Il sensore è il componente principale della fotocamera. Ha funzioni come la conversione fotoelettrica, l'archiviazione delle informazioni, il ritardo e la trasmissione sequenziale dei segnali elettrici. Ha un'elevata integrazione e un basso consumo energetico, quindi si è sviluppato rapidamente. È un dispositivo chiave indispensabile per l'acquisizione di immagini e l'elaborazione digitale. Attualmente, ci sono due tipi di chip fotosensibili comunemente utilizzati nelle fotocamere sul mercato: CCD e CMOS. Di seguito, l'editor di TEO Dior Technology vi presenterà le differenze tra i due.
1. CCD (Charge Coupled Device)
Attualmente, ci sono tre strutture di telecamere CCD comunemente utilizzate: trasferimento full-frame, trasferimento frame e trasferimento di riga.
- Trasferimento Interlineare
Tra le tre strutture, il trasferimento di riga è il più comunemente utilizzato e la maggior parte dei prodotti di fascia media e bassa utilizza questo metodo.
- Trasferimento Full-frame (Full frame)
La struttura di trasferimento full-frame è la più semplice, l'area fotosensibile e l'area di archiviazione sono insieme e si può ottenere un fattore di riempimento del 100%. Lo svantaggio è che, per evitare perdite di luce dell'immagine, la luce esterna deve essere impedita dall'entrare durante la lettura. Questo può essere ottenuto utilizzando un otturatore meccanico, uno strobo, o rendendo il tempo di esposizione molto più lungo del tempo di lettura per minimizzare le perdite di luce.
- Trasferimento Frame
La struttura di trasferimento frame prevede che l'area fotosensibile e l'area di archiviazione siano completamente separate e di uguali dimensioni. La carica del segnale esposto viene trasferita all'area di archiviazione a velocità molto elevata (solitamente meno dell'1% del periodo del frame) e quindi emessa riga per riga. È evidente che il sensore a trasferimento frame raggiunge un fattore di riempimento del 100% e durante la lettura viene esposto il frame successivo. Lo svantaggio è che la dimensione del chip è grande e il costo è elevato.
2. Sensore CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
I principi della parte fotosensibile dei sensori CMOS e dei sensori CCD sono gli stessi. La differenza è che in ogni unità pixel, oltre alla parte fotosensibile, è presente anche un amplificatore e un circuito di lettura. L'intero sensore CMOS integra anche un circuito di indirizzamento, un amplificatore e un convertitore A/D.
Confronto delle prestazioni principali di CCD e CMOS
Il primo punto è la differenza nella capacità full well: Poiché ogni pixel del sensore CMOS include un diodo fotosensibile, un amplificatore e un circuito di lettura, e l'intero sensore include anche un circuito di indirizzamento e un convertitore A/D, l'area fotosensibile di ogni pixel è molto più piccola dell'area superficiale del pixel stesso. Pertanto, a parità di dimensioni del pixel, la capacità full well del sensore CMOS è inferiore a quella del sensore CCD.
Il secondo punto è la differenza di costo: Poiché i sensori CMOS utilizzano il processo CMOS, che è il più comunemente utilizzato nei circuiti semiconduttori generali, i circuiti periferici (come AGC, CDS, timing, o DSP, ecc.) possono essere facilmente integrati nel chip del sensore, risparmiando così il costo dei chip periferici.
Il terzo punto è che il sensore CMOS può essere indirizzato in modo casuale e può facilmente leggere solo la parte interessante della coda per aumentare la frequenza dei frame.
Il quarto punto è la differenza di rumore: Poiché ogni fotodiodo del sensore CMOS è dotato di un amplificatore, e l'amplificatore è un circuito analogico, è difficile rendere coerenti i risultati ottenuti da ciascun amplificatore. Pertanto, rispetto a un sensore CCD con un solo amplificatore all'estremità di uscita del registro orizzontale, il rumore del sensore CMOS aumenterà notevolmente, influenzando la qualità dell'immagine.
Il quinto punto è la differenza di consumo energetico: il consumo energetico dei sensori CMOS è inferiore a quello dei sensori CCD.
In sintesi, il vantaggio del CCD è che la qualità dell'immagine è migliore di quella del CMOS, ma gli svantaggi sono anche evidenti. Il suo processo è troppo complesso e ci sono pochissimi produttori in grado di padroneggiare la sua tecnologia, quindi il prezzo è destinato a non essere economico, soprattutto per alcuni grandi componenti CCD, il prezzo è ancora più inaccettabile. Pertanto, nell'attuale mercato delle fotocamere, le fotocamere di fascia alta utilizzano generalmente sensori CCD per dimostrare identità e status. Il più grande vantaggio del sensore CMOS è che consente di risparmiare energia. Con la stessa batteria e la stessa configurazione, il CMOS può essere utilizzato 1-2 ore in più rispetto al CCD, perché consuma energia solo quando il circuito è collegato, mentre il CCD consuma energia continuamente. È la cosiddetta "tigre elettrica". Sulla base di ciò, possiamo massimizzare i nostri punti di forza ed evitare le debolezze, e scegliere ragionevolmente fotocamere CCD o CMOS per diverse applicazioni.
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