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Sensor CCD x CMOS


As câmeras digitais foram se tornando mais populares à medida que os preços caíam. Em grande parte essa queda de preços deveu-se a introdução dos sensores de imagem CMOS, que mais baratos de se fabricar que os sensores CCD, que custavam uma pequena fortuna.

Os sensores de imagem CCD (dispositivo de carga acoplada) e CMOS (semicondutor de óxido metálico complementar) partem do mesmo ponto: precisam converter luz em elétrons. Uma maneira simplificada de pensar sobre o sensor usado em uma câmera digital (ou filmadora) é considerá-lo como tendo uma matriz 2D de milhares ou milhões de pequenas células solares (pixels), cada uma das quais transforma a luz de uma pequena parte da imagem em elétrons. Tanto os dispositivos CCD como CMOS realizam esta tarefa usando diversas tecnologias.

O próximo passo consiste em ler o valor (carga acumulada) de cada célula (pixel) na imagem. Em um dispositivo CCD, a carga é, na verdade, transportada ao longo do chip e lida em um canto da matriz. Um conversor analógico para digital transforma cada valor de pixel em um valor digital. Na maioria dos dispositivos CMOS, há vários transistores em cada pixel que amplificam e movem a carga usando fios mais tradicionais. A abordagem CMOS é mais flexível porque cada pixel pode ser lido individualmente.

Os CCDs usam um processo especial de manufatura para criar a capacidade de transportar a carga ao longo do chip sem distorção. Este processo leva a sensores de qualidade muito elevada, em termos de fidelidade e sensibilidade à luz. Os chips CMOS, por outro lado, usam processos de manufatura tradicionais para criar o chip - os mesmos processos usados para fazer a maioria dos microprocessadores. Devido ao modo de fabricação, há diferenças notáveis entre os sensores CCD e CMOS:

  • os sensores CCD criam imagens de alta qualidade e baixo "ruído". Os sensores CMOS são tradicionalmente mais suscetíveis ao ruído;
  • como há vários transistores próximos de cada pixel, a sensibilidade à luz de um chip CMOS tende a ser menor. Muitos dos fótons que atingem o chip colidem com os transistores em vez de atingir o fotodiodo;
  • a tecnologia CMOS tradicionalmente consome menos energia. Implementar um sensor em CMOS possibilita um sensor de baixa energia;
  • os CCDs usam um processo que consome muita energia. Eles consomem cerca de 100 vezes mais energia do que um sensor CMOS equivalente;
  • os chips CMOS podem ser fabricados em quase qualquer linha de produção de chips de silício padrão, de modo que tendem a ser bem mais baratos que os sensores CCD;
  • os sensores CCD têm sido produzidos em massa há mais tempo, portanto estão mais desenvolvidos na manafatura. Eles tendem a possuir maior qualidade e mais pixels.

As fotos abaixo mostram a diferença entre uma câmera digital equipada com sensor ccd e outra com sensor cmos, ambas com a mesma resolução. A foto da direita foi tirada com uma câmera com sensor ccd e a da direita com sensor cmos.

Foto que mostra a diferença na qualidade quando tirada com uma câmera digital de sensor ccd e outra com sensor cmos

Com base nestas diferenças, os sensores CCDs tendem a ser usados em câmeras voltadas para imagens de alta qualidade, com muitos pixels, e excelente sensibilidade à luz. Os sensores CMOS tradicionalmente possuem menor qualidade, resolução inferior e menor sensibilidade. Somente agora eles estão melhorando a ponto de competir com os dispositivos CCD em algumas aplicações. As câmeras CMOS geralmente são mais baratas e possuem maior duração da bateria.

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