Quelle est la différence entre les capteurs d'image CCD et CMOS?

Je continue à lire des articles sur les capteurs d'image CCD vs CMOS. Quelle est la différence entre ces deux types? Que font exactement ces capteurs en termes de photographie?

Une caméra basée sur CCD sera-t-elle capable de rivaliser dans le futur? Si j'en achète un, puis-je compter sur celui-ci pendant quelques années ou serait-il préférable de passer à un appareil photo doté d'un capteur basé sur CMOS?

Les deux technologies ont le même objectif: échantillonner et enregistrer la quantité de lumière frappant chaque pixel. Ils travaillent simplement différemment pour atteindre cet objectif. Les pixels sur un CCD ne contiennent aucun circuit actif, juste un petit "bac capacitif" qui stocke passivement une charge jusqu'à ce qu'il puisse être décalé le long du bac suivant, et éventuellement hors du capteur et lu par le circuit ensuite. Un capteur CMOS est fondamentalement un capteur sur un grand circuit intégré. Il comprend un petit circuit actif comprenant des transistors dans chaque pixel, ce qui permet à chaque pixel de mesurer et de maintenir activement la charge qui la frappe, plutôt que de la maintenir passivement jusqu'à ce qu'elle soit déplacé pour la lecture.

Les deux ont des forces et des faiblesses - certaines des plus importantes impliquent le mode vidéo (ou mode de visualisation en direct).

• Stries verticales

  En mode d'affichage en direct ou en mode vidéo, les capteurs CCD présentent des traînées verticales, où les points lumineux lumineux dans le cadre, même au bord, peuvent créer une ligne lumineuse verticale du haut vers le bas du cadre. Ceci est causé par le courant provenant d'un seul pixel "débordant" et fuyant sur toute la ligne. Notez que les caméras vidéo professionnelles qui utilisent des capteurs CCD (et coûtent des milliers de dollars) ont des circuits pour minimiser cela. De plus, lorsqu'ils sont utilisés pour des images fixes, c'est-à-dire en mode d'affichage en direct / vidéo, les CCD fonctionnent dans un mode différent qui n'est pas sujet aux rayures verticales.

  Les capteurs CMOS ne présentent aucune traînée, chaque pixel ayant son propre circuit isolé des autres pixels.

• Volet roulant

  Les capteurs CMOS présentent un effet d'obturateur roulant en mode d'affichage en direct ou en mode vidéo, ou à tout moment où ils n'utilisent pas d'obturateur physique ou mécanique. Au lieu de capturer la totalité du cadre en une fois, les informations sont lues les unes après les autres à partir de chaque ligne du cadre. Le temps que cela prend varie d'une caméra à l'autre, mais 1/30 ou 1/60 correspond à la durée typique d'une lecture complète du capteur (à pleine résolution). Cela crée un effet de vacillement semblable à une gelée dans une vidéo enregistrée lorsque la caméra est portable ou bouge beaucoup, ou même dans des images fixes, lors de l'utilisation d'un obturateur électronique (pour un fonctionnement totalement silencieux).

  Les capteurs CMOS spécialement conçus pour permettre la capture vidéo à fréquence d'images élevée (120 ips ou plus, par exemple) présenteront un effet de volet roulant plus faible. En outre, le fait de faire fonctionner un capteur à une résolution inférieure à la résolution maximale (par exemple, en enregistrant en 1080p sur un capteur au lieu de 4K) peut faire passer le capteur à un mode de lecture plus rapide et ainsi réduire l’effet de l’obturateur.

  Le CCD ne souffre pas de l’effet volet roulant.

• Bruit / qualité en général

  Alors qu’il y avait un compromis de qualité dans la SCMO, c’est maintenant négligeable et peut même s’être inversé. Certes, pour les grands capteurs (DX, 4/3, FF), il n’ya pas de différence pratique en dehors des différences individuelles dues à la conception du capteur. La technologie CMOS évolue rapidement et la qualité de l’image s’améliore, en particulier avec les petits capteurs tels que ceux utilisés dans les smartphones.

  Pour les très petits capteurs tels que les appareils photo compacts et les smartphones, les capteurs CMOS avaient généralement une sensibilité plus faible, ce qui résultait en une réduction du nombre de pixels par rapport à la taille du circuit. Cependant, des améliorations des processus de fabrication et une nouvelle technologie appelée "Back Side Illumination" (BSI) ont permis d'éviter ce problème.

Les caméras fixes professionnelles utilisent de plus en plus de capteurs CMOS ces derniers temps, et les capteurs CMOS que vous y trouverez ont des performances au moins égales à celles de leurs cousins ​​CCD. Il se trouve que la technologie CMOS évolue rapidement pour le moment et que bon nombre des meilleurs capteurs de nos jours sont les CMOS. Sauf si vous enregistrez une vidéo, il n'y a aucune raison de choisir une caméra en fonction de son capteur CCD ou CMOS.

Ne vous inquiétez pas pour la technologie des capteurs, c'est probablement la chose la moins importante à prendre en compte lors du choix de votre équipement. Ce serait comme se demander si le film noir et blanc Kodak ou Fuji est "préférable", sans tenir compte de l'appareil photo dans lequel vous allez l'utiliser, des objectifs que vous allez utiliser ou de vos compétences en tant que photographe.

Pensez au verre, pas au capteur.

Les CCD peuvent avoir des "obturateurs électroniques"; ils peuvent être "désactivés" électroniquement avant la fermeture de l'obturateur mécanique.

Avec cette fonctionnalité, vous pouvez atteindre des vitesses de synchronisation du flash plus élevées. Par exemple, le Nikon D70 et son CCD à obturateur électronique peuvent se synchroniser à 1 / 500s.

Les capteurs CMOS ne peuvent généralement pas y parvenir. Ils sont donc limités à la vitesse de fermeture de l'obturateur mécanique. Le Nikon D90, par exemple, a une vitesse de synchronisation du flash maximale de 1 / 250s.

Le principe de fonctionnement est le même dans les deux systèmes.

La lumière fait "bouger" les électrons dans le silicium et le silicium est gravé de manière à ce que le tremblement fasse bouger ces électrons dans le même sens. Ce processus est le même que celui des panneaux solaires.

Lorsque l'image est "lue" par le capteur, la charge est mesurée (la différence varie entre les deux) pour chaque pixel à l'aide d'un convertisseur analogique> numérique (AD) et ces valeurs représentent les niveaux de lumière constituant l'image.

Ce qui divise le CCD et le CMOS, c'est que les matériaux et la construction diffèrent. Cela se répercute sur la manière dont ils sont utilisés en photographie. Les capteurs CMOS peuvent être cuits dans à peu près n'importe quelle fonderie de puces où les capteurs CCD nécessitent un processus VLSI adapté qui ne permet de fabriquer que des puces CCD.

Les deux systèmes ont des caractéristiques qui leur donnent un avantage sur papier. Hormis certaines tâches spécifiques (astrophotographie, par exemple), il est difficile de dire qu’à l’heure actuelle l’une ou l’autre est meilleure que l’autre. Les capteurs CMOS sont moins chers et plus faciles à produire, bénéficient plus facilement des autres avancées en matière de fabrication de puces, permettent des lectures en parallèle et utilisent moins d'énergie. Le CCD laisse plus de surface disponible pour le photosite et de meilleures caractéristiques de bruit, mais doit être lu ligne par ligne, ce qui ralentit le traitement. Actuellement, les progrès de la puce signifient que la technologie CMOS est à la pointe de la photographie et devrait l’être pour le moment.

Il y a plus de différences entre CMOS et CCD. Les capteurs CMOS sont beaucoup moins chers que les capteurs CCD.
Il est beaucoup moins coûteux de produire un capteur CMOS, puis de produire un capteur difficile à fabriquer.
Le capteur CMOS consomme moins d'énergie que le capteur CCD, ce qui est bon pour la vie de votre batterie et la surchauffe.
En outre, vous pouvez intégrer beaucoup plus de fonctions dans une seule puce CMOS, ce qui permet aux fabricants de réduire le nombre de puces dans leurs appareils photo. Par exemple, la capture et le traitement des images peuvent être intégrés dans une puce, ce qui réduit les coûts.