CCD vs CMOS

Por Mariano Molinari, www.molinaripixel.com.ar

El elemento básico que determina las características de una cámara fotográfica digital es el sensor, dispositivo electrónico-digital que reemplaza a la película.

Es una matriz de pequeñas celdas perfectamente alineadas en filas y/o columnas. Cada una de esas celdas es un elemento fotosensible microscópico, con la capacidad de producir impulsos eléctricos de distinta intensidad en función de la cantidad de luz que recibe. Cada celda es, entonces, como un pequeño "fotómetro" que producirá un flujo eléctrico variable sobre la base de cantidad de luz que incida en su superficie. Este dispositivo, a pesar de su fotosensibilidad, percibe las variaciones de intensidad de la luz, pero sin distinguir los colores de la imagen. Es un dispositivo "ciego" al color.

Para que el sensor pueda captar los colores, se deben emplear filtros que dividan los colores de la escena en rojo, verde y azul. Los primeros equipos de fotografía digital Sinar, venían equipados con esos tres filtros de color (RGB), montados en una rueda rotativa, través de los cuales se efectuaban exposiciones sucesivas. Todavía se comercializa hoy la cámara CMOS-Pro de Sound Vision, que conectada a la computadora permite fotografiar escenas estacionarias a través de tres exposiciones en color o una en B&N.

En el caso de los respaldos de escaneado para cámaras de estudio como, por ejemplo el Phase One, el sensor está compuesto por tres filas contiguas de elementos sensibles, cada una de ellas sensible al azul, al verde y al rojo. Este sensor recorre en forma longitudinal el plano focal de la cámara de estudio capturando la información de modo secuencial, sin tener posibilidad de captura B&N.

Estos equipos son sólo aptos para la fotografía de estudio de sujetos estáticos. El sistema de rueda rotativa permite la captura con tres disparos sucesivos de flash, en tanto que el respaldo de escaneado requiere luz continua. Muchas veces, esta luz continua debe ser estabilizada mediante un estabilizador ferro-resonante de alta potencia, para evitar la aparición de bandas en la imagen debidas a fluctuaciones de voltaje.

Estos dos sistemas, el de rueda rotativa de filtros o el de escaneado, vuelcan la información directamente en cada canal del archivo RGB en forma directa. Por eso decimos que estos son dispositivos que trabajan sin interpolación. Cada celda en el sensor se corresponde con un pixel de la imagen, de modo que se obtiene una foto de gran pureza.

La cosa se complica cuando queremos fabricar un dispositivo que funcione en color con disparo único. Para esto, se colocan en las diferentes celdas del sensor pequeños filtros de color azul, verde y rojo.

Esto genera una limitación física a la resolución, porque con cada celda de la matriz sólo podremos capturar la luz de un solo color, y el archivo resultante sería en consecuencia muy pequeño, generándose además "huecos" de información.

El problema se soluciona "rellenando" estos huecos mediante técnicas matemáticas de interpolación, en las que el soft de la cámara calcula el color posible de una celda sobre la base de los colores de las celdas adyacentes. La mayoría de las cámaras actuales usan este tipo de sensores de un solo disparo.

La información que entrega el sensor consiste en diferentes niveles de corriente eléctrica para cada celda. Esta información es procesada por un DAC (Digital-Analog Converter o Conversor Analógico-Digital), donde la señal eléctrica es convertida en datos digitales. Aquí es donde tiene lugar la interpolación. Luego esos datos digitales son archivados en la memoria de la cámara o enviados a la computadora. De modo que el tamaño del sensor es tan importante como la tecnología usada para la interpolación de la imagen. En algunas cámaras, este procesado de la imagen puede ser programado -en parte- por el propio usuario, especificando diferentes parámetros de nitidez, tono, contraste, y calidad final.

• Tipos de sensores de un solo disparo

  Pueden estar basados en dos tipos de tecnologías, CCD (Charged Couple Device) o CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Los sensores CCD tienen mayor sensibilidad a la luz, más calidad y también precio más alto, en tanto que los de tipo CMOS son menos sensibles y de menor calidad, pero al ser fáciles de fabricar son más baratos. Tradicionalmente se utilizaron los CCD para las cámaras profesionales y semiprofesionales y los CMOS para las cámaras de aficionados y las Web-cam.

  

  
  La noticia es que esta distribución parece estar cambiando. Algunas cámaras como la Foveon y la Canon D30 están basadas en el sensor CMOS y su rendimiento es alto. Seguramente algunos fabricantes incorporarán a sus próximos modelos la tecnología CMOS, en tanto que otros continúan mejorando las prestaciones del CCD.

  
  

• El consumo de energía

  Uno de los problemas más grandes que tiene cualquier dispositivo portátil es el del consumo eléctrico.

  Las cámaras digitales no están exentas de este problema, en parte por el monitor LCD y en parte por el consumo del sensor. Los CMOS están altamente optimizados, de modo que consumen entre 30 y 50 mW, en tanto que un CCD consume entre 2 y 5 Watt. Este mayor consumo lleva a su vez al uso de baterías más costosas y pesadas, o a reponer pilas comunes con mayor frecuencia, generando problemas de autonomía. Es una buena comparación manipular una cámara digital conectada a la red o con batería. Se van a llevar más de una sorpresa...

• La clave: diferencias tecnológicas

  

  Mientras que en el CCD toda la información es transmitida a través de las mismas celdas vecinas hacia sus bordes, donde la información es recolectada, el CMOS tiene capacidad de transmisión en cada una de las celdas. Esto evita el afecto de "blooming" o de contaminación entre pixeles vecinos cuando hay situaciones de sobre exposición y, además, permite mejores opciones de interpolación de la imagen.

  El interés en el CMOS por parte de la industria radica en que, a diferencia de la fabricación de CCDs, que debe hacerse en plantas especializadas a partir de materias primas no comunes, los CMOS pueden ser fabricados en las líneas de producción normales de semiconductores a partir de materias primas muy baratas y de uso generalizado.

  Teniendo en cuenta entonces que la tecnología de fabricación del CMOS es la misma que la de los microprocesadores, tendrá que haber una baja de precios en cuanto la tecnología CMOS se adapte de manera eficiente a las cámaras digitales. Por las características de su fabricación, los CMOS son también más fáciles de interconectar a nuevos sistemas que los CCD. Porque en realidad podemos considerar al CMOS como un microprocesador. Esto quiere decir que los CMOS son una alternativa flexible para los fabricantes, y les permitirán nuevos desarrollos. Todavía el CMOS es muy sensible al ruido de imagen, tiene un rango dinámico reducido y presenta poca sensibilidad, pero sus características estructurales son mejores que las del CCD.
  
  

• ¿Ciencia Ficción?

  Hemos visto que la principal diferencia constructiva entre el CCD y el CMOS es que las operaciones matemáticas de conversión análogo-digital y de ajuste se hacen en el CMOS en el mismo chip, en vez de requerir un circuito adicional para el cálculo.

  Esto ahorra costos, permite diseños más compactos, y ha desembocado en uno de los proyectos más alucinantes que involucra a los CMOS: El Electronic Film System, propuesto por la compañía Silicon Film (*). Se trata de un casette que podría ser colocado en lugar del rollo 35 mm en una cámara fotográfica común. Tendría una resolución de 1280 X 1024 pixeles y contendría también la fuente de alimentación eléctrica y una memoria para 24 fotos. Cuando el casette se llena, se retira y se coloca en una unidad lectora para trasladar las fotos digitales a la computadora. El proyecto esta en preparación desde hace 2 años y al cierre de esta edición no hay planes todavía para su comercialización inmediata.

• Conclusión
  

  Actualmente, el nivel que ofrecen las cámaras con CCD es mejor que el de las equipadas con CMOS. Sin embargo, la calidad de estas últimas aumenta progresivamente. Las cámaras sencillas, incluso las Webcams, están ofreciendo prestaciones sorprendentes para su precio, y esa tendencia va en aumento. El CMOS es una tecnología que tiene las mejores perspectivas para el futuro

  Los datos que aquí volcamos, y la información que podamos recoger en la web (incluida la de los fabricantes) es importante. Pero para poder elegir entre una cámara equipada con un tipo de sensor y otro, el fotógrafo debe efectuar una evaluación práctica, basada en testeos propios. Ningún vendedor local de cámaras profesionales (y no profesionales también...) se niega hoy a que el futuro usuario haga una toma de prueba en su local y se lleve el archivo para evaluarlo. La lectura y comparación de datos técnicos es importante, pero es más importante chequear la cámara en las condiciones reales de uso del fotógrafo (preferencias personales, autonomía, calidad, programabilidad, tamaño y calidad de impresión final, etc.)

  Elegir una cámara digital implica tomar más decisiones que elegir una cámara de película. Es como si comprásemos la cámara analógica, junto los rollos, a los revelados y el factor de ampliación, todo de una vez y al contado. Hay que estar alerta y conocer a fondo la tecnología para decidir.

  Mariano Molinari es fotógrafo e imparte cursos de Fotografía Digital en Argentina.
  

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Enviado por mertxe a 11:55, Septiembre 28 2005

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