Sự khác biệt giữa cảm biến hình ảnh CCD và CMOS là gì?

Tôi tiếp tục đọc các bài viết về cảm biến hình ảnh CCD vs CMOS. Sự khác biệt giữa hai loại này là gì? Chính xác thì những cảm biến này làm gì về mặt nhiếp ảnh?

Là một máy ảnh dựa trên CCD sẽ có thể cạnh tranh trong tương lai? Nếu tôi mua một cái, tôi có thể tin tưởng sử dụng nó trong một vài năm hay tốt hơn là nâng cấp lên máy ảnh có cảm biến dựa trên CMOS?

Cả hai công nghệ đều phục vụ cho cùng một mục đích: lấy mẫu và ghi lại lượng ánh sáng chiếu vào mỗi pixel. Họ chỉ làm việc khác nhau để đạt được mục tiêu đó. Các pixel trên CCD không chứa mạch hoạt động, chỉ là một "thùng điện dung" nhỏ lưu trữ một cách thụ động cho đến khi nó có thể được chuyển dọc theo thùng tiếp theo, rồi cuối cùng tắt cảm biến và đọc bằng mạch. Cảm biến CMOS về cơ bản là cảm biến trên một mạch tích hợp lớn và nó bao gồm một mạch hoạt động nhỏ bao gồm các bóng bán dẫn trong mỗi pixel để mỗi pixel có khả năng chủ động đo và duy trì điện tích chạm vào nó, thay vì chỉ giữ điện tích thụ động cho đến khi chuyển ra để đọc.

Cả hai đều có điểm mạnh và điểm yếu - một số trong những điểm mạnh nhất liên quan đến chế độ video (hoặc chế độ xem trực tiếp).

• Vệt dọc

  Ở chế độ xem trực tiếp hoặc chế độ video, các cảm biến CCD thể hiện các vệt dọc, trong đó các điểm sáng trong khung, ngay cả ở rìa, có thể tạo ra một vạch sáng dọc từ trên xuống dưới của khung. Điều này được gây ra bởi dòng điện từ một pixel "tràn" và rò rỉ trên toàn bộ hàng. Lưu ý rằng các máy quay video chuyên nghiệp sử dụng cảm biến CCD (và có giá hàng ngàn đô la) có mạch để giảm thiểu điều này. Ngoài ra, khi được sử dụng cho ảnh tĩnh tức là không ở chế độ xem trực tiếp / video, các CCD hoạt động ở chế độ khác không dễ bị sọc dọc.

  Cảm biến CMOS hoàn toàn không thể hiện vệt sọc, vì mỗi pixel có mạch riêng được phân lập từ các pixel khác.

• Màn trập lăn

  Cảm biến CMOS thể hiện hiệu ứng màn trập lăn ở chế độ xem trực tiếp hoặc chế độ video hoặc bất kỳ lúc nào chúng không sử dụng màn trập cơ học, vật lý. Thay vì chụp toàn bộ khung hình cùng một lúc, thông tin sẽ được đọc từ từng hàng của khung này lần lượt. Thời gian này khác nhau giữa các máy ảnh, nhưng 1/30 hoặc 1/60 sẽ là thời lượng điển hình cho việc đọc cảm biến đầy đủ (ở độ phân giải đầy đủ). Điều này tạo ra hiệu ứng lắc lư giống như thạch trong video được ghi khi máy ảnh cầm tay hoặc di chuyển nhiều hoặc thậm chí trong ảnh tĩnh khi sử dụng màn trập điện tử (để hoạt động hoàn toàn im lặng).

  Cảm biến CMOS được thiết kế đặc biệt để cho phép quay video tốc độ khung hình cao (chẳng hạn như 120 khung hình / giây trở lên) sẽ thể hiện hiệu ứng màn trập ít hơn. Ngoài ra, chạy cảm biến ở độ phân giải thấp hơn độ phân giải đầy đủ (ví dụ: ghi 1080p trên cảm biến thay vì 4K) có thể chuyển cảm biến sang chế độ đọc nhanh hơn và do đó có hiệu ứng màn trập lăn ít hơn.

  CCD không bị hiệu ứng màn trập lăn.

• Tiếng ồn / chất lượng nói chung

  Mặc dù trước đây đã từng có sự đánh đổi chất lượng trong CMOS, nhưng điều này hiện không đáng kể và thậm chí có thể đã đảo ngược. Chắc chắn đối với các cảm biến lớn (DX, 4/3, FF) không có sự khác biệt thực tế ngoài việc chỉ có sự khác biệt riêng lẻ do thiết kế của cảm biến. Công nghệ CMOS đang chuyển động nhanh chóng và chất lượng hình ảnh đã được cải thiện, đặc biệt là với các cảm biến nhỏ như những cảm biến được sử dụng trong điện thoại thông minh.

  Đối với các cảm biến rất nhỏ như trong máy ảnh compact và điện thoại thông minh, cảm biến CMOS được sử dụng có độ nhạy kém hơn, kết quả là làm cho các pixel quá nhỏ so với kích thước của mạch trên chúng. Tuy nhiên, những cải tiến trong quy trình chế tạo và một công nghệ mới có tên là "Back Side Illumination" (BSI) đã chống lại điều này.

Những máy ảnh chuyên nghiệp vẫn đang ngày càng sử dụng các cảm biến CMOS trong những ngày này và các cảm biến CMOS mà bạn tìm thấy trong chúng ít nhất có hiệu năng tương đương với anh em họ CCD của chúng. Điều đó xảy ra khi công nghệ CMOS đang chuyển động nhanh chóng và nhiều cảm biến tốt nhất hiện nay là CMOS. Trừ khi quay video, không có lý do gì để chọn máy ảnh dựa trên việc nó có cảm biến CCD hay CMOS.

Đừng lo lắng về công nghệ cảm biến, đây có lẽ là điều quan trọng nhất cần xem xét khi quyết định thiết bị của bạn. Nó giống như nghĩ xem phim đen trắng của Kodak hay Fuji là "tốt nhất", mà không xem xét máy ảnh bạn sẽ sử dụng nó, ống kính bạn sẽ sử dụng hay kỹ năng của bạn như một nhiếp ảnh gia.

Nghĩ kính chứ không phải cảm biến.

CCD có thể có "cửa chớp điện tử"; chúng có thể được "tắt" bằng điện tử trước khi màn trập cơ đóng lại.

Với tính năng này, bạn có thể đạt được tốc độ đồng bộ flash cao hơn. Chẳng hạn, các máy ảnh D70 của Nikon và máy ảnh cảm ứng điện tử của nó có thể đồng bộ hóa ở mức 1/500.

Các cảm biến CMOS thường không thể làm được điều này, vì vậy chúng bị giới hạn ở tốc độ màn trập cơ có thể đóng. Chẳng hạn, Nikon D90 có tốc độ đồng bộ flash tối đa là 1 / 250s.

Nguyên tắc làm việc là như nhau trong cả hai hệ thống.

Ánh sáng làm cho các electron trong silicon 'lắc lư' và silicon được khắc theo cách mà sự rung lắc làm cho các electron đó chuyển động theo cùng một hướng. Quá trình này giống như xảy ra trong các tấm pin mặt trời.

Khi hình ảnh được 'đọc' từ cảm biến, mỗi pixel có điện tích được đo (mức độ này xảy ra khác nhau giữa hai) bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi tương tự> kỹ thuật số (AD) và các giá trị này biểu thị mức độ ánh sáng tạo nên hình ảnh.

Những gì phân chia CCD và CMOS là các vật liệu và cấu trúc khác nhau. Điều đó có tác dụng kích thích cách chúng được sử dụng trong thực tế trong nhiếp ảnh. Các cảm biến CMOS có thể được nướng ở bất kỳ xưởng đúc chip nào trong đó các bộ cảm biến yêu cầu một quy trình VLSI phù hợp chỉ có thể tạo ra các chip CCD.

Cả hai hệ thống đều có những đặc điểm mang lại cho chúng một số lợi thế trên giấy tờ. Ngoại trừ một số nhiệm vụ cụ thể (ví dụ như chụp ảnh thiên văn), thật khó để nói rằng hiện tại một trong hai thực sự tốt hơn các nhiệm vụ khác. Cảm biến CMOS rẻ hơn / dễ sản xuất hơn, được hưởng lợi dễ dàng hơn từ những tiến bộ khác trong sản xuất chip, cho phép đọc song song xảy ra và sử dụng ít năng lượng hơn. CCD để lại nhiều diện tích hơn cho các photosite và các đặc tính nhiễu tốt hơn nhưng phải đọc từng dòng một để làm chậm quá trình xử lý. Hiện tại, tiến bộ chip có nghĩa là CMOS có lợi thế trong nhiếp ảnh ngày nay và có khả năng trong thời điểm hiện tại.

Có nhiều sự khác biệt giữa CMOS và CCD. Cảm biến CMOS rẻ hơn nhiều so với cảm biến CCD.
Nó rẻ hơn rất nhiều để sản xuất cảm biến CMOS, sau đó sản xuất dificult để tạo cảm biến CCD.
Cảm biến CMOS tiêu thụ ít năng lượng hơn sau đó cảm biến CCD tốt cho tuổi thọ pin của bạn và quá nóng.
Ngoài ra, bạn có thể tích hợp nhiều chức năng hơn trong chip CMOS đơn, cho phép các nhà sản xuất giảm số lượng chip trong máy ảnh của họ. Ví dụ, chụp và xử lý ảnh có thể được tích hợp trong một chip, giúp giảm chi phí.