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

Ambas tecnologías tienen el mismo propósito: muestrear y registrar cuánta luz incide en cada píxel. Simplemente funcionan de manera diferente para lograr ese objetivo. Los píxeles en un CCD no contienen circuitos activos, solo un pequeño "contenedor capacitivo" que almacena pasivamente una carga hasta que se puede cambiar al siguiente contenedor y, finalmente, apagar el sensor y leerlo en 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, de modo que cada píxel es capaz de medir y mantener activamente la carga que lo golpea, en lugar de solo retener pasivamente la carga hasta que sea apagado para leer.

Ambos tienen fortalezas y debilidades: algunos de los principales involucran 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 muestran rayas verticales, donde los puntos brillantes de luz en el marco, incluso en el borde, pueden crear una línea vertical brillante desde la parte superior hasta la parte inferior del marco. Esto se debe a que la corriente de un solo píxel se "desborda" y se filtra por 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 usan para imágenes fijas, es decir, no en el modo de vista en vivo/video, los CCD funcionan en un modo diferente que no es susceptible a las rayas verticales.

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

• Persiana

  Los sensores CMOS exhiben un efecto de obturador rodante en modo de vista en vivo o video, o en cualquier momento que no estén usando un obturador mecánico físico. 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 esto toma varía entre cámaras, pero 1/30 s o 1/60 s serían duraciones típicas para una lectura completa del sensor (a resolución completa). Esto crea un efecto de bamboleo similar a la gelatina en el video grabado cuando la cámara se sujeta con la mano o se mueve mucho, o incluso en imágenes fijas, cuando se usa el obturador electrónico (para un funcionamiento completamente 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 máxima (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.

  CCD no sufre el efecto de obturador rodante.

• Ruido / calidad en general

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

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

Las cámaras fotográficas profesionales utilizan cada vez más sensores CMOS en la actualidad, 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 un video, 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, es probablemente lo menos importante a considerar al decidir sobre su conjunto de equipos. Sería como pensar si la película en blanco y negro Kodak o Fuji es la "mejor", sin tener en cuenta la cámara en la que la vas a usar, las lentes que vas a usar o tus habilidades como fotógrafo.

Piense en vidrio, no en sensor.

Los CCD pueden tener "obturadores electrónicos"; se pueden "apagar" 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 1/500 s.

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

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 tal 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 se 'lee' la imagen del sensor, se mide la carga de cada píxel (la forma en que 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 difieren. Eso tiene un efecto dominó en cómo se usan en la práctica en fotografía. Los sensores CMOS se pueden hornear en casi cualquier fundición de chips donde los CCD requieren un proceso VLSI personalizado que solo puede fabricar chips CCD.

Ambos sistemas tienen características que les dan alguna ventaja sobre el papel. Exceptuando algunas tareas específicas (astrofotografía, por ejemplo), es difícil decir que actualmente una sea mejor que la otra. Los sensores CMOS son más baratos/más fáciles de producir, se benefician más fácilmente de otros avances en la fabricación de chips, permiten que las lecturas se realicen en paralelo y consumen menos energía. CCD deja más área disponible para el fotosito 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.
Es mucho más barato producir un sensor CMOS y luego producir un sensor CCD difícil de fabricar.
El sensor CMOS consume menos energía que el sensor CCD, lo 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 solo chip, lo que reduce los costos.