Qual è la differenza tra i sensori di immagine CCD e CMOS?

Continuo a leggere articoli sui sensori di immagine CCD vs CMOS. Qual è la differenza tra questi due tipi? Cosa fanno esattamente questi sensori in termini di fotografia?

Una fotocamera basata su CCD sarà in grado di competere in futuro? Se ne compro uno, posso contare sull'utilizzo per alcuni anni o sarebbe meglio passare a una fotocamera con un sensore basato su CMOS?

Entrambe le tecnologie hanno lo stesso scopo: campionare e registrare quanta luce colpisce ogni pixel. Lavorano in modo diverso per raggiungere questo obiettivo. I pixel di un CCD non contengono circuiti attivi, ma solo un piccolo "contenitore capacitivo" che immagazzina passivamente una carica fino a quando non può essere spostato sul contenitore successivo, e infine fuori dal sensore e poi letto dai circuiti. Un sensore CMOS è fondamentalmente un sensore su un grande circuito integrato e include un piccolo circuito attivo che include transistor all'interno di ogni pixel, quindi ogni pixel è in grado di misurare attivamente e mantenere la carica colpendola, piuttosto che trattenere passivamente la carica fino a quando non è spostato per la lettura.

Entrambi hanno punti di forza e di debolezza - alcuni dei migliori riguardano la modalità video (o la modalità live view).

• Striature verticali

  Nella modalità live view o video, i sensori CCD mostrano una striatura verticale, in cui i punti luminosi della cornice, anche ai bordi, possono creare una linea luminosa verticale dall'alto verso il basso della cornice. Ciò è causato dalla corrente di un singolo pixel "traboccante" e che perde attraverso l'intera riga. Si noti che le videocamere professionali che utilizzano sensori CCD (e costano migliaia di dollari) dispongono di circuiti per minimizzare questo. Inoltre, quando utilizzati per immagini fisse, cioè non in modalità live view / video, i CCD funzionano in una modalità diversa che non è suscettibile di striature verticali.

  I sensori CMOS non mostrano affatto striature, poiché ogni pixel ha i propri circuiti isolati dagli altri pixel.

• Saracinesca

  I sensori CMOS mostrano un effetto tapparella in live view o in modalità video o ogni volta che non utilizzano un otturatore meccanico fisico. Invece di catturare l'intero frame contemporaneamente, le informazioni vengono lette da ogni riga del frame una dopo l'altra. Il tempo necessario varia da una fotocamera all'altra, ma 1 / 30s o 1 / 60s sarebbero durate tipiche per una lettura completa del sensore (a piena risoluzione). Ciò crea un effetto oscillante simile a una gelatina nel video registrato quando la fotocamera è tenuta in mano o si muove molto, o anche in immagini fisse, quando si utilizza l'otturatore elettronico (per un funzionamento completamente silenzioso).

  I sensori CMOS appositamente progettati per consentire un'acquisizione video ad alta frequenza di fotogrammi (come 120 fps o più) mostreranno un effetto otturatore inferiore. Inoltre, l'esecuzione di un sensore a una risoluzione inferiore alla piena (ad esempio, la registrazione di 1080p su un sensore anziché su 4K) può commutare il sensore su una modalità di lettura più veloce e quindi avere un effetto otturatore inferiore.

  Il CCD non soffre dell'effetto tapparella.

• Rumore / qualità in generale

  Mentre c'era un compromesso di qualità in CMOS, questo è trascurabile ora e potrebbe anche essersi invertito. Certamente per i sensori di grandi dimensioni (DX, 4/3, FF) non vi è alcuna differenza pratica a parte solo le differenze individuali dovute al design del sensore. La tecnologia CMOS si sta muovendo rapidamente e la qualità delle immagini è migliorata, soprattutto con sensori di piccole dimensioni come quelli utilizzati negli smartphone.

  Per sensori molto piccoli come nelle fotocamere compatte e negli smartphone, i sensori CMOS avevano una sensibilità inferiore, risultato del fatto che i pixel erano così piccoli rispetto alle dimensioni del circuito su di essi. Tuttavia, i miglioramenti ai processi di fabbricazione e una nuova tecnologia chiamata "Back Side Illumination" (BSI) hanno contrastato questo.

Oggigiorno le fotocamere professionali utilizzano sempre più i sensori CMOS e i sensori CMOS che troverai in essi hanno prestazioni almeno pari ai loro cugini CCD. Accade così che al momento la tecnologia CMOS si sta muovendo rapidamente e molti dei migliori sensori al giorno d'oggi sono CMOS. A meno che non si riprenda un video, non c'è motivo di scegliere una fotocamera in base al fatto che abbia un sensore CCD o CMOS.

Non preoccuparti della tecnologia dei sensori, è probabilmente la cosa meno importante da considerare quando si decide sul set di equipaggiamento. Sarebbe come pensare se il film in bianco e nero Kodak o Fuji sia "il migliore", senza considerare la macchina fotografica in cui la utilizzerai, gli obiettivi che utilizzerai o le tue abilità di fotografo.

Pensa al vetro, non al sensore.

I CCD possono avere "tapparelle elettroniche"; possono essere "spenti" elettronicamente prima della chiusura dell'otturatore meccanico.

Con questa funzione, è possibile ottenere velocità di sincronizzazione del flash più elevate. Ad esempio, la Nikon D70s e il suo CCD a chiusura elettronica possono sincronizzarsi a 1/500.

I sensori CMOS in genere non possono farlo, quindi sono limitati alla velocità con cui l'otturatore meccanico può chiudere. La Nikon D90, ad esempio, ha una velocità massima di sincronizzazione del flash di 1 / 250s.

Il principio di funzionamento è lo stesso in entrambi i sistemi.

La luce fa oscillare gli elettroni in silicio e il silicio è inciso in modo tale che il movimento oscillatorio faccia muovere quegli elettroni nella stessa direzione. Questo processo è lo stesso che si verifica nei pannelli solari.

Quando l'immagine viene "letta" dal sensore, ogni pixel ha la misura della carica (il modo in cui ciò accade differisce tra i due) usando un convertitore analogico> digitale (AD) e quei valori rappresentano i livelli di luce che compongono l'immagine.

Ciò che divide CCD e CMOS è che i materiali e la costruzione differiscono. Ciò ha un effetto a catena sul modo in cui vengono utilizzati nella fotografia. I sensori CMOS possono essere installati praticamente in qualsiasi fonderia di chip in cui i CCD richiedono un processo VLSI su misura che può solo produrre chip CCD.

Entrambi i sistemi hanno tratti che danno loro un vantaggio sulla carta. Ad eccezione di alcuni compiti specifici (ad esempio l'astrofotografia) è difficile dire che attualmente uno dei due sia effettivamente migliore dell'altro. I sensori CMOS sono più economici / più facili da produrre, beneficiano più facilmente di altri progressi nella produzione di chip, consentono che le letture avvengano in parallelo e consumino meno energia. Il CCD lascia più spazio disponibile per il photosite e migliori caratteristiche di rumore, ma deve leggere riga per riga che rallenta l'elaborazione. Attualmente i progressi del chip significano che CMOS è all'avanguardia nella fotografia oggi e probabilmente per il momento.

Ci sono più differenze tra CMOS e CCD. I sensori CMOS sono molto più economici dei sensori CCD.
Produrre un sensore CMOS è molto più economico, quindi è difficile produrre un sensore CCD.
Il sensore CMOS consuma meno energia del sensore CCD, utile per la durata della batteria e per il surriscaldamento.
Inoltre, puoi integrare molte più funzioni nel singolo chip CMOS, che consente ai produttori di ridurre il numero di chip nelle loro telecamere. Ad esempio, l'acquisizione e l'elaborazione delle immagini possono essere integrate in un chip, il che riduce i costi.