Hoy día existen dos tipos de tecnologías utilizadas para la fabricación de sensores de cámaras digitales, ya sean compactas o réflex. Se trata de los CCD (Charge Coupled Device) o CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Ambos tipos de sensores están formados en su esencia por semiconductores de metal-óxido (MOS) y están distribuidos en forma de matriz.
Su función es la de acumular una carga eléctrica en cada una de las celdas de esta matriz. Estas celdas son los llamados píxeles. La carga eléctrica almacenada en cada píxel, dependerá en todo momento de la cantidad de luz que incida sobre el mismo. Cuanta más luz incida sobre el píxel, mayor será la carga que este adquiera.
Aunque en su esencia, los CCD y CMOS funcionan de una manera muy similar, hay algunas diferencias que diferencian ambas tecnologías.
Sensor CCD
En el caso del CCD, éste convierte las cargas de las celdas de la matriz en voltajes y entrega una señal analógica en la salida, que será posteriormente digitalizada por la cámara. En los sensores CCD, se hace una lectura de cada uno de los valores correspondientes a cada una de las celdas. Entonces, es esta información la que un convertidor analógico-digital traduce en forma de datos. En este caso, la estructura interna del sensor es muy simple, pero tenemos como inconveniente la necesidad de un chip adicional que se encargue del tratamiento de la información proporcionada por el sensor, lo que se traduce en un gasto mayor y equipos más grandes.
En el aspecto del rango dinámico, es el sensor CCD el ganador absoluto, pues supera al CMOS en un rango de dos. El rango dinámico es el coeficiente entre la saturación de los píxeles y el umbral por debajo del cual no captan señal. En este caso el CCD, al ser menos sensible, los extremos de luz los tolera mucho mejor.
En cuanto al ruido, también son superiores a los CMOS. Esto es debido a que el procesado de la señal se lleva a cabo en un chip externo, el cual puede optimizarse mejor para realizar esta función. En cambio, en el CMOS, al realizarse todo el proceso de la señal dentro del mismo sensor, los resultados serán peores, pues hay menos espacio para colocar los foto-diodos encargados de recoger la luz.
La respuesta uniforme es el resultado que se espera de un píxel sometido al mismo nivel de excitación que los demás, y que éste no presente cambios apreciables en la señal obtenida. En este aspecto, el que un sensor CMOS esté constituido por píxeles individuales, le hace más propenso a sufrir fallos. En el CCD, al ser toda la matriz de píxeles uniforme, tiene un mejor comportamiento. A pesar de todo, la adición de circuitos con realimentación nos permite subsanar este problema en los CMOS, los CCD están un poquito por encima igualmente.
Sensor CMOS
En el caso del CMOS, aquí cada celda es independiente. La diferencia principal es que aquí la digitalización de los píxeles se realiza internamente en unos transistores que lleva cada celda, por lo que todo el trabajo se lleva a cabo dentro del sensor y no se hace necesario un chip externo encargado de esta función. Con esto conseguimos reducir costes y equipos más pequeños.
Además de ofrecernos más calidad, los CMOS son más baratos de fabricar precisamente por lo que comentábamos arriba. Otra de las grandes ventajas es que los sensores CMOS son más sensibles a la luz, por lo que en condiciones pobres de iluminación se comportan mucho mejor. Esto se debe principalmente a que los amplificadores de señal se encuentran en la propia celda, por lo que hay un menor consumo a igualdad de alimentación. Todo lo contrario que ocurría en los CCD.
En cuanto a la velocidad, el CMOS es claramente superior al CCD debido a que todo el procesado se realiza dentro del propio sensor, ofreciendo mayor velocidad. Es esta una de las principales razones por las que Casio empezó a imponer los sensores CMOS en sus cámaras y por la cual éstas permiten grabar vídeos a velocidades de hasta 1000 fps.
Otro aspecto en el que los sensores CMOS son superiores a los CCD es en el blooming. Este fenómeno se produce cuando un píxel se satura por la luz que incide sobre él y a continuación empieza a saturar a los que están a su alrededor. Aunque este defecto puede subsanarse gracias a algunos trucos en la construcción, en el caso de los CMOS nos olvidamos del problema.
Conclusiones
Entonces, ¿por qué si los sensores CMOS tienen menor calidad de imagen se están empezando a implantar en las réflex? En realidad no tienen peor calidad de imagen. En sus inicios eran algo peores que los CCD, pero hoy día es un mal que está prácticamente subsanado. La tecnología CCD ha llegado a su límite y es ahora cuando se está desarrollando la CMOS.
Fue por ello por lo que el CMOS empezó a implementarse en las cámaras de gama baja compactas, donde la baja calidad no era un gran problema. Ha sido tras la evolución de la tecnología cuando se ha empezado a implementar en cámaras réflex.
Además, gracias al CMOS conseguimos cámaras con una velocidad de ráfaga más alta, precios más bajos y mayor autonomía en las baterías. Así que no cabe lugar a dudas de que el futuro se llama CMOS
Vía | Neoteo
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halfaman
Este artículo tiene bastantes inexactitudes y el algún que otro error grave de concepto.
1. Celda y Pixel... ... no son lo mismo. Las celdas de un sensor CCD o CMOS son dispositivos físicos que reaccionan ante la luz visible y almacenan la información en forma de carga eléctrica y están distribuidas siguiendo el patrón de máscara de Bayer. Los valores de estas celdas se combinan a través de un proceso llamado "demosaicing" ("desentramado") para crear una imagen digital. Este proceso se hace bien en la propia cámara (jpeg) o en el ordenador (raw).
Cada pixel (aquí sí) de la imagen generada contiene una información de color, que es resultado de la lectura combinada de 4 celdas. Como para obtener un pixel hay que combinar varias celdas, el número de celdas es siempre superior al de pixeles. A modo de ejemplo, una matriz 4x4 celdas da generalmente como resultado una imagen de 3x3 píxeles.
2. CCD Vs CMOS La lectura en los sensores CCD es secuencial. Según el esquema del artículo, cada celda de la primera fila descarga su carga en el registro vertical para crear una imagen en el registro horizontal. El contenido del registro se pasa al amplificador donde se convierte en un voltaje adecuado, se amplifica y finalmente se digitaliza y se almacena en memoria. Así sucesivamente cada fila hasta haber volcado la información de todas las filas.
En los CMOS, cada celda tiene su propia etapa de conversión a voltaje y el acceso a cada fila sigue un esquema distinto al CCD y es mucho más rápido. Los pasos siguiente son similares al CCD.
3. Ventajas más de CMOS Vs CCD - Lectura más rápida. - Proceso de fabricación más barato. - Diseño fácilmente escalable: Mucho más sencillo diseñar sensores CMOS de cualquier resolución que CCD. - Capacidad de integración: Más alta. Puede llegar a incluirse dentro del mismo circuito hasta el conversor A/D, cosa que en los CCD no se puede (el amplificador y el conversor están fuera del sensor). - Menor consumo: Menores voltajes necesarios y elementos de consumo más reducido. - Inmune al "blooming": Saturación de una celda que afecta a las adyacentes, lo que aumenta la superficie quemada en la imagen frente a la real. Farolas, el sol, y cualquier fuente de luz son susceptibles de este efecto que se observa como una aureola de intensidad y tamaño variable.
4. Desventajas de CMOS Vs CCD - Menos cantidad de luz por celda: Hay mucha electrónica junto a cada celda que obstaculiza el paso de luz debido a la amplificación. - Mayor ruido: Los diferentes amplificadores por celda tienen necesariamente pequeñas diferencias en su funcionamiento. Resulta más difícil establecer un patrón de ruido suficientemente bueno a eliminar en la conversión A/D. En los CCD sólo hay un amplificador cuyo ruido introducido en la señal es conocido. - Menor uniformidad: Diferentes intensidades para la misma luminosidad en distintas celdas. Igual que antes, debido a los diferentes amplificadores por celda. - Obturación electrónica compleja: Todos los CCD pueden elegir cuando exponen y cuando no lo hacen sin mayor dificultad. En los CMOS el proceso es más complejo y es costa de electrónica adicional que disminuye aun más la cantidad de luz por celda.
Jonathan López
En mi opinion la tecnologia ccd no esta agotada ni mucho menos solo hay que ver marcas como leica que todavia incluyen este tipo de sensores (la S2 incluye un sensor CCD de 37,5 megapixels )aunque claro si hablamos de dinero y el CMOS es mas economico ofreciendo lo mismo o incluso mas es obvio que se desarrolle esta tecnologia antes que seguir adentrandose en la CCD. Pero esto de la tecnologia es así tan pronto se decantan por uno como por otro quien sabe igual dentro de algún tiempo igual se vuelve al CCD. Al final es vender.
Jonathan López
Halfman eres un crack
charli_htp
¡Felicidades, gran artículo!
Oscar Sterling
Bueno pienso que la batalla ahora de los sensores, ya es por la misma economía, y sus prestaciones por supuesto, me quedo mil veces con el sensor CMOS tengo mi camara con un sensor CMOS y me va super bien, en ocasiones donde la luz es casi nula,( y me refiero de 0 a 100, la luz es de 0.5 ) mi sensor a bajas velocidades se comporta divinamente, incluso a ISO alto la granulación es mínima, casi que inexistente, creo que la han apostado toda a los sensores CMOS, para mi ha sobrepasado toda una vida al CCD. Asi como dice en el post, el futuro espera por el CMOS
julio.bobadilla.5872
Es una buena explicacion para el caso de fotografias. Pero yo no entiendo porque esa "fiebre" de usar cmos en camaras de video,cuando todos sabemos que el famoso efecto rolling shutter o efecto "jalea" arruina totalmente a una imagen, cosa que no ocurre con el ccd. Debe ser para bajar precios, la unica explicacion posible, pero a costa de tener una imagen impresentable.
Dicen los que saben que este problema ocurre solamente en las tomas de accion, pero digo yo que trabajo en sociales. Acaso los movimientos de un baile en una fiesta, no se lo toma como tomas de accion?