Яка різниця між датчиками зображення CCD та CMOS?

Я продовжую читати статті про сенсори зображень CCD проти CMOS. У чому різниця між цими двома видами? Що саме роблять ці датчики щодо фотографії?

Чи зможе камера на основі CCD мати можливість змагатися в майбутньому? Якщо я куплю його, чи можу я розраховувати на його використання протягом декількох років або було б краще оновити до камери з датчиком на основі CMOS?

Обидві технології служать одній і тій же цілі: відібрати та записати, скільки світла потрапляє на кожен піксель. Вони просто працюють по-різному для досягнення цієї мети. Пікселі на ПЗЗ не містять активної схеми, а лише невеликий «ємнісний бункер», який пасивно зберігає заряд, доки він не може бути зміщений до наступного бункера, а в кінцевому підсумку відключити датчик і прочитати схемою. Датчик CMOS - це в основному датчик великої інтегральної мікросхеми, і він включає невелику активну ланцюг, що включає транзистори в межах кожного пікселя, тому кожен піксель здатний активно вимірювати і підтримувати заряд, що його вражає, а не просто пасивно утримувати заряд, поки він не стане зміщений для читання.

У обох є сильні та слабкі сторони - деякі з них включають режим відео (або режим перегляду в прямому ефірі).

• Вертикальна смуга

  У режимі прямого перегляду або відеозображення сенсори CCD демонструють вертикальну смугу, де яскраві точки світла у кадрі, навіть на краю, можуть створювати вертикальну яскраву лінію зверху до нижньої частини кадру. Це викликано струмом від одного «пікселя», що протікає з одного пікселя, і протікає через весь рядок. Зауважте, що професійні відеокамери, які використовують CCD сенсори (і коштують тисячі доларів), мають схему, щоб мінімізувати це. Крім того, при використанні для фотозйомок, тобто не в режимі прямого перегляду / відео, CCD-апарати працюють в іншому режимі, який не піддається вертикальному прошиванню.

  Датчики CMOS взагалі не демонструють смугастість, оскільки кожен піксель має власну схему, ізольовані від інших пікселів.

• Ролети

  Датчики CMOS демонструють ефект затвора в режимі перегляду в прямому ефірі чи відео, або в будь-який час вони не використовують фізичний, механічний затвор. Замість того, щоб зафіксувати весь кадр одразу, інформація зчитується з кожного рядка кадру одна за одною. Час, який забирає цей час, варіюється в залежності від камер, але 1/30 або 1/60 були б типовими тривалістю для повного зчитування датчика (з повною роздільною здатністю). Це створює ефект, що нагадує стукіт у записуваному відео, коли камера знаходиться в руці або рухається багато, або навіть у нерухомих фотографіях, при використанні електронного затвора (для повністю безшумної роботи).

  CMOS-датчики, спеціально розроблені для забезпечення зйомки відео з високою швидкістю кадрів (наприклад, 120 кадрів в секунду або більше), демонструватимуть менший ефект затвора. Крім того, запуск датчика з меншою, ніж повною роздільною здатністю (наприклад, запис 1080p на датчику замість 4K) може переключити датчик на швидший режим зчитування і, отже, мати менший ефект затвора.

  CCD не страждає від ефекту прокатки.

• Шум / якість взагалі

  Хоча раніше був якісний компроміс у CMOS, це зараз незначно і навіть може змінитися. Безумовно, для великих датчиків (DX, 4/3, FF) практично немає різниці, окрім лише індивідуальних відмінностей завдяки конструкції датчика. Технологія CMOS швидко рухається, а якість зображення покращується, особливо з невеликими датчиками, такими, як у смартфонів.

  Для дуже маленьких датчиків, таких як компактні камери та смартфони, CMOS-датчики використовували погану чутливість, внаслідок чого пікселі були такими маленькими щодо розміру схеми на них. Однак вдосконалення процесів виготовлення та нова технологія під назвою "Заднє бокове освітлення" (BSI) протидіяли цьому.

Професійні фотокамери сьогодні все частіше використовують датчики CMOS, а CMOS-датчики, які ви знайдете в них, принаймні рівні за своїми характеристиками, ніж їх двоюрідні родичі ПЗС. Так трапляється, що на даний момент технологія CMOS швидко рухається, і багато з найкращих датчиків у ці дні є CMOS. Якщо не знімати відео, немає жодної причини вибирати камеру на основі наявності сенсора CCD або CMOS.

Не турбуйтеся про сенсорну технологію, це, мабуть, найменш важливе, що слід враховувати, приймаючи рішення про комплект обладнання. Було б як подумати про те, чи чорно-білий фільм Кодака чи Фуджі є "найкращим", не враховуючи камеру, в якій ви будете використовувати його, об'єктиви, які ви збираєтеся використовувати, або ваші навички фотографа.

Думайте, скло, а не датчик.

ПЗЗ можуть мати "електронні стулки"; їх можна електронно "вимкнути" до закриття механічного затвора.

За допомогою цієї функції можна досягти більш високих швидкостей синхронізації спалаху. Наприклад, Nikon D70s та його електронно-закритий CCD можуть синхронізуватися на частоті 1/500.

CMOS-датчики, як правило, не можуть цього зробити, тому вони обмежуються тим, наскільки швидко механічний затвор може закритися. Наприклад, Nikon D90 має максимальну швидкість синхронізації спалаху 1 / 250s.

Принцип роботи однаковий в обох системах.

Світло перетворює електрони в кремній «ковзаючи», а кремній травлюється таким чином, що тремтіння змушує ці електрони рухатися в тому ж напрямку. Цей процес такий же, як і у сонячних батарей.

Коли зображення "зчитується" з датчика, кожен піксель вимірює заряд (як це відбувається різниться між двома), використовуючи аналоговий> цифровий (AD) перетворювач, і ці значення представляють рівні світла, які складають зображення.

Що розбиває CCD та CMOS, це те, що матеріали та конструкція відрізняються. Це впливає на те, як вони використовуються на практиці у фотографії. CMOS-датчики можуть бути випущені майже в будь-якому ливарному виробництві чіпів, де для CCD потрібен індивідуальний VLSI-процес, який може робити лише чіпи CCD.

Обидві системи мають риси, що дають їм певну перевагу на папері. За винятком деяких конкретних завдань (наприклад, астрофотографії) важко сказати, що в даний час або одне насправді краще, ніж інше. Датчики CMOS дешевші / простіші у виробництві, легше отримують переваги від інших досягнень у створенні мікросхем, дозволяють паралельно проводити зчитування та використовувати менше енергії. CCD залишає більше доступного для фотосайту та кращі шумові характеристики, але повинен читати по черзі, що уповільнює обробку. В даний час серед чіпів просування серед чіпів CMOS має перевагу у фотографії сьогодні, і, ймовірно, поки що.

Існує більше відмінностей між CMOS та CCD. Датчики CMOS значно дешевші, ніж сенсори CCD.
Виробити CMOS-сенсор набагато дешевше, а потім виготовити непростий для виготовлення сенсор CCD.
Датчик CMOS споживає менше енергії, ніж сенсор CCD, що добре для вашого акумулятора та перегріву.
Крім того, ви можете інтегрувати набагато більше функцій в єдиний чіп CMOS, що дозволяє виробникам зменшувати кількість мікросхем у своїх камерах. Наприклад, захоплення та обробку зображень можна інтегрувати в одну мікросхему, що зменшує витрати.