В чем разница между CCD и CMOS сенсорами изображения?

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 камера на основе ПЗС 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 базе CMOS?

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 перемещен вдоль следующего блока, а затем, в конечном счете, отключен от датчика и считан схемой. Датчик CMOS в основном представляет собой датчик большой интегральной схемы, и он включает в себя небольшую активную схему, включающую транзисторы в каждом пикселе, так что каждый пиксель способен активно измерять и поддерживать заряженный заряд, а не просто пассивно удерживать заряд, пока он не будет перешел на чтение.

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

• Вертикальная полоса

  В режиме просмотра в реальном времени или в режиме видео датчики CCD демонстрируют вертикальные полосы, где яркие точки света в кадре, даже на краю, могут создавать вертикальную яркую линию от верха до низа рамки. 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, так как каждый пиксель имеет свою собственную схему, изолированную от других пикселей.

• Рольставни

  КМОП-датчики демонстрируют эффект скользящего затвора в режиме реального 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 камера переносится или много перемещается, или даже в стоп-кадрах, 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 прокручивания 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 прокручивания затвора.

• Шум / качество в целом

  Хотя раньше в CMOS был 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 имели более низкую чувствительность, в результате чего пиксели были настолько малы по сравнению с размером схемы на них. Тем не менее, улучшения в процессах изготовления и новая технология под названием «Задняя подсветка» (BSI) противостоят этому.

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

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.

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.

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 аналогово-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 могут быть запечены практически на любом заводе по производству микросхем, где ПЗС требуют специализированного процесса СБИС, который может производить только 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 развитие чипа означает, что CMOS имеет преимущество в фотографии сегодня и, вероятно, пока что.

Есть больше различий между CMOS и CCD. CMOS-датчики намного дешевле, чем CCD-датчики.
Производить КМОП-сенсор намного дешевле, чем ПЗС-сенсор.
CMOS-датчик потребляет меньше энергии, чем CCD-датчик, что хорошо для вашей батареи и перегрева.
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.