Photomaniacs.ro
Tutoriale » Detalii
Senzorul camerei foto: CCD vs. CMOSSenzorul camerei foto: CCD vs. CMOS

Toti utilizatorii acestui site folosesc camere foto, insa electronica din interiorul aparatului este un subiect mai putin cunoscut.

Complexitatea modulului de focusare, a celui de masurare si a senzorului deseori sunt mai greu de inteles. Vom incerca in acest site sa abordam si astfel de subiecte tehnice care sa ofere fotografilor o noua perspectiva asupra “uneltelor” pe care ei le folosesc aproape zilnic.

Senzorul camerei foto este un dispozitiv electronic care transforma lumina in semnal electric.In principal, el poate fi de doua tipuri: CCD sau CMOS.

Poate ati observat ca in ultimii ani, producatorii de camere foto au migrat de la productia in masa a senzorilor CCD la productia senzorilor CMOS. Mai jos, dupa ce veti citi diferentele dintre cei doi senzori, veti intelege motivul.

In lume sunt doi mari producatori de senzori pentru aparate foto destinate publicului larg: Sony (care echipeaza atat camerele proprii cat si ale altor companii cum ar fi Nikon) si Canon(care echipeaza propriile camere compacte sau DSLR).
Canon a luat decizia de a inlocui senzorii CCD acum multi ani si a investit sume mari de bani pentru dezvoltarea tehnologica a noilor senzori CMOS. Aceasta mutare inteleapta la vremea respectiva i-a permis ocuparea unui loc fruntas mai ales in gama DSLR-urilor, camerele foto Canon remarcandu-se prin imagini cu zgomot redus la sensibilitati mari ale ISO-ului. In prezent, cele doua tipuri de senzori se fabrica in paralel, senzorii CCD fiind utilizati cu precadere in camerele compacte, iar senzorii CMOS in aparatele foto DSLR.

In viitorul apropiat se prevede o inlocuire a senzorilor CCD din camerele compacte avansate cu senzori CMOS pentru imagini de calitate la ISO mare.

Dar se vedem care sunt diferentele dintre aceste doua tipuri de senzor.
Desi viitorul pare a senzorilor CMOS, senzorul CCD are cateva avantaje incontestabile:
- Daca comparam exclusiv arhitectura interna a senzorilor, cei de tip CCD creaza imagini cu mai putin zgomot, iar vechimea acestora arata ca tehnologia realizarii lor este suficient de matura pentru a fi utilizati in aplicatii stiintifice importante.
- Senzorii CCD sunt mai eficienti in convertirea luminii(fotonilor) in semnal electric

Problema cu acesti senzori consta in faptul ca se incalzesc extrem de usor. Incalzirea se produce in cazul unei expuneri prelungite (exemplu imagini de noapte in care senzorul este expus la lumina timp de 30 secunde sau chiar cateva minute). Aceasta incalzire conduce la aparitia zgomotului. Bazandu-se pe raportul bun de conversie a luminii in electroni, pe care senzorii CCD il au, in aplicatii stiintifice in care precizia si acuratetea rezultatelor este esentiala, s-au folosit si inca se folosesc senzori CCD, care, pentru micsorarea zgomotului si pentru imbunatatirea senzitivitatii la niveluri scazute de lumina, sunt raciti in camere speciale cu azot lichid.
De exemplu, in astronomie exista camere dedicate care folosesc senzori CCD raciti cu azot lichid si care au o sensibilitate mult crescuta fata de cei mai buni senzori actuali din camerele foto DSLR profesionale.
Cu ajutorul unor astfel de senzori s-au creat cele mai performante camere astronomice existente. Este vorba de cele montate pe telescopul spatial HUBBLE, care, dupa ce au fotografiat prin expuneri extrem de lungi(zile) mici zone din univers ce pareau complet negre(si fara materie) , au creat uimire in comunitatea stiintifica, aratand ca, de fapt, respectivul colt de univers era plin de galaxii aflate in plina evolutie.

De asemenea si camerele profesionale de format mare folosesc senzori CCD de inalta calitate, ajungand sa depaseasca 50 MP, insa sensibilitatea ISO este, de obicei, limitata la 800. Calitatea imaginilor acestor senzori pofesionali CCD, la iso mic, este net superioara chiar si senzorilor FullFrame CMOS atat prin acuratetea culorilor si multitudinea detaliior dar mai ales prin gama dinamica de nuante prezenta in imagine(Dynamic range).

Dar daca senzorul CCD are atatea avantaje si este folosit in aplicatii stiintifice sau in cele militare (vedere nocturna), de ce marile companii, totusi, inlocuiesc acesti senzori cu cei CMOS ?
Desi senzorul CMOS este mai zgomotos decat cel CCD, designul acestui tip de senzor permite implementarea in senzor a unor circuite de control al zgomotului mai performante. In final, datorita acestor mici "siretlicuri" electronice, raportul semnal/zgomot final ajunge sa fie similar cu raportul semnal/zgomot al unui senzor CCD de inalta calitate.
In plus senzorul CMOS consuma mai putina electricitate decat cel CCD, si se incalzeste mai putin in cazul expunerilor prelungite. Consumand mai putin curent, inseamna ca se pot realiza mai multe imagini cu aceasi baterie.
Un alt avantaj este ca, desi arhitectura unui senzor CMOS este complicata si necesita un cost ridicat de productie, in cazul realizarii automatizate a unui numar foarte mare de astfel de senzori, pretul ajunge sa fie rezonabil.

Evident, cu cat creste dimensiunea senzorului, cu atat si pretul este mai ridicat. Din acest motiv, un senzor fullframe este mai scump (dar si mai performant) decat unul de tip APS-C(cu factor de crop 1.6 – Canon sau unul cu crop 1.5-Nikon).

In zilele noastre senzorul nu mai este suficient pentru realizarea unor imagini de calitate. Asa cum am aratat mai sus, senzorul este doar unul din elementele necesare obtinerii unui raport semnal/zgomot eficient.
Cel putin teoretic, cu cat un senzor este mai mare si are o densitate mai mica de puncte, cu atat inseamna ca punctul (pixelul) din senzor care capteaza lumina este mai mare si deci pe el exista o cantitate mai mare de lumina pe care acesta o preia si o transforma in semnal electric...deci este mai sensibil la lumina.

In ultimii ani, Canon a reusit sa elimine spatiul care apare intre aceste puncte si astfel a "ingramadit" pe aceasi suprafata mai multi pixeli, astfel ajungand la rezolutii record: 15 MP in Canon 50D si 18 MP in Canon 7D. Desi densitatea acestor senzori este foarte mare zgomotul a fost mentinut in limite acceptabile(trebuie vazut daca acest lucru s-a reusit si in cazul lui Canon 7D abia lansat).

Alti parametrii care influenteaza calitatea imaginii sunt: modul de implementare a circuitelor de filtrare a zgomotului, calitatea microlentilelor si circuitelor electronice pentru citirea si prelucrarea semnalului si nu in utimul rand algoritmii implementati in procesorul de imagine. Un exemplu relevant este oferit de Nikon, care desi in anumite aparate utilizeaza senzori realizati de Sony, a reusit sa extraga un raport semnal/zgomot mai bun decat producatorul senzorilor datorita electronicii si algoritmilor folositi in procesare.

In prezent, in camerele DSLR de top, Canon a fost putin devansat de Nikon din punct de vedere al calitatii imaginii finale la ISO mare. Astfel, Nikon a reusit cu un senzor de dimensiuni mari (FullFrame) si neingramadind prea multi pixeli (doar 12 MP) sa realizeze un senzor excelent care echipeaza camerele Nikon D700 si Nikon D3.
Interesant in competitia celor doua mari firme este ca, din timp in timp, stacheta este ridicata de una dintre companii, apoi cealalta companie lanseaza un model revolutionar de aparat si detine suprematia cativa ani la rand. Aceasta alternanta in topul realizarii camerelor foto DSLR este extrem de benefica pentru cumparator. De asemenea, in prezent competitia devine si mai acerba, datorita lansarilor multiple pe piata DSLR-urilor din partea celui de-al 3-lea mare jucator, gigantul Sony.

Dar sa revenim la calitatea imaginilor ... comparatia imaginilor dintre doi senzori se realizeaza in doua moduri:
- a) la nivel de pixel
- b) la nivel de imagine intreaga

a) La nivel de pixel: desi imaginile pot avea dimensiuni diferite, cele 2 imagini se privesc la dimensiunea originala (ca si cum am vedea un crop 100%) si se analizeaza calitata pixelilor si nivelul de zgomot.
b) La nivel de imagine intreaga(sau la nivel de print final): imaginea mai mare este micsorata astfel incat sa ajunga la dimensiunea imaginii mai mici. Apoi cele doua poze sunt comparate.

Din punct de vedere al comparatiei la nivel de pixel, senzorii de 12 MP din Nikon D3/D700 sunt in varful ierarhiei. Insa, daca se compara la nivel de imagine intreaga cu un Canon 5D Mark II, care dispune de 21 MP, se va vedea ca, odata ce imaginile sunt aduse la aceleasi dimensiuni, Canon 5D Mark II ofera detalii suplimentare.

Probabil inginerii sunt mai mult interesati de comparatia la nivel de pixel care arata exact calitatea raportului semnal/zgomot, iar fotografii de cum arata printul final.

Desi nu suntem "fani ai rezolutiei" in exces, trebuie sa recunoastem ca, in cadrul unui print de dimensiuni mari(peste A3), rezolutia conteaza.

Opinia noastra se rezuma la ideea urmatoare: in prezent, senzorii beneficiaza de suficienta rezolutie si foarte putini realizeaza printuri de dimensiuni peste A3/A2, iar progresul ar trebui sa se axeze pe imbunatatirea gamei dinamice, a acuratetii culorilor, a balansului de alb in lumina incandescenta si in obtinerea unor imagini clare la sensibilitati mari ale ISO-ului sau la expuneri prelungite.
Insa megapixelii vand produsele ... Multe persoane, inainte de achizitionarea unui aparat intreaba: "dar…cati megapixeli are ?"

Prin acest articol incercam sa aratam ca megapixelii nu mai sunt importanti in ziua de azi, iar ceea ce conteaza este mai mult calitatea finala a imaginii(o imagine clara), calitate influentata de un sistem de focus eficient, de un sistem de masurare a expunerii corect, de un body rezistent si ergonomic si mai ales de un obiectiv de calitate manuit de un fotograf cu experienta.