Cultureta por la jeta

Quién no ha oido hablar de alguno de estos términos?

Este post va dirigido para aquellos que sientan el gusanillo de conocer algo más sobre estas tecnologías, tan parejas por una parte y tan diferentes por otra.

El elemento básico de una cámara fotográfica digital es el sensor, dispositivo electrónico-digital que reemplaza a la película de 35mm de las cada día menos usadas cámaras analógicas.

El sensor es una matriz con elementos perfectamente alineados, los cuales tienen la capacidad de ser sensibles a la luz incipiente y la intensidad de esta.

Pero estos elementos fotosensibles no tienen la capacidad de reconocer el color, sólo la escala monocromática. Esto se corrige con filtros RGB.

Hasta aquí ambas tecnologías se comportan de igual forma. Entonces, ¿en qué se diferencian?

• El CCD:

En un sensor CCD (Charge Coupled Device) o Dispositivo de Cargas Acopladas, la lectura de las cargas se produce transferiendo la información a sus celdas vecinas.

Finalmente el CCD convierte las cargas en voltaje y ofrece una señal analógica a su salida, que tiene que ser digitalizada y procesada por la circutería de la cámara.

• El CMOS:

En un sensor CMOS, (Complementary Metal Oxide Semiconductor) los fotones que recibe cada celda son convertidos en carga electrica y en voltaje en la misma celda receptora, de esta forma al contrario que en los CCD, las celdas son totalmente independientes de sus vecinas.

Al contrario que el CCD, el sensor CMOS realiza la digitalización píxel a píxel, ello conlleva que el resultado que entrega a la circuitería de la cámara este ya digitalizado.

Ahora vamos a ver las virtudes y defectos de cada uno:

Responsividad: Se define como el nivel de señal que ofrece el sensor por unidad de energia óptica incidente. Lógicamente nos interesa que el sensor tenga una responsividad elevada, o sea que con poca luz nos de una señal aceptable. En este caso los CMOS son superiores a los CCD, debido a la mayor sencillez de integrar elementos amplificadores en un CMOS. Además por construcción CMOS permite alta amplificación con bajo consumo, mientras que en CCD la amplificación supone un consumo mas elevado.

Rango Dinámico: (RD) Es la razón entre el nivel de saturación de los píxeles y el umbral por debajo del cual no captan señal. En este aspecto CCD supera a CMOS,  el RD de un sensor CCD es del orden del doble que un CMOS.

Ruido: Los CCD aventajan a los CMOS en términos de ruido, dado que por construcción todo el procesado de señal se da fuera del CCD, con lo que se podrá aprovechar de convertidores A/D mas rápidos o mejores procesadores, por su lado los CMOS al realizar la gran mayoría de las funciones dentro del sensor (Amplificación , Conversión A/D, …) pierden espacio para el fotodiodo en sí, y pagan esto en términos de ruido.

Respuesta Uniforme: Se espera que un píxel -ante el mismo nivel de excitación de luz- no presente cambios apreciables respecto a sus vecinos, en este aspecto la individualidad de cada píxel en CMOS lo hace mas sensible a sufrir fallos, siendo mayor la uniformidad en CCD. No obstante mediante circuitos con realimentación se ha conseguido paliar este problema en los CMOS, siguiendo los CCD con una ligera ventaja.

Velocidad: La velocidad en CMOS es bastante superior a los CCD, debido a que muchas funciones, como la propia conversión analógico-digital son realizadas en el propio sensor, por ahora esta ventaja es ligera pero se espera que aumente con el tiempo.

Enventanado: Es sabido que los CCD funcionan a su máxima resolución en la gran mayoría de dispositivos, en cambio los CMOS dado su carácter individualizado de cada píxel, permiten seleccionar mas fácilmente porciones de la imagen, esto permite mas refresco en modos de video o bien tomar imágenes a menor resolución sin interpolación.

Blooming: Es el conocido fenómeno por el cual un píxel que ha alcanzado la saturación empieza a ‘contagiar’ a sus vecinos, creando efectos indeseados. Esto se da en CCD, necesitando trucos de construcción cuando se quiere evitar, en cambio por su construcción los CMOS no sufre este defecto.

Para resumir:

Por un lado CMOS es superior porque es más barato de construir y tiene un menor consumo a costa de perder calidad en situaciones de escasa luz. Mientras que el CCD tiene más sensibilidad a la luz y calidad.

De hecho los sensores CMOS historicamente se utilizaban en webcams y cámaras de aficionados, mientras que los CCD estaban destinados para profesionales. Unos años hacia acá esto está cambiando, la mayoría de las cámaras SLR más avanzadas llevan CMOS, mientras que la mayoría de las compactas llevan CCD.

Esto se debe a que los sensores CMOS han evolucionado mucho y superan ampliamente a los CCD comunes, manteniendo el menor consumo así como otras virtudes.

Un ejemplo de esta tendencia es el cambio de tecnología en la Nikon D90 (sucesora de la D80 que tan buenos resultados sigue dando), que opta por un CMOS (D90), frente a un CCD(D80).