¿Cuál es la diferencia entre los sensores de imagen CCD y CMOS?

Sigo leyendo artículos sobre sensores de imagen CCD vs CMOS. ¿Cuál es la diferencia entre estos dos tipos? ¿Qué hacen exactamente estos sensores en términos de fotografía?

¿Una cámara basada en CCD podrá competir en el futuro? Si compro uno, ¿puedo contar con usarlo durante algunos años o sería mejor actualizar a una cámara con un sensor basado en CMOS?

Ambas tecnologías tienen el mismo propósito: muestrear y registrar cuánta luz golpea cada píxel. Simplemente funcionan de manera diferente para lograr ese objetivo. Los píxeles en un CCD no contienen circuitos activos, solo un pequeño "depósito capacitivo" que almacena pasivamente una carga hasta que pueda desplazarse al siguiente depósito, y eventualmente fuera del sensor y leído por el circuito. Un sensor CMOS es básicamente un sensor en un gran circuito integrado, e incluye un pequeño circuito activo que incluye transistores dentro de cada píxel, por lo que cada píxel es capaz de medir y mantener activamente la carga que lo golpea, en lugar de simplemente mantener pasivamente la carga hasta que esté desplazado para leer.

Ambos tienen fortalezas y debilidades: algunos de los principales incluyen el modo de video (o el modo de visualización en vivo).

• Rayas verticales

  En el modo de visualización en vivo o video, los sensores CCD exhiben rayas verticales, donde los puntos brillantes de luz en el marco, incluso en el borde, pueden crear una línea brillante vertical desde la parte superior hasta la parte inferior del marco. Esto es causado por la corriente de un solo píxel "desbordando" y goteando en toda la fila. Tenga en cuenta que las cámaras de video profesionales que usan sensores CCD (y cuestan miles de dólares) tienen circuitos para minimizar esto. Además, cuando se usa para imágenes fijas, es decir, no en el modo de visualización en vivo / video, los CCD funcionan en un modo diferente que no es susceptible a las rayas verticales.

  Los sensores CMOS no exhiben rayas en absoluto, ya que cada píxel tiene su propio circuito aislado de otros píxeles.

• Persiana

  Los sensores CMOS exhiben un efecto de obturador en modo de visualización en vivo o video, o en cualquier momento que no estén utilizando un obturador físico o mecánico. En lugar de capturar todo el cuadro a la vez, la información se lee de cada fila del cuadro una tras otra. El tiempo que tarda varía entre cámaras, pero 1/30 o 1/60 sería la duración típica para una lectura completa del sensor (a resolución completa). Esto crea un efecto de oscilación similar a la gelatina en el video grabado cuando la cámara es portátil o se mueve mucho, o incluso en imágenes fijas, cuando se usa el obturador electrónico (para un funcionamiento totalmente silencioso).

  Los sensores CMOS diseñados específicamente para permitir la captura de video de alta velocidad de cuadros (como 120 fps o más) exhibirán menos efecto de obturador rodante. Además, ejecutar un sensor a una resolución inferior a la completa (por ejemplo, grabar 1080p en un sensor en lugar de 4K) puede cambiar el sensor a un modo de lectura más rápido y, por lo tanto, tener menos efecto de obturador rodante.

  El CCD no sufre el efecto de persiana enrollable.

• Ruido / calidad en general

  Si bien solía haber una compensación de calidad en CMOS, esto es insignificante ahora e incluso puede haberse revertido. Ciertamente, para sensores grandes (DX, 4/3, FF) no existe una diferencia práctica aparte de las diferencias individuales debido al diseño del sensor. La tecnología CMOS se está moviendo rápidamente y la calidad de imagen ha mejorado, especialmente con sensores pequeños como los que se usan en los teléfonos inteligentes.

  Para sensores muy pequeños, como las cámaras compactas y los teléfonos inteligentes, los sensores CMOS solían tener una menor sensibilidad, como resultado de hacer que los píxeles fueran tan pequeños en relación con el tamaño de los circuitos. Sin embargo, las mejoras en los procesos de fabricación y una nueva tecnología llamada "Iluminación del reverso" (BSI) han contrarrestado esto.

Las cámaras fotográficas profesionales utilizan cada vez más sensores CMOS en estos días, y los sensores CMOS que encontrará en ellas tienen al menos el mismo rendimiento que sus primos CCD. Sucede que la tecnología CMOS se está moviendo rápidamente en este momento y muchos de los mejores sensores en estos días son CMOS. A menos que grabe videos, no hay razón para elegir una cámara en función de si tiene un sensor CCD o CMOS.

No se preocupe por la tecnología del sensor, probablemente sea lo menos importante a tener en cuenta al decidir sobre su equipo. Sería como pensar si la película en blanco y negro de Kodak o Fuji es "la mejor", sin tener en cuenta la cámara en la que la va a usar, los lentes que va a usar o sus habilidades como fotógrafo.

Piense en vidrio, no en sensor.

Los CCD pueden tener "persianas electrónicas"; pueden "apagarse" electrónicamente antes de que se cierre el obturador mecánico.

Con esta función, puede lograr velocidades de sincronización de flash más altas. Por ejemplo, la Nikon D70s y su CCD con obturador electrónico pueden sincronizarse a 1 / 500s.

Los sensores CMOS generalmente no pueden hacer esto, por lo que se limitan a la rapidez con que se puede cerrar el obturador mecánico. La Nikon D90, por ejemplo, tiene una velocidad máxima de sincronización de flash de 1 / 250s.

El principio de funcionamiento es el mismo en ambos sistemas.

La luz hace que los electrones en el silicio "se muevan" y el silicio se graba de una manera que el movimiento hace que esos electrones se muevan en la misma dirección. Este proceso es el mismo que ocurre en los paneles solares.

Cuando la imagen se `` lee '' desde el sensor, se mide la carga de cada píxel (cómo esto sucede difiere entre los dos) usando un convertidor analógico> digital (AD) y esos valores representan los niveles de luz que componen la imagen.

Lo que divide a CCD y CMOS es que los materiales y la construcción son diferentes. Eso tiene un efecto negativo sobre cómo se usan en la práctica en la fotografía. Los sensores CMOS se pueden hornear en casi cualquier fundición de chips donde los CCD requieren un proceso VLSI personalizado que solo pueda hacer chips CCD.

Ambos sistemas tienen rasgos que les dan cierta ventaja en el papel. A excepción de algunas tareas específicas (por ejemplo, astrofotografía), es difícil decir que actualmente una de ellas sea mejor que la otra. Los sensores CMOS son más baratos / fáciles de producir, se benefician más fácilmente de otros avances en la fabricación de chips, permiten que las lecturas ocurran en paralelo y consuman menos energía. El CCD deja más área disponible para la fotosita y mejores características de ruido, pero debe leer línea por línea, lo que ralentiza el procesamiento. Actualmente, los avances del chip significan que CMOS tiene la ventaja en fotografía hoy y es probable que lo haga por el momento.

Hay más diferencias entre CMOS y CCD. Los sensores CMOS son mucho más baratos que los sensores CCD.
Producir un sensor CMOS es mucho más barato que producir un sensor CCD difícil.
El sensor CMOS consume menos energía que el sensor CCD, que es bueno para la duración de la batería y el sobrecalentamiento.
Además, puede integrar muchas más funciones en un solo chip CMOS, lo que permite a los fabricantes reducir la cantidad de chips en sus cámaras. Por ejemplo, la captura y el procesamiento de imágenes se pueden integrar en un chip, lo que reduce los costos.