Los dispositivos de carga acoplada (CCD) fueron originalmente la respuesta correcta. El CCD fue el primer sensor de alta calidad, y todavía se encuentran en algunas cámaras.
Los sensores CMOS, sin embargo, son la mejor opción en la mayoría de los casos. Gran parte de esto ha sido sobre el proceso de chip. Los CCD son en gran medida dispositivos analógicos y necesitan procesos de producción especiales que realmente no utilizan otros dispositivos. Esto ha frenado la evolución de los CCD y ha mantenido los precios altos: los CCD de hoy son absolutamente más caros que los generadores de imágenes CMOS de la misma resolución. Los chips CMOS aprovechan las vastas capacidades de producción de la industria de semiconductores digitales, que se realizan en un proceso similar al utilizado para DRAM y CPU.
Los primeros chips CMOS eran bastante malos … de bajo costo y baja calidad. Esto comenzó a cambiar a principios de la era DSLR, cuando en 2000, Canon produjo la primera DSLR con tecnología CMOS, la EOS D30, que produjo fotos con mucho menos ruido que las cámaras basadas en CCD de la época. En poco tiempo, los CMOS de gama alta se habían vuelto comunes para su uso en DSLR y videocámaras profesionales (alrededor del momento del cambio a video HD). Mientras tanto, los sensores CMOS de gama baja mejoraron en calidad, hasta el punto de que básicamente se hicieron cargo de todas las fotografías y videos de gama baja (cámaras P&S, videocámaras de consumo, teléfonos inteligentes, etc.).
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Los sensores CMOS han estado utilizando la ventaja de la tecnología digital para mejorar la calidad de la imagen. Las señales analógicas no tienen que viajar tan lejos en un chip CMOS, y a medida que las geometrías se reducen, el ruido se ha reducido drásticamente, hasta el punto en que estamos hoy, donde las cámaras fijas basadas en CMOS vienen con ISOs superiores a 100,000, superando cualquier película que se haya inventado.
CCD todavía tiene una ventaja, aunque eso es más de “práctica actual” que cualquier limitación difícil. Un CCD es básicamente un enorme registro de desplazamiento analógico. Cada píxel acumula una carga durante la exposición: la luz golpea un fotodiodo, cada foto libera un electrón. Dicho sensor está básicamente siempre activo, por lo que también necesita un obturador mecánico, para detener la acumulación de carga y permitir el “acoplamiento” de carga de celda a celda para detectar el amplificador y el convertidor analógico a digital … una especie de brigada de cubos cargar.
La mayoría de los CCD actuales usan una cosa llamada transferencia interlínea. Básicamente, el CCD tiene el doble de píxeles que la clasificación … todos los demás píxeles están enmascarados de la luz. Por lo tanto, el sensor expone, luego cambia cada píxel uno por uno, desde píxeles de recolección de luz a píxeles oscuros, donde la carga ya no cambiará. Los píxeles oscuros se desplazan mientras se expone el siguiente conjunto de píxeles claros. Esto es lo que permitió las videocámaras modernas: el efecto de un obturador electrónico global y un funcionamiento rápido. Como aspecto negativo, también limitó el área de recolección de luz del CCD a menos del 50% del área total, aunque eso ha sido mitigado de alguna manera por las microlentes y otros trucos geniales.
Los sensores CMOS son lo suficientemente rápidos como para desplazar los datos de píxeles casi en tiempo real, aunque pueden usarse con un obturador mecánico (como en cualquier cámara DSLR o ILM sin espejo), no tienen que serlo. Para videos y modelos de consumo más baratos, el obturador electrónico es todo lo que tiene. Sin necesidad de una tienda de respaldo de carga, CMOS se volvió mucho más barato (y como antes, ya está en un proceso de CI más barato). El lado negativo es lo que se ha denominado “el efecto gelatina”. El sensor CMOS tendrá grupos de píxeles habilitados a su vez para la recolección de carga, unas pocas líneas a la vez más o menos dependiendo de la arquitectura del sensor. Estos exponen y luego cambian el resultado muy rápidamente fuera del chip y lo convierten en digital. Entonces el siguiente set queda expuesto, y hasta ahora. El resultado final es que la exposición varía un poco en el tiempo sobre el sensor … y cuando estás disparando cosas que se mueven rápidamente, obtienes este efecto “gelatina”. No es un problema con la fotografía digital en una buena cámara, pero definitivamente es un problema de video. Nuevamente, es posible construir un sensor CMOS con un obturador electrónico global (usando una tienda de respaldo como lo haría el CCD), pero el énfasis actual ha estado en reducir los costos.
A lo que Anthony alude no tiene nada que ver con la tecnología del sensor. En la videocámara clásica con sensor pequeño, hay tres sensores: 0 para el rojo, uno para el verde y otro para el azul. Todos son iguales y pueden ser CMOS o CCD. El truco es que son muy pequeños, y justo detrás de la lente hay un prisma diacróico, que divide la luz por color para alimentar cada sensor por separado. Esto no se hace en cámaras con sensor grande (imagen fija o video). Por el contrario, al usar un sensor mucho más grande y 4 veces más píxeles que los que necesita para el tamaño de su video, hay un “agrupamiento de píxeles” donde cada píxel de video está hecho de cuatro píxeles físicos (a menudo RGBG patrón de Bayer, a veces RWGB, donde “W” es un píxel sin filtrar … “blanco” … sin información de color pero aproximadamente 3 veces más sensible).
