Hoy día existen dos tipos de tecnologías utilizadas para la fabricación de sensores de cámaras digitales, ya sean compactas o réflex. Se trata de los CCD (Charge Coupled Device) o CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Ambos tipos de sensores están formados en su esencia por semiconductores de metal-óxido (MOS) y están distribuidos en forma de matriz.

Su función es la de acumular una carga eléctrica en cada una de las celdas de esta matriz. Estas celdas son los llamados píxeles. La carga eléctrica almacenada en cada píxel, dependerá en todo momento de la cantidad de luz que incida sobre el mismo. Cuanta más luz incida sobre el píxel, mayor será la carga que este adquiera.

Aunque en su esencia, los CCD y CMOS funcionan de una manera muy similar, hay algunas diferencias que diferencian ambas tecnologías.

Sensor CCD

En el caso del CCD, éste convierte las cargas de las celdas de la matriz en voltajes y entrega una señal analógica en la salida, que será posteriormente digitalizada por la cámara. En los sensores CCD, se hace una lectura de cada uno de los valores correspondientes a cada una de las celdas. Entonces, es esta información la que un convertidor analógico-digital traduce en forma de datos. En este caso, la estructura interna del sensor es muy simple, pero tenemos como inconveniente la necesidad de un chip adicional que se encargue del tratamiento de la información proporcionada por el sensor, lo que se traduce en un gasto mayor y equipos más grandes.

En el aspecto del rango dinámico, es el sensor CCD el ganador absoluto, pues supera al CMOS en un rango de dos. El rango dinámico es el coeficiente entre la saturación de los píxeles y el umbral por debajo del cual no captan señal. En este caso el CCD, al ser menos sensible, los extremos de luz los tolera mucho mejor.

En cuanto al ruido, también son superiores a los CMOS. Esto es debido a que el procesado de la señal se lleva a cabo en un chip externo, el cual puede optimizarse mejor para realizar esta función. En cambio, en el CMOS, al realizarse todo el proceso de la señal dentro del mismo sensor, los resultados serán peores, pues hay menos espacio para colocar los foto-diodos encargados de recoger la luz.

La respuesta uniforme es el resultado que se espera de un píxel sometido al mismo nivel de excitación que los demás, y que éste no presente cambios apreciables en la señal obtenida. En este aspecto, el que un sensor CMOS esté constituido por píxeles individuales, le hace más propenso a sufrir fallos. En el CCD, al ser toda la matriz de píxeles uniforme, tiene un mejor comportamiento. A pesar de todo, la adición de circuitos con realimentación nos permite subsanar este problema en los CMOS, los CCD están un poquito por encima igualmente.

Sensor CMOS

En el caso del CMOS, aquí cada celda es independiente. La diferencia principal es que aquí la digitalización de los píxeles se realiza internamente en unos transistores que lleva cada celda, por lo que todo el trabajo se lleva a cabo dentro del sensor y no se hace necesario un chip externo encargado de esta función. Con esto conseguimos reducir costes y equipos más pequeños.

Además de ofrecernos más calidad, los CMOS son más baratos de fabricar precisamente por lo que comentábamos arriba. Otra de las grandes ventajas es que los sensores CMOS son más sensibles a la luz, por lo que en condiciones pobres de iluminación se comportan mucho mejor. Esto se debe principalmente a que los amplificadores de señal se encuentran en la propia celda, por lo que hay un menor consumo a igualdad de alimentación. Todo lo contrario que ocurría en los CCD.

En cuanto a la velocidad, el CMOS es claramente superior al CCD debido a que todo el procesado se realiza dentro del propio sensor, ofreciendo mayor velocidad. Es esta una de las principales razones por las que Casio empezó a imponer los sensores CMOS en sus cámaras y por la cual éstas permiten grabar vídeos a velocidades de hasta 1000 fps.

Otro aspecto en el que los sensores CMOS son superiores a los CCD es en el blooming. Este fenómeno se produce cuando un píxel se satura por la luz que incide sobre él y a continuación empieza a saturar a los que están a su alrededor. Aunque este defecto puede subsanarse gracias a algunos trucos en la construcción, en el caso de los CMOS nos olvidamos del problema.

Conclusiones

Entonces, ¿por qué si los sensores CMOS tienen menor calidad de imagen se están empezando a implantar en las réflex? En realidad no tienen peor calidad de imagen. En sus inicios eran algo peores que los CCD, pero hoy día es un mal que está prácticamente subsanado. La tecnología CCD ha llegado a su límite y es ahora cuando se está desarrollando la CMOS.

Fue por ello por lo que el CMOS empezó a implementarse en las cámaras de gama baja compactas, donde la baja calidad no era un gran problema. Ha sido tras la evolución de la tecnología cuando se ha empezado a implementar en cámaras réflex.

Además, gracias al CMOS conseguimos cámaras con una velocidad de ráfaga más alta, precios más bajos y mayor autonomía en las baterías. Así que no cabe lugar a dudas de que el futuro se llama CMOS

Vía | Neoteo

El Premio Nobel de Física 2009 ha recaído sobre Willard S. Boyle y Georges E. Smith. Los estadounidenses han sido galardonados por sus investigaciones en el ámbito de la fotografía digital y han compartido el galardón, dotado con 980.000 euros, con el investigador británico-estadounidense Charles K. Kao, por sus investigaciones acerca del envío de información a través de la fibra óptica.

En 1969, Boyle y Smith inventaron una nueva tecnología de imagen: el CCD (Charge-Coupled Device), un dispositivo de cargas eléctricas interconectadas, que transforma la luz en señales eléctricas.

El CCD, o sensor electrónico, es el ojo de las cámaras digitales y revolucionó la fotografía al permitir que la luz fuera capturada de forma electrónica en lugar de sobre una película.

En un principio se planteo como un sistema de almacenamiento de información. Sin embargo, un año más tarde, los laboratorios Bell para los que trabajaban Boyle y Smith construyeron la primera videocámara que implemento un CCD como sistema para capturar imágenes.

No obstante la auténtica aparición de la fotografía digital en el sentido moderno acaeció ya iniciada la década de los noventa. Su aceptación ha sido tan grande que hoy en día ya es difícil encontrar cámaras analógicas en las tiendas de fotografía.

Francamente considero muy merecido este premio Nobel. La digitalización de imágenes ha supuesto una revolución en el mundo de la fotografía a todos los niveles y estoy seguro que todavía nos sorprenderá todavía más en el futuro.

Vía | ABC