➤ Sensor de imagem CMOS - O que são sensores de imagem? 🕹

Os sensores afetam as imagens mais do que você pensa. Um sensor de imagem CMOS é um tipo de tecnologia de sensor de imagem dentro de algumas câmeras digitais, consistindo em um circuito integrado que grava uma imagem. Você pode pensar no sensor de imagem como uma câmera de filme antiga.

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O sensor de semicondutor de óxido metálico complementar (CMOS) consiste em milhões de sensores de pixel, cada um dos quais inclui um fotodetector. Quando a luz entra na câmera através da lente, ela atinge o sensor de imagem CMOS, fazendo com que cada fotodetector acumule uma carga elétrica com base na quantidade de luz que o atinge.

A câmera digital então converte a carga em uma leitura digital, que determina a intensidade da luz medida em cada fotodetector, bem como a cor. O software usado para visualizar as fotos converte essas leituras em pixels individuais que compõem a foto quando vistos em conjunto.

O que são sensores de imagem?

Todas as câmeras digitais possuem um sensor de imagem que captura informações para criar uma fotografia. Existem dois tipos principais de sensores de imagem - CMOS e CCD - e cada um tem suas próprias vantagens.

Como funciona um sensor de imagem?

A maneira mais simples de entender o sensor de imagem é pensar nele como o equivalente a um filme. Quando o botão do obturador de uma câmera digital é pressionado, a luz entra na câmera. A imagem é exposta no sensor da mesma forma que seria exposta em um pedaço de filme em uma câmera de filme 35mm.

Os sensores das câmeras digitais são compostos de pixels que coletam fótons (pacotes de energia luminosa) que são convertidos em carga elétrica pelo fotodiodo. Por sua vez, essa informação é convertida em valor digital pelo conversor analógico para digital (ADC), permitindo que a câmera processe os valores na imagem final.

Câmeras DSLR e câmeras point-and-shoot usam principalmente dois tipos de sensores de imagem: CMOS e CCD.

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O que é um sensor de imagem CCD?

Os sensores do dispositivo de carga acoplada convertem medições sequenciais de pixel usando os circuitos que cercam o sensor. Os CCDs usam um único amplificador para todos os pixels.

Os CCDs são produzidos em empresas com equipamentos especializados. Essa complexidade se reflete em seu custo muitas vezes mais alto.

As vantagens de um sensor CCD sobre um sensor CMOS são diferentes:

Menos ruído e imagens geralmente de maior qualidade, principalmente em condições de pouca luz
Melhor profundidade de cor porque a faixa dinâmica do sensor geralmente é duas vezes maior que a dos sensores CMOS
Maior resolução e sensibilidade à luz

O que é um sensor de imagem CMOS?

Sensores semicondutores de óxido metálico complementar convertem simultaneamente as medições de pixel, usando os circuitos do próprio sensor. Os sensores CMOS usam amplificadores separados para cada pixel.

Os sensores CMOS são comumente usados em DSLRs porque são mais rápidos e baratos que os sensores CCD. Tanto a Nikon quanto a Canon usam sensores CMOS em suas câmeras DSLR de última geração.

O sensor CMOS também tem suas vantagens:

Velocidade de processamento mais rápida porque os pixels ativos e o ADC estão no mesmo chip
Consumo de energia reduzido, até 100 vezes menor que um CCD
Funções de câmera integradas, como exposição automática, codificação de cores e compressão de imagem diretamente no chip
Evita “manchas” quando uma imagem é superexposta
Processo de fabricação mais barato
A qualidade melhorou muito desde a sua introdução

Velocidade do obturador

Sensores de matriz de filtro de cores

Uma matriz de filtros de cores é montada na parte superior do sensor para capturar os componentes vermelho, verde e azul da luz que incide no sensor. Portanto, cada pixel é capaz de medir apenas uma cor. As outras duas cores são calculadas pelo sensor com base nos pixels circundantes.

Embora essa abordagem possa afetar ligeiramente a qualidade da imagem, dificilmente é perceptível nas câmeras de alta resolução atuais. A maioria das DSLRs atuais usa essa tecnologia.

Sensores Foveon

Os olhos humanos são sensíveis às três cores primárias vermelho, verde e azul e outras cores são processadas por uma combinação de cores primárias. Na fotografia de filme, as diferentes cores primárias expõem a camada química correspondente do filme.

Da mesma forma, os sensores Foveon possuem três camadas de sensores, cada um medindo uma das cores primárias. Uma imagem é produzida combinando essas três camadas para produzir um mosaico de ladrilhos quadrados. Esta ainda é uma tecnologia relativamente nova que está em uso em algumas câmeras Sigma.

CMOS vs. CCD

O CMOS usa uma tecnologia ligeiramente diferente do CCD, que é outro tipo de sensor de imagem encontrado em câmeras digitais. Mais câmeras digitais usam a tecnologia CMOS do que CCDs porque os sensores de imagem CMOS consomem menos energia e podem transmitir dados mais rapidamente que o CCD.

Os sensores de imagem CMOS tendem a custar um pouco mais que o CCD.

Nos primórdios das câmeras digitais, as baterias eram maiores porque as câmeras eram maiores e, portanto, o alto consumo de energia do CCD não era uma preocupação significativa. Mas com a redução do tamanho das câmeras digitais, que exigem baterias menores, o CMOS se tornou a melhor opção.

E como os sensores de imagem viram o número de pixels que gravam aumentar constantemente, a capacidade de um sensor de imagem CMOS de mover dados mais rapidamente para o chip e outros componentes da câmera do que o CCD se tornou mais valiosa.

Vantagens do CMOS

Uma área em que o CMOS realmente tem uma vantagem sobre outras tecnologias de sensor de imagem é nas tarefas que ele é capaz de realizar em um chip, em vez de enviar os dados do sensor de imagem para o firmware ou software da câmera para determinadas tarefas.

Por exemplo, um sensor de imagem CMOS pode realizar a redução de ruído diretamente no chip, economizando tempo ao mover dados pela câmera.

O sensor de imagem CMOS também realiza processos de conversão analógico-digital no chip, o que os sensores de imagem CCD não conseguem. Algumas câmeras também farão o trabalho de foco automático no sensor de imagem CMOS, melhorando novamente a velocidade geral da câmera.

Melhorias contínuas no CMOS

À medida que os fabricantes de câmeras migraram para a tecnologia CMOS, mais pesquisas foram realizadas sobre a tecnologia, resultando em melhorias notáveis.

Por exemplo, enquanto os sensores de imagem CCD eram mais baratos que o CMOS para produção, o foco adicional da pesquisa em sensores de imagem CMOS permitiu que o custo do CMOS continuasse a cair.

Uma área em que essa ênfase na pesquisa beneficiou o CMOS é a tecnologia de baixa luminosidade. Os sensores de imagem CMOS continuam mostrando melhorias em sua capacidade de gravar imagens com resultados decentes em fotografia com pouca luz.

Os recursos de redução de ruído da tecnologia CMOS aumentaram constantemente nos últimos anos, melhorando ainda mais a capacidade do sensor de imagem CMOS de ter um bom desempenho em condições de pouca luz.

Outra melhoria recente do CMOS foi a introdução da tecnologia de sensor de imagem retroiluminado, na qual os fios que movem os dados do sensor de imagem para a câmera foram movidos da frente do sensor de imagem, onde bloqueiam parte da luz que afeta o sensor, tornando o sensor de imagem CMOS capaz de funcionar melhor com pouca luz, mantendo a capacidade do chip de mover dados em altas velocidades em comparação com os sensores de imagem CCD.