В чем разница между CCD и CMOS сенсорами изображения?

Question

Я продолжаю читать статьи о CCD против CMOS датчиков изображения. В чем разница между этими двумя типами? Что именно эти датчики делают с точки зрения фотографии?

Сможет ли CCD-камера конкурировать в будущем? Если я куплю один, могу ли я рассчитывать на его использование в течение нескольких лет или было бы лучше перейти на камеру с сенсором на основе CMOS?

Answer 1

Обе технологии служат одной и той же цели: отобрать и записать, сколько света попало на каждый пиксель. Они просто работают по-другому, чтобы достичь этой цели. Пиксели на ПЗС-матрице не содержат активных схем, а представляют собой небольшой «емкостной блок», который пассивно хранит заряд до тех пор, пока он не может быть смещен вдоль следующего блока, и, в конце концов, отключен от датчика и затем считан схемой. Датчик CMOS - это в основном датчик большой интегральной схемы, включающий в себя небольшую активную схему, включающую транзисторы в пределах каждого пикселя, поэтому каждый пиксель способен активно измерять и поддерживать ударный заряд, а не только пассивно удерживая заряд, пока он не будет снят для чтения.

Оба имеют свои сильные и слабые стороны - некоторые из лучших включают видео режим (или режим просмотра в реальном времени).

• Вертикальные полосы

  В режиме просмотра в реальном времени или в режиме видео на ПЗС-сенсорах наблюдаются вертикальные полосы, при которых яркие точки света в кадре, даже на краю, могут создавать вертикальную яркую линию сверху вниз. Это вызвано тем, что ток одного пикселя «переполняется» и протекает по всему ряду. Обратите внимание, что профессиональные видеокамеры, которые используют датчики CCD (и стоят тысячи долларов), имеют схему, чтобы минимизировать это. Кроме того, при использовании для фотоснимков, то есть не в режиме просмотра в реальном времени / видео, ПЗС-матрицы работают в другом режиме, который не подвержен вертикальным прожилкам.

  КМОП-сенсоры не имеют разводов вообще, поскольку каждый пиксель имеет свою собственную схему, изолированную от других пикселей.

• Рольставни

  КМОП-датчики демонстрируют эффект скользящего затвора в режиме просмотра в реальном времени или в режиме видео, а также в любое время, когда они не используют физический механический затвор. Вместо захвата всего кадра сразу, информация читается из каждой строки кадра один за другим. Время, которое это занимает, варьируется в зависимости от камеры, но 1/30 с или 1/60 с будет типичной продолжительностью для полного считывания датчика (с полным разрешением). Это создает желеобразный эффект колебания в записанном видео, когда фотокамера держится в руке или много двигается, или даже в неподвижных местах, при использовании электронного затвора (для полностью бесшумной работы).

  КМОП-датчики, специально предназначенные для захвата видео с высокой частотой кадров (например, 120 кадров в секунду или более), будут демонстрировать меньший эффект скользящего затвора. Кроме того, работа датчика с разрешением ниже полного (например, запись 1080p на датчик вместо 4K) может переключить датчик в более быстрый режим считывания и, следовательно, иметь меньший эффект скользящего затвора.

  ПЗС не страдает от эффекта скользящего затвора.

• Шум / качество в целом

  Хотя раньше в CMOS существовал качественный компромисс, сейчас он незначителен и, возможно, даже изменился. Конечно, для больших датчиков (DX, 4/3, FF) нет практической разницы, кроме индивидуальных различий, связанных с конструкцией датчика. Технология CMOS быстро развивается, и качество изображения улучшается, особенно с небольшими сенсорами, например, используемыми в смартфонах.

  Для очень маленьких датчиков, таких как компактные камеры и смартфоны, КМОП-датчики раньше имели более низкую чувствительность, в результате чего пиксели были настолько малы по сравнению с размером схемы на них. Тем не менее, усовершенствования процессов изготовления и новая технология, называемая «задняя боковая подсветка» (BSI), противостоят этому.

В наши дни профессиональные фотоаппараты все чаще используют КМОП-датчики, а КМОП-сенсоры, которые вы найдете в них, по крайней мере равны по производительности своим двоюродным братьям ПЗС. Так получилось, что в настоящее время технология CMOS быстро развивается, и многие из лучших датчиков в настоящее время являются CMOS. Если только вы не снимаете видео, нет причин выбирать камеру в зависимости от того, есть ли у нее датчик CCD или CMOS.

Answer 2

ПЗС могут иметь «электронные жалюзи»; они могут быть «отключены» электронным способом до закрытия механического затвора.

С помощью этой функции вы можете добиться более высокой скорости синхронизации вспышки. Например, Nikon D70s и его CCD с электронным затвором могут синхронизироваться со скоростью 1/500 с.

КМОП-датчики обычно не могут этого сделать, поэтому они ограничены тем, насколько быстро может закрыться механический затвор. Например, Nikon D90 имеет максимальную скорость синхронизации вспышки 1/250 с.

Answer 3

Не беспокойтесь о сенсорной технологии, это, вероятно, наименее важная вещь, которую следует учитывать при выборе комплекта оборудования. Это все равно, что думать о том, является ли черно-белая пленка Kodak или Fuji «лучшей», без учета камеры, в которой вы собираетесь ее использовать, объективов, которые вы собираетесь использовать, или ваших навыков фотографа

Думаю, стекло, а не датчик.

Answer 4

Принцип работы одинаков в обеих системах.

Свет заставляет электроны в кремнии "колебаться", а кремний вытравливается таким образом, что колебание заставляет эти электроны двигаться в одном направлении. Этот процесс такой же, как и в солнечных панелях.

Когда изображение «считывается» с датчика, для каждого пикселя измеряется заряд (как это происходит, отличается между двумя) с использованием аналогового> цифрового (AD) преобразователя, и эти значения представляют уровни освещенности, которые составляют изображение .

Что разделяет CCD и CMOS, так это то, что материалы и конструкция различаются. Это влияет на то, как они используются на практике в фотографии. КМОП-датчики можно запекать практически на любом заводе по производству микросхем, где для ПЗС требуется специализированный процесс СБИС, который может только производить ПЗС-чипы.

Обе системы имеют черты, которые дают им некоторое преимущество на бумаге. За исключением некоторых конкретных задач (например, астрофотографии), трудно сказать, что в настоящее время одно из них на самом деле лучше другого. КМОП-датчики дешевле / проще в изготовлении, легче извлекают выгоду из других достижений в производстве микросхем, обеспечивают параллельное считывание и используют меньше энергии. CCD оставляет больше места для фотосайта и улучшает шумовые характеристики, но должен читать построчно, что замедляет обработку. В настоящее время прогресс в чипе означает, что CMOS сегодня имеет преимущество в фотографии и, вероятно, пока что.

Answer 5

Есть больше различий между CMOS и CCD. КМОП-датчики намного дешевле, чем ПЗС-датчики.
Гораздо дешевле изготовить КМОП-датчик, а затем создать ПЗС-сенсор.
КМОП-датчик потребляет меньше энергии, чем ПЗС-датчик, что хорошо для вашей батареи перегревание.
Кроме того, вы можете интегрировать гораздо больше функций в один чип CMOS, что позволяет производителям сократить количество чипов в своих камерах. Например, захват и обработка изображений могут быть интегрированы в один чип, что снижает затраты.