Я продолжаю читать статьи о датчиках изображения CCD и CMOS. В чем разница между этими двумя типами? Что именно эти датчики делают с точки зрения фотографии?
Сможет ли ПЗС-камера конкурировать в будущем? Если я ее куплю, могу ли я рассчитывать на ее использование в течение нескольких лет или лучше перейти на камеру с датчиком на основе CMOS?
Обе технологии служат одной и той же цели: сэмплировать и записывать, сколько света попадает на каждый пиксель. Они просто работают по-разному, чтобы достичь этой цели. Пиксели на ПЗС-матрице не содержат активных схем, только небольшой «емкостной элемент», который пассивно хранит заряд до тех пор, пока его нельзя будет переместить в следующий элемент, и, в конечном итоге, отключить датчик и затем считывать с помощью схемы. КМОП-датчик — это, по сути, датчик на большой интегральной схеме, который включает в себя небольшую активную схему, включающую транзисторы в каждом пикселе, поэтому каждый пиксель способен активно измерять и поддерживать заряд, падающий на него, а не просто пассивно удерживать заряд до тех пор, пока он не разрядится. перешел на чтение.
У обоих есть сильные и слабые стороны — некоторые из лучших связаны с режимом видео (или режимом просмотра в реальном времени).
Вертикальные полосы
В режиме просмотра в реальном времени или в режиме видео ПЗС-сенсоры демонстрируют вертикальные полосы, когда яркие точки света в кадре, даже по краям, могут создавать яркую вертикальную линию сверху вниз кадра. Это вызвано тем, что ток от одного пикселя «перетекает» через всю строку. Обратите внимание, что профессиональные видеокамеры, в которых используются ПЗС-сенсоры (и стоят тысячи долларов), имеют схему, позволяющую свести это к минимуму. 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 полосам.
Датчики CMOS вообще не имеют полос, так как каждый пиксель имеет собственную схему, изолированную от других пикселей.
Рольставни
Датчики CMOS 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 считывается из каждой строки кадра одна за другой. Время, затрачиваемое на это, зависит от камеры, но 1/30 с или 1/60 с — типичная продолжительность полного считывания датчика (при полном разрешении). Это создает желеобразный эффект дрожания в записанном видео, когда камера держится в руках или много перемещается, или даже в фотографиях при использовании электронного затвора (для полностью бесшумной работы).
КМОП-сенсоры, специально разработанные для захвата видео с высокой частотой кадров (например, 120 кадров в секунду и выше), будут демонстрировать меньший эффект скользящего затвора. Кроме того, работа датчика с разрешением ниже полного (например, запись на датчик 1080p вместо 4K) может переключить датчик в режим более быстрого считывания и, следовательно, иметь меньший эффект скользящего затвора.
ПЗС не страдает от эффекта скользящего затвора.
Шум/качество в целом
Хотя раньше в CMOS существовал компромисс качества, сейчас он незначителен и, возможно, даже изменился. Конечно, для больших сенсоров (DX, 4/3, FF) нет никакой практической разницы, кроме индивидуальных различий, обусловленных конструкцией сенсора. Технология CMOS быстро развивается, и качество изображения улучшается, особенно с небольшими датчиками, такими как те, которые используются в смартфонах.
Для очень маленьких датчиков, таких как в компактных камерах и смартфонах, датчики CMOS имели более низкую чувствительность из-за того, что пиксели были такими маленькими по сравнению с размером схемы на них. Однако усовершенствования производственных процессов и новая технология под названием «Back Side Illumination» (BSI) противодействуют этому.
В наши дни профессиональные фотокамеры все чаще используют датчики CMOS, и датчики CMOS, которые вы найдете в них, по крайней мере не уступают по производительности своим ПЗС-собратьям. Так получилось, что в настоящее время технология CMOS развивается очень быстро, и многие из лучших сенсоров в наши дни являются CMOS. Если только вы не снимаете видео, нет причин выбирать камеру в зависимости от того, имеет ли она 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», не принимая во внимание камеру, в которой вы собираетесь ее использовать, объективы, которые вы собираетесь использовать, или ваши навыки фотографа.
Думайте о стекле, а не о датчике.
ПЗС могут иметь «электронные затворы»; их можно «выключить» электронным способом до закрытия механического затвора.
С помощью этой функции вы можете добиться более высокой скорости синхронизации вспышки. Например, Nikon D70s и его ПЗС-матрица с электронным затвором могут синхронизироваться с выдержкой 1/500 с.
Датчики CMOS обычно не могут этого сделать, поэтому они ограничены скоростью закрытия механического затвора. Nikon D90, например, имеет максимальную скорость синхронизации со вспышкой 1/250 с.
Принцип работы в обеих системах одинаков.
Свет заставляет электроны в кремнии «качаться», а кремний вытравлен таким образом, что колебания заставляют эти электроны двигаться в одном направлении. Этот процесс аналогичен тому, что происходит в солнечных панелях.
Когда изображение «считывается» с сенсора, заряд каждого пикселя измеряется (как это происходит, различается между ними) с использованием аналого-цифрового (AD) преобразователя, и эти значения представляют уровни освещенности, из которых состоит изображение.
Что разделяет CCD и CMOS, так это то, что материалы и конструкция различаются. Это косвенно влияет на то, как они используются на практике в фотографии. КМОП-сенсоры можно обжигать практически на любом заводе по производству микросхем, где для ПЗС требуется специализированный процесс СБИС, который может производить только ПЗС-чипы.
У обеих систем есть черты, которые дают им некоторое преимущество на бумаге. За исключением некоторых конкретных задач (например, астрофотографии), трудно сказать, что на данный момент одна из них действительно лучше другой. КМОП-сенсоры дешевле и проще в производстве, они легче извлекают выгоду из других достижений в области производства микросхем, позволяют выполнять считывание данных параллельно и потребляют меньше энергии. CCD оставляет больше места для фотосайта и улучшает шумовые характеристики, но должен читать построчно, что замедляет обработку. В настоящее время усовершенствование чипа означает, что CMOS имеет преимущество в фотографии сегодня и, вероятно, в ближайшее время.
Есть больше различий между CMOS и CCD. Датчики CMOS намного дешевле, чем датчики CCD.
Гораздо дешевле производить КМОП-сенсор, чем сложно изготовить ПЗС-сенсор.
КМОП-сенсор потребляет меньше энергии, чем ПЗС-сенсор, что положительно влияет на срок службы батареи и предотвращает перегрев.
Кроме того, вы можете интегрировать гораздо больше функций в один чип CMOS, что позволяет производителям уменьшить количество чипов в своих камерах. Например, захват и обработка изображений могут быть интегрированы в один чип, что снижает затраты.
Марк Рэнсом