➤ Sensor de imagen CMOS - ¿Qué son los sensores de imagen? 🕹

Los sensores impactan las imágenes más de lo que piensas. Un sensor de imagen CMOS es un tipo de tecnología de sensor de imagen dentro de algunas cámaras digitales, que consiste en un circuito integrado que graba una imagen. Puede pensar en el sensor de imagen como una cámara de cine antigua.

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El sensor semiconductor de óxido de metal complementario (CMOS) consta de millones de sensores de píxeles, cada uno de los cuales incluye un fotodetector. Cuando la luz ingresa a la cámara a través de la lente, golpea el sensor de imagen CMOS, lo que hace que cada fotodetector acumule una carga eléctrica según la cantidad de luz que lo golpea.

Luego, la cámara digital convierte la carga en una lectura digital, que determina la intensidad de la luz medida en cada fotodetector, así como el color. El software utilizado para ver las fotos convierte estas lecturas en los píxeles individuales que forman la foto cuando se ven juntos.

¿Qué son los sensores de imagen?

Todas las cámaras digitales tienen un sensor de imagen que captura información para crear una fotografía. Hay dos tipos principales de sensores de imagen, CMOS y CCD, y cada uno tiene sus propias ventajas.

¿Cómo funciona un sensor de imagen?

La forma más sencilla de entender el sensor de imagen es pensar en él como el equivalente a una película. Cuando se presiona el botón del obturador de una cámara digital, la luz entra en la cámara. La imagen se expone en el sensor de la misma manera que se expondría en una película en una cámara de película de 35 mm.

Los sensores de las cámaras digitales están formados por píxeles que recogen fotones (paquetes de energía luminosa) que el fotodiodo convierte en una carga eléctrica. A su vez, esta información es convertida en un valor digital por el convertidor de analógico a digital (ADC), lo que permite que la cámara procese los valores en la imagen final.

Las cámaras DSLR y las cámaras de apuntar y disparar utilizan principalmente dos tipos de sensores de imagen: CMOS y CCD.

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¿Qué es un sensor de imagen CCD?

Los sensores del dispositivo de carga acoplada convierten las mediciones de píxeles secuenciales utilizando los circuitos que rodean el sensor. Los CCD utilizan un solo amplificador para todos los píxeles.

Los CCD se producen en empresas con equipos especializados. Esta complejidad se refleja en su costo a menudo más alto.

Las ventajas de un sensor CCD sobre un sensor CMOS son diferentes:

Menos ruido y, en general, imágenes de mayor calidad, especialmente en condiciones de poca luz
Mejor profundidad de color porque el rango dinámico del sensor suele ser el doble que el de los sensores CMOS
Mayor resolución y sensibilidad a la luz

¿Qué es un sensor de imagen CMOS?

Los sensores semiconductores de óxido de metal complementarios convierten simultáneamente las mediciones de píxeles, utilizando los circuitos del propio sensor. Los sensores CMOS usan amplificadores separados para cada píxel.

Los sensores CMOS se usan comúnmente en las DSLR porque son más rápidos y económicos que los sensores CCD. Tanto Nikon como Canon utilizan sensores CMOS en sus cámaras DSLR de gama alta.

El sensor CMOS también tiene sus ventajas:

Velocidad de procesamiento más rápida porque los píxeles activos y el ADC están en el mismo chip
Consumo de energía reducido, hasta 100 veces menor que un CCD
Funciones de cámara integradas como exposición automática, codificación de colores y compresión de imágenes directamente en el chip
Evita las "manchas" cuando una imagen está sobreexpuesta
Proceso de fabricación menos costoso.
La calidad ha mejorado mucho desde su introducción.

Velocidad de obturación

Sensores de matriz de filtros de color

Se monta una matriz de filtros de color en la parte superior del sensor para capturar los componentes rojo, verde y azul de la luz que cae sobre el sensor. Por lo tanto, cada píxel es capaz de medir un solo color. Los otros dos colores los calcula el sensor en función de los píxeles circundantes.

Si bien este enfoque puede afectar levemente la calidad de la imagen, apenas se nota en las cámaras de alta resolución actuales. La mayoría de las DSLR actuales utilizan esta tecnología.

Sensores Foveon

Los ojos humanos son sensibles a los tres colores primarios rojo, verde y azul y otros colores son procesados por una combinación de colores primarios. En la fotografía de película, los diferentes colores primarios exponen la capa química correspondiente de la película.

Asimismo, los sensores Foveon tienen tres capas de sensores, cada uno de los cuales mide uno de los colores primarios. Se produce una imagen al combinar estas tres capas para producir un mosaico de mosaicos cuadrados. Esta es todavía una tecnología bastante nueva que se usa en algunas cámaras Sigma.

CMOS frente a CCD

CMOS utiliza una tecnología ligeramente diferente a CCD, que es otro tipo de sensor de imagen que se encuentra en las cámaras digitales. Más cámaras digitales usan tecnología CMOS que CCD porque los sensores de imagen CMOS consumen menos energía y pueden transmitir datos más rápido que el CCD.

Los sensores de imagen CMOS tienden a costar un poco más que el CCD.

En los primeros días de las cámaras digitales, las baterías eran más grandes porque las cámaras eran más grandes y, por lo tanto, el alto consumo de energía del CCD no era una preocupación importante. Pero con la reducción del tamaño de las cámaras digitales, que requieren baterías más pequeñas, CMOS se ha convertido en la mejor opción.

Y como los sensores de imagen han visto aumentar constantemente la cantidad de píxeles que registran, la capacidad de un sensor de imagen CMOS para mover datos más rápido al chip y otros componentes de la cámara que el CCD se ha vuelto más valiosa.

Ventajas de CMOS

Un área en la que CMOS realmente tiene una ventaja sobre otras tecnologías de sensores de imagen es en las tareas que es capaz de realizar en un chip, en lugar de enviar los datos del sensor de imagen al firmware o software de la cámara para ciertas tareas de procesamiento.

Por ejemplo, un sensor de imagen CMOS puede realizar la reducción de ruido directamente en el chip, ahorrando tiempo al mover datos alrededor de la cámara.

El sensor de imagen CMOS también realiza procesos de conversión de analógico a digital en el chip, que los sensores de imagen CCD no pueden. Algunas cámaras también realizarán un trabajo de enfoque automático en el sensor de imagen CMOS, mejorando nuevamente la velocidad general de la cámara.

Mejoras continuas en CMOS

A medida que los fabricantes de cámaras migraron a la tecnología CMOS, se realizaron más investigaciones sobre la tecnología, lo que resultó en mejoras notables.

Por ejemplo, mientras que los sensores de imagen CCD eran menos costosos que los CMOS para la producción, el mayor enfoque de la investigación en los sensores de imagen CMOS ha permitido que el costo de los CMOS siga bajando.

Un área donde este énfasis en la investigación ha beneficiado a CMOS es la tecnología de poca luz. Los sensores de imagen CMOS continúan mostrando mejoras en su capacidad para grabar imágenes con resultados decentes en fotografía con poca luz.

Las capacidades de reducción de ruido de la tecnología CMOS han aumentado constantemente en los últimos años, mejorando aún más la capacidad del sensor de imagen CMOS para funcionar bien en condiciones de poca luz.

Otra mejora reciente del CMOS fue la introducción de la tecnología de sensor de imagen retroiluminada, en la que los cables que mueven los datos del sensor de imagen a la cámara se movieron desde la parte frontal del sensor de imagen, donde bloquean parte de la luz que afecta el sensor, lo que hace que el sensor de imagen CMOS pueda funcionar mejor con poca luz, al tiempo que conserva la capacidad del chip para mover datos a altas velocidades en comparación con los sensores de imagen CCD.