Jaka jest różnica między matrycami CCD i CMOS?

Ciągle czytam artykuły o matrycach CCD vs CMOS. Jaka jest różnica między tymi dwoma typami? Co dokładnie robią te czujniki w zakresie fotografii?

Czy kamera z matrycą CCD będzie mogła konkurować w przyszłości? Jeśli go kupię, czy mogę liczyć na jego używanie przez kilka lat, czy lepiej byłoby uaktualnić go do aparatu z matrycą CMOS?

Obie technologie służą temu samemu celowi: próbkowanie i rejestrowanie ilości światła padającego na każdy piksel. Po prostu działają inaczej, aby osiągnąć ten cel. Piksele na matrycy CCD nie zawierają aktywnego obwodu, tylko mały „pojemnik pojemnościowy”, który pasywnie przechowuje ładunek, dopóki nie będzie można go przesunąć do następnego pojemnika, a następnie w końcu wyłączyć czujnik i odczytać przez obwód. Czujnik CMOS jest zasadniczo czujnikiem na dużym układzie scalonym i zawiera mały aktywny obwód zawierający tranzystory w każdym pikselu, dzięki czemu każdy piksel jest w stanie aktywnie mierzyć i utrzymywać ładunek uderzający w niego, a nie tylko biernie utrzymywać ładunek, dopóki nie zostanie przesunięty do czytania.

Oba mają mocne i słabe strony - niektóre z najlepszych dotyczą trybu wideo (lub trybu podglądu na żywo).

• Pionowe smugi

  W trybie podglądu na żywo lub w trybie wideo czujniki CCD wykazują pionowe smugi, w których jasne punkty światła w kadrze, nawet na brzegu, mogą tworzyć pionową jasną linię od góry do dołu ramki. Jest to spowodowane prądem z jednego „piksela”, który „przepełnia się” i przecieka przez cały rząd. Należy pamiętać, że profesjonalne kamery wideo, które wykorzystują czujniki CCD (i kosztują tysiące dolarów) mają obwody, aby to zminimalizować. Również w przypadku zdjęć, tj. Nie w trybie podglądu na żywo / wideo, matryce CCD działają w innym trybie, który nie jest podatny na pionowe smugi.

  Czujniki CMOS w ogóle nie wykazują smug, ponieważ każdy piksel ma własny obwód izolowany od innych pikseli.

• Roleta

  Czujniki CMOS wykazują efekt migawki w trybie podglądu na żywo lub w trybie wideo lub za każdym razem, gdy nie używają fizycznej, mechanicznej migawki. Zamiast przechwytywać całą ramkę naraz, informacje są odczytywane z każdego wiersza ramki jeden po drugim. Czas ten jest różny dla różnych kamer, ale 1/30 s lub 1/60 s to typowe czasy trwania pełnego odczytu czujnika (przy pełnej rozdzielczości). Powoduje to galaretowaty efekt kołysania się podczas nagrywania wideo, gdy aparat jest trzymany w ręku lub dużo się porusza, a nawet podczas robienia zdjęć przy użyciu elektronicznej migawki (dla całkowicie cichej pracy).

  Czujniki CMOS zaprojektowane specjalnie, aby umożliwić przechwytywanie wideo z dużą liczbą klatek na sekundę (np. 120 klatek na sekundę lub więcej), będą miały mniejszy efekt migawki. Ponadto uruchomienie czujnika w rozdzielczości niższej niż pełna (np. Nagrywanie 1080p na matrycy zamiast 4K) może przełączyć czujnik w tryb szybszego odczytu, a zatem mieć mniejszy efekt migawki.

  CCD nie odczuwa efektu rolety.

• Hałas / jakość ogólnie

  Podczas gdy w CMOS występował kompromis jakościowy, obecnie jest on nieistotny, a nawet mógł zostać odwrócony. Z pewnością w przypadku dużych czujników (DX, 4/3, FF) nie ma praktycznej różnicy poza pojedynczymi różnicami ze względu na konstrukcję czujnika. Technologia CMOS szybko się rozwija, a jakość obrazu poprawia się, szczególnie w przypadku małych czujników, takich jak te stosowane w smartfonach.

  W przypadku bardzo małych czujników, takich jak aparaty kompaktowe i smartfony, czujniki CMOS miały mniejszą czułość, co spowodowało, że piksele były tak małe w stosunku do wielkości obwodów na nich. Przeciwdziałały temu jednak usprawnienia procesów produkcyjnych i nowa technologia o nazwie „Back Side Illumination” (BSI).

Profesjonalne aparaty fotograficzne coraz częściej używają obecnie czujników CMOS, a czujniki CMOS, które w nich znajdziesz, są co najmniej równe pod względem wydajności względem swoich kuzynów CCD. Zdarza się, że technologia CMOS porusza się obecnie szybko i wiele z najlepszych czujników w dzisiejszych czasach to CMOS. O ile nie kręci się wideo, nie ma powodu, aby wybierać kamerę na podstawie tego, czy ma ona matrycę CCD czy CMOS.

Nie martw się technologią czujników, jest to prawdopodobnie najmniej ważna rzecz do rozważenia przy podejmowaniu decyzji o zestawie sprzętu. To tak, jakby zastanowić się, czy czarno-biały film Kodak lub Fuji jest „najlepszy”, bez uwzględnienia aparatu, w którym zamierzasz go używać, obiektywów, których będziesz używać, ani swoich umiejętności fotograficznych.

Pomyśl o szkle, a nie o czujniku.

CCD mogą mieć „elektroniczne okiennice”; można je elektronicznie „wyłączyć” przed zamknięciem mechanicznej migawki.

Dzięki tej funkcji możesz osiągnąć wyższe prędkości synchronizacji lampy błyskowej. Na przykład Nikon D70s i elektronicznie zamykana matryca CCD mogą synchronizować się z częstotliwością 1 / 500s.

Czujniki CMOS zazwyczaj tego nie potrafią, więc są ograniczone do szybkości zamykania mechanicznej migawki. Na przykład Nikon D90 ma maksymalną synchronizację błysku wynoszącą 1 / 250s.

Zasada działania jest taka sama w obu systemach.

Światło sprawia, że ​​elektrony w krzemie „poruszają się”, a krzem jest wytrawiany w taki sposób, że poruszenie powoduje, że elektrony poruszają się w tym samym kierunku. Ten proces jest taki sam jak w panelach słonecznych.

Kiedy obraz jest „odczytywany” z czujnika, każdy piksel mierzy ładunek (jak to się różni między nimi) za pomocą analogowego> cyfrowego (AD) konwertera, a te wartości reprezentują poziomy światła, z których składa się obraz.

CCD i CMOS dzieli to, że materiały i konstrukcja różnią się. Ma to wpływ na ich wykorzystanie w praktyce w fotografii. Czujniki CMOS można wypalać w niemal każdej odlewni układów, w których CCD wymagają dostosowanego procesu VLSI, który może produkować tylko układy CCD.

Oba systemy mają cechy, które dają im przewagę na papierze. Z wyjątkiem niektórych konkretnych zadań (na przykład astrofotografii) trudno powiedzieć, że jedno z nich jest w rzeczywistości lepsze od drugiego. Czujniki CMOS są tańsze / łatwiejsze w produkcji, łatwiej korzystają z innych osiągnięć w tworzeniu układów, pozwalają na równoległe odczyty i zużywają mniej energii. CCD pozostawia więcej miejsca dla strony zdjęciowej i lepszą charakterystykę szumów, ale musi czytać linia po linii, co spowalnia przetwarzanie. Obecnie postępy układu oznaczają, że CMOS ma dziś przewagę w fotografii i na razie jest prawdopodobne.

Istnieje więcej różnic między CMOS i CCD. Czujniki CMOS są znacznie tańsze niż czujniki CCD.
O wiele taniej jest wyprodukować czujnik CMOS, a następnie wyprodukować trudny do wykonania czujnik CCD.
Czujnik CMOS zużywa mniej energii niż czujnik CCD, co jest dobre dla żywotności baterii i przegrzania.
Ponadto możesz zintegrować znacznie więcej funkcji w jednym układzie CMOS, co pozwala producentom zmniejszyć liczbę układów w swoich aparatach. Na przykład przechwytywanie i przetwarzanie obrazu można zintegrować w jednym układzie, co zmniejsza koszty.