Poradniki Eksperta

Matryce CCD a CMOS


Zanim dokonamy wyboru między tymi dwoma typami matryc do aparatów fotograficznych, musimy poznać zasadę działania każdej z nich. To konieczne, by zrozumieć, na czym polega proces zapisu obrazu na tej, najważniejszej części aparatu. Obie działają podobnie – efekt jest ten sam, zarejestrowany na matrycy obraz jest zapisywany na nośniku pamięci. Jednak matryce CCD od CMOS różni wiele elementów, dlatego prosty wybór jednej lub drugiej wcale nie jest oczywisty. Także dlatego, że w pewnym sensie wybór ten determinowany jest przez wybór określonego modelu aparatu fotograficznego.



matryce ccd a cmos


Matryca CCD


Matryca CCD (ang. charge-coupled device) skonstruowana została pod koniec lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku dla celów naukowych. Pierwszy model matrycy CCD o wielkości 100 × 100 pikseli powstał dopiero w roku 1973. Jest to układ wielu elementów światłoczułych, z których każdy rejestruje, a następnie pozwala odczytać, sygnał elektryczny proporcjonalny do ilości padającego na niego światła. Kiedy foton, czyli cząstka elementarna, będąca nośnikiem oddziaływań elektromagnetycznych uderzy w atom, może spowodować przeskoczenie elektronu na wyższą powłokę, a w niektórych przypadkach uwolnienie nośnika ładunku, które gromadzą się w kondensatorach.


Matryca CCD sama w sobie nie rozróżnia barw, lecz służy jedynie jako liczydło dla padających na nią fotonów. Ponieważ przed samym sensorem umieszczony jest filtr barwny RGB informacje sczytane z matrycy, trafiają do procesora, który za pomocą skomplikowanych algorytmów przetwarza uzyskane dane i efekt wyjściowy zapisuje do pliku. RGB to model wynikający z właściwości odbiorczych ludzkiego oka, w którym wrażenie widzenia dowolnej barwy można wywołać przez zmieszanie w ustalonych proporcjach trzech wiązek światła o barwie czerwonej, zielonej i niebieskiej. Jego nazwa powstała ze złożenia pierwszych liter angielskich nazw barw: R – red (czerwonej), G – green (zielonej) i B – blue (niebieskiej), z których model ten się składa.


Matryce CCD klasyfikowane są według dwóch kryteriów – fizycznej wielkości matrycy i sposobu ich produkcji. Pierwsze kryterium jest oczywiste — najmniejsze stosowane są w najtańszych cyfrówkach i mogą mieć jedynie 4,54 × 3,42 mm (1/3,2 cala). W średniej klasy kompaktach stosuje się matryce o wymiarach 7,20 × 5,35 mm (czyli 1/1,8 cala), a w nowoczesnych lustrzankach stosuje się obecnie matryce o wymiarach klatki filmu małoobrazkowego, czyli 36,00 × 24,00 mm, czyli tak zwana pełna klatka. Warto wiedzieć, że z tych liczb nie można obliczyć prawdziwej wielkości matrycy, są to jedynie symbole oznaczające jej wielkość. Wywodzą się one z lat 50. ubiegłego wieku, kiedy zaczęto doświadczenia z telewizją. Element rejestrujący obraz umieszczany był na końcu rury szklanej o średnicy wyrażanej ułamkiem cala (1 cal = 25,4 mm).


Kryterium drugie jest bardziej skomplikowane; w zwykłej, tradycyjnej matrycy CCD pojedynczy piksel jest kwadratem. Są też matryce, w których piksele są ośmiokątne – Super CCD czy Super CCD SR (o podwyższonej dynamice barwnej), w których każdy ośmiokątny piksel składa się z dwóch fotodiod zamiast jednej.



Matryca CMOS


Konkurencyjna dla CCD jest technologia budowy matryc – CMOS (ang. Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Technologia ta polega na tworzeniu układów tranzystorów MOS zbudowanych z trzech warstw: płytki wyciętej z monokryształu krzemu, na który napyla się bardzo cienką warstwę krzemionki (izolator), na którą z kolei napyla się równie cienką warstwę metalu, na przykład złota (przewodnik). Stosunkowo niedawno matryce CMOS przystosowane zostały do zapisu obrazu. Ogólna zasada działania matrycy CMOS jest identyczna z CCD – tutaj także zgromadzony ładunek zamieniany jest na impuls elektryczny. Różnica polega na sposobie tej zamiany, a także możliwością dostępu do każdego pojedynczego piksela we współrzędnych (x, y). W matrycy CMOS każdy piksel posiada konwerter zgromadzonego ładunku na napięcie. Droższe i bardziej zaawansowane modele posiadają również dedykowane do pojedynczych pikseli przetworniki analogowo – cyfrowe (DAC). Takie rozwiązanie pozwala na zwiększenie prędkości odczytu danych i co za tym idzie, usprawnienia pracy aparatu fotograficznego lub kamery. Matryce CMOS występują także w różnych odmianach: Exmor, LiveMos, X-Trans. Jednak coraz bardziej popularnym typem sensorów CMOS jest BSI CMOS (ang. „Backside Illumination” – oświetlenie od tyłu), czyli technologia pozwalająca zwiększyć czułość sensora, gdzie elementy światłoczułe zostały rozmieszczone inaczej, niż w klasycznych matrycach CMOS. Matryce CMOS możemy spotkać w aparatach różnych klas od najprostszych do najbardziej zaawansowanych.


Matryce CCD a CMOS


Każdy z typów matryc ma swoje wady i zalety, a wyboru powinniśmy dokonywać na podstawie typu fotografii, który najbardziej nas interesuje. Zanim jednak dokonamy jakiegoś wyboru, warto przyjrzeć się cechom szczególnym matryc – ich wadom i zaletom.


Zalety matryc CCD:


większa światłoczułość w porównaniu z matrycą CMOS,

możliwe osiąganie obrazów o większej rozdzielczości,

brak efektu rolling shutter (powstaje przy fotografowaniu albo filmowaniu szybko poruszających się obiektów),

lepsze odwzorowanie barw przy niskiej światłoczułości.


Zalety matryc CMOS:


małe zakłócenia w przesyłaniu danych, w związku z małą odległością fotodioda-przetwornik A/C,

niski koszt produkcji i pobór mocy,

szybki odczyt,

możliwość odczytu wybranych pikseli (wykorzystywane przy ustawianiu ostrości).


Wady matryc CCD:


matryce CCD są wolniejsze od CMOS,

wyższe zużycie energii w porównaniu z matrycą CMOS,

gorsza jakość odwzorowania barw.


Wady matryc CMOS:


mniejsza światłoczułość w porównaniu z CCD, ponieważ część matrycy nie jest światłoczuła (tam, gdzie są przetworniki),

większe zakłócenia własne pojawiające się szczególnie przy długich czasach naświetlania,

niższa dynamika.


Matryce CCD cechują się większą czułością i mniejszymi szumami – kosztem dużego zapotrzebowania na prąd. Matryce CMOS z kolei są szybsze, a do działania nie potrzebują tak dużej ilości prądu – kosztem mniejszej czułości i większych szumów. Trudno więc jednoznacznie określić, która z matryc w tym pojedynku jest zwycięska. Znajomość tych zagadnień nie jest konieczna do robienia dobrych zdjęć, ale na pewno umożliwia pełniejsze wykorzystanie możliwości aparatu cyfrowego.


Powrót

Zapisz się na niskie ceny!

Zostaw nam swój e-mail, aby otrzymywać informacje o nowościach oraz gazetkę promocyjną

Sprzedaż dla firm i instytucji

Ubezpieczenia "Gwarancja PLUS"

Zakupy na raty przez internet

Karty podarunkowe Media Expert