beneficiam mais rapidamente de outros avanços na fabricação de chips, permitem que as leituras ocorram em paralelo e consomem menos energia. O CCD deixa mais área disponível para o photosite e melhores características de ruído, mas deve ler linha por linha, o que atrasa o processamento. Atualmente, o avanço dos chips significa que o CMOS tem vantagem na fotografia hoje e é provável que, por enquanto.

Há mais diferenças entre o CMOS e o CCD. Os sensores CMOS são muito mais baratos que os sensores CCD.
É muito mais barato produzir sensor CMOS, dificultando a produção do sensor CCD.
O sensor CMOS consome menos energia que o sensor CCD, o que é bom para a duração da bateria e superaquecimento.
Além disso, você pode integrar muito mais funções em um único chip CMOS, o que permite que os fabricantes reduzam o número de chips em suas câmeras. Por exemplo, a captura e o processamento de imagens podem ser integrados em um chip, o que reduz os custos.