Sensores CMOES e CCD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



 funcionamento sensor CCD                                                     funcionamento sensor CMOS



 

O que é CCD?

CCD  é uma sigla para charge coupled device (dispositivo de carga acoplada) é um sensor para captação de imagens formado por um circuito integrado.

Principais características do sensor CCD (pode variar conforme o hardware da câmera)

▪ Alta qualidade - Melhores cores e imagem mais nítida;
▪ Pouco ruído nível de ruído de fundo;
▪ Produção mais cara - processo diferenciado de maior custo, portanto a unidade tem um preço mais alto;
▪ Consome mais energia.

O que é  CMOS?

CMOS é uma sigla para complementary metal-oxide semiconductor (semicondutor metal-óxido complementar) é um sensor para captação de imagens formada por um circuito integrado.

 

Principais características do sensor CMOS (pode variar conforme o hardware da câmera)

▪ Mais ruídos do que CCD;
▪ Menos gasto de energia;
▪ Baixa sensibilidade de iluminação - o sensor CMOS requer um ambiente bem iluminado;
▪ Produção mais barata.


CCD e CMOS suas diferenças:

Ambos os sensores dependem da técnica de aproximação de pontos para formação da imagem. Embora os sensores CCD e CMOS sejam muitas vezes considerados rivais, cada um tem seus pontos fortes e fracos que os tornam apropriados para diferentes aplicações.

A tecnologia CMOS vem sendo beneficiada pela crescente miniaturização dos chips oferecendo vantagem do processamento rápido, ao passo que o CCD, tendo maior densidade de photosites, oferece maior resolução de imagem.

 

Os sensores CMOS reduzem o custo total das câmeras, pois contêm toda a lógica necessária para montar as câmeras com base neles. Em comparação com os CCDs, os sensores CMOS oferecem mais possibilidades de integração e mais funções. Os sensores de CMOS também apresentam uma saída mais rápida (o que é uma vantagem quando são necessárias imagens com resolução mais alta), menor dissipação de energia no chip, além de reduzir as dimensões do sistema. Os sensores CMOS com resolução megapixel têm disponibilidade mais ampla e são mais econômicos que os sensores CCD megapixel.

 

Anos atrás, quando a fotografia digital começava a se disseminar, os sensores CMOS, de produção mais barata e resolução limitada, eram sinônimos de câmera popular. Raros eram os fabricantes de primeira linha que se arriscavam a usá-los em câmeras fotográficas, o que praticamente limitava os CMOS.

Já os CCDs, então capazes de resoluções mais altas do que os CMOS do mesmo período e muito menos suscetíveis a ruído, ficaram tradicionalmente associados às câmeras “de verdade”. Suas únicas desvantagens, alem do custo, eram o maior consumo de energia e uma relativa lentidão na transferência da imagem para o processador da câmera – o que contribui para o chamado lag do visor.

 

Só que, varias fabricantes do peso passaram a usar uma nova geração de CMOS em suas reflex topo-de-linha. E, como se pode imaginar, estes sensores não ficam devendo em nada para os rivais CCDs. Pelo contrário: já está mais do que provado que hoje em dia, para estas aplicações, a tecnologia CMOS proporciona mais qualidade a um custo de fabricação menor, e ainda gastando menos energia

 

Uma carga de cada vez
 

 Os minúsculos sensores fotográficos criam apenas uma corrente elétrica minuto. Este deve ser amplificado antes de qualquer uso na criação de uma imagem. Alguns CCDs têm um único amplificador. Este lida com a corrente de cada sensor, por sua vez. O amplificador é colocado num canto do sensor onde ele lê e amplifica a carga a partir do sensor mais próximo na primeira linha. A acusação neste sensor é então liberado, deixando-o "vazio". Todas as taxas de cada sensor na primeira linha agora mover-se ao longo de um sensor, de modo que o amplificador pode ler e processar a carga seguinte. Isto continua até que o amplificador tem tratado por sua vez com as cargas de cada um dos sensores na primeira linha.

 

Neste ponto, todos os sensores da primeira fileira são "vazio" de cargas. Isto permite que todas as cargas dos sensores na segunda linha para mover para baixo para a primeira linha. A segunda linha é agora vazia, e é preenchido com o carregada a partir da terceira linha. Desta forma, toda a gota carregada para baixo uma fileira, deixando a linha superior vazia.

 

Todo o processo, em seguida, repete-se, com o amplificador de lidar com as acusações que estavam originalmente na segunda fila.

 

Você pode adivinhar o resto. As taxas inicialmente em movimento a terceira linha para a primeira linha, onde são alimentados um a um para o amplificador. Isto continua linha por linha, responsável pela carga, até que a carga do outro extremo da linha superior finalmente chega ao amplificador.

 

É claro, a palavra "finalmente" é relativo. Todo o processo ocorre muito rapidamente, muitas vezes em uma fração de segundo.

 

Cada carga do conjunto de sensores está "etiquetado" pela unidade de amplificação antes de ser transmitido ao microcomputador da câmera de modo a que cada parte dos dados pode ser reagrupados em exatamente a mesma sequência para produzir a imagem.

 

 

As acusações (dados de brilho) de uma jogada pelo sensor CCD de matriz foto por foto-sensor até atingirem a unidade amplificador externo (s).

 

A vantagem CMOS
 

A unidade CMOS tem uma abordagem diferente para o processamento dos encargos de milhões de sensores fotográficos. Em vez de um amplificador no lado da matriz, cada pixel individual tem o seu próprio amplificador pessoal. Isto significa que todas as cargas podem ser processadas ao mesmo tempo, os sensores de compensação para a próxima exposição.

 

  No final de 1990, imagens de CCDs eram de qualidade significativamente superior do que os de unidades CMOS. Havia duas razões principais para isso. CCDs são menos propensas a "ruído" - um padrão de grãos tipo que aparece na imagem, especialmente em altas velocidades ISO equivalentes. Além disso, a sensibilidade à luz de uma unidade de CMOS foi menor do que a de um CCD. Isso exigiu uma maior amplificação do sinal - levando a mais "ruído".

 

 

Uma vantagem é que as unidades CMOS precisa de muito menos energia para funcionar do que CCDs. Uma câmera digital exige muitas demandas em uma bateria para operar a focagem automática, exposição automática, controle do obturador e - em algumas câmeras - built-in flash. Qualquer técnica que ajuda a reduzir o consumo da bateria é uma coisa boa.

 

Além disso, as unidades CMOS são muito mais barato de fabricar do que os CCDs. Isso pode parecer estranho, considerando cada sensor tem seu próprio amplificador, mas tudo isso é feito com microeletrônica diretamente na unidade do sensor. O CCD precisa de um amplificador separado e outros componentes eletrônicos associados que aumentam o custo da unidade já caro.

 

 

Superando os problemas
 

 Os sensores CMOS eram conhecidos por seu "ruído". Em termos simples, isso é atividade elétrica que não desempenha qualquer papel na formação de uma verdadeira imagem do assunto. Uma das causas deste ruído é os amplificadores individuais ligados a cada sensor foto. Inevitavelmente, existem pequenas variações na saída dos milhões de amplificadores em todo o array, e isso cria um padrão de ruído através da imagem.

 

 Ao invés de tentar igualar os amplificadores, os desenvolvedores aceitaram que sempre haverá um padrão de ruído. Assim, cada vez que você tira uma foto, você realmente fazer duas exposições - uma do sujeito, e um com o obturador fechado. Esta segunda exposição só captura o padrão de ruído. Se os valores desse padrão são subtraídos da primeira exposição, você obter uma imagem com pouco ou nenhum ruído.

 

O segundo problema principal com os sensores CMOS também está relacionado com os amplificadores, embora de uma maneira diferente. Em um CCD, quase toda a superfície da unidade está ocupada por sensores de imagens e em uma unidade de CMOS, o espaço é necessário para circuitos de amplificador, de modo menos parte do espaço é entregue aos sensores fotográficos. Isto significa que parte da luz que atinge a unidade atinge áreas entre os sensores e perde-se, reduzindo a sensibilidade geral da unidade.

 

Existem duas soluções para este problema. Em primeiro lugar, o circuito pode ser feito mais pequeno e o maior foto sensores. Mas há um limite para essa redução - e uma escalada no custo de produção - então sempre haverá espaço entre os sensores. Para neutralizar isso, milhões de microlentes são usados, um sobre cada sensor foto. As microlentes cobre o sensor de fotografia e os circuitos. Raios de luz que atingem a borda da lente micro, o que normalmente seria desperdiçada, estão agora concentrados no sensor foto. O efeito é o de aumentar a sensibilidade da unidade de sensor.
 

Sensores de foto em uma unidade de CMOS estão posicionados dentro 'poços'. Entre os poços é de circuitos associados com as unidades de amplificação. Os raios de luz que atinge os espaços entre os poços são desperdiçados, reduzindo a eficiência da unidade CMOS.

 

A colocação de uma lente de micro sobre cada sensor e do seu circuito capta a luz que seria normalmente desperdiçado e redirecciona-lo para os sensores de imagens.

 

 

                           sem microlentes                                                                                    com microlentes