ένα άλλο αρθράκι (είναι clopy απο άλλο site) ενδιαφέρον
Αισθητήρες CCD & CMOS
Είναι γεγονός ότι τo τελευταίο διάστημα οι αισθητήρες CMOS καταλαμβάνουν ολοένα και περισσότερα εδάφη των CCD. Τα ερωτήματα λοιπόν που τίθενται είναι ποια από τις δύο τεχνολογίες υπερτερεί και πού, όπως και εάν ο υποψήφιος αγοραστής ενός camcorder ή μίας ψηφιακής φωτογραφικής μηχανής θα πρέπει να έχει ενδοιασμούς...
Πάνω από 100 χρόνια Ιστορίας...
Οι αισθητήρες είναι τα εξαρτήματα εκείνα τα οποία μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρικό ρεύμα. Αποτελούν δηλαδή τον «κινητήρα» των καμερών. Βέβαια όσο απλό ακούγεται αυτό στη θεωρία, τόσο σύνθετο είναι στην πράξη.
Το φυσικό φαινόμενο στο οποίο βασίζεται η λειτουργία τους είναι το φωτοβολταϊκό, που ο Einstein ανακάλυψε το 1905. Μία απλή ερμηνεία του φαινομένου είναι εκείνη βάσει της οποίας τα φωτόνια, οι μεταφορείς της οπτικής ενέργειας, όταν προσπίπτουν πάνω σε ένα σώμα κτυπούν τα ηλεκτρόνια του πυρήνα του με ενέργεια ικανή να τα αποσπάσει από αυτόν.
Ελεύθερα ηλεκτρόνια σημαίνει ροή ρεύματος ανάλογης έντασης με την ένταση της πρόπτωσης, την ορμή εάν θέλετε, των φωτονίων.
Τόσο οι λαμπτήρες φθορίου, που χρησιμοποιούνται και ως Backlight φωτισμός στις τηλεοράσεις LCD, όσο και η αρχή λειτουργίας των οθονών PDP, αποτελούν ‛απλές’ εφαρμογές του φαινομένου.
Η συμβολή των αισθητήρων στη φορητότητα των συσκευών υπήρξε καταλυτική. Πριν από αυτούς, οι φορητές, επαγγελματικές μόνο, κάμερες χρησιμοποιούσαν καθοδικούς σωλήνες, λυχνίες Emitron αρχικά και Vidicom στη συνέχεια, ενώ την ίδια εποχή οι φωτογραφικές μηχανές ήταν ακόμα αναλογικές... o αισθητήρας τους ήταν το φωτοχημικό φιλμ.
Από τις αρχές της δεκαετίας του ’80, οπότε ο όρος της ψηφιακής εικόνας έδωσε το πρώτο «παρών», η αναγκαιότητα της νέας γενιάς αισθητήρων ήταν επιτακτική.
Αισθητήρες CCD…
Τα αρχικά σημαίνουν Charge Coupled Device και η ανακάλυψή τους τοποθετείται χρονικά στα τέλη της δεκαετίας του ’60, το 1969 συγκεκριμένα, από ερευνητές των εργαστηρίων Bell.
Tόσο στις κάμερες όσο και στις φωτογραφικές μηχανές, οι αισθητήρες CCD είναι τοποθετημένοι ακριβώς πίσω από τον φακό. Ο τελευταίος λαμβάνει την εικόνα και την προσαρμόζει σε μέγεθος ίδιο με την επιφάνεια του αισθητήρα, του οποίου η διαγώνιος μπορεί να φθάσει έως και το ½ της ίντσας, ενώ η αναλογία πλευρών του είναι 4:3, 16:9 κ.α. .
Δεν είναι μάλιστα διόλου τυχαίο ότι υπάρχουν τυποποιημένοι συνδυασμοί αισθητήρων και φακών. Η φωτοευαίσθητη επιφάνεια του CCD αποτελείται από χιλιάδες τετράγωνες ή ορθογώνιες «κυψέλες» με μέγεθος της τάξεως του 1/100000 του μέτρου. Οι κυψέλες αυτές είναι τα pixels, τα στοιχεία εικόνας δηλαδή, ο αριθμός των οποίων ορίζει την ανάλυση του αισθητήρα.
Σήμερα η ανάλυση των αισθητήρων έχει ανέλθει στις «ερασιτεχνικές» φωτογραφικές μηχανές στα 15 Megapixel,. Μέχρι πρότινος, τα χαρακτηριστικά του σήματος video (miniDV & MPEG2) με τις 500 γραμμές ανάλυσης είχε λιγότερες απαιτήσεις, με αποτέλεσμα ένας αισθητήρας του ενός Megapixel να είναι αρκετός.
H εξέλιξη όμως των καμερών με την παρουσίαση των μηχανών High Definition ανέβασε τον πήχυ στα 2 Megapixel. Ο αριθμός των αισθητήρων είναι μονός στις χαμηλομεσαίες κάμερες και τριπλός στις κορυφαίες υλοποιήσεις. Στην πρώτη περίπτωση, χρωματικά φίλτρα αναλύουν το φως, ώστε το κάθε pixel να λάβει τη ζητούμενη χρωματική πληροφορία, ενώ στη δεύτερη χρωματικά πρίσματα χωρίζουν το φως στα τρία βασικά χρώματα, RGB, ένα για κάθε αισθητήρα.
Τα πλεονεκτήματα των CCD ξεκινούν από τη... χρονική εμφάνισή τους, αφού στην ουσία δεν υπήρχε ανταγωνιστής. Όπως αναφέρθηκε, οι καθοδικοί σωλήνες που έδιναν λύση έως τότε, ήταν ογκωδέστατοι και αδηφάγοι σε ενέργεια.
Τα CCD λοιπόν επικράτησαν αρχικά εξαιτίας του μεγέθους και της χαμηλής απαιτούμενης ισχύος τους. Τα CCD επίσης έδωσαν πρώτα αξιοπρεπή εικόνα με φωτισμό κάτω από τα 30 Lux, ενώ παράλληλα δεν υπέφεραν από το φαινόμενο του καψίματος της εικόνας σε συνθήκες υψηλού φωτισμού.
Έχοντας λοιπόν το μονοπώλιο, τα CCD εξελίχθηκαν σε όλους τους τομείς με μοναδικό μειονέκτημά τους το υψηλό κόστος κατασκευής. Αυτό ήταν και το μεγάλο... «λάθος» τους ή, καλύτερα, το τρωτό χαρακτηριστικό τους, που έδωσε την ευχέρεια σε μία άλλη τεχνολογία αισθητήρων να αναπτυχθεί σε ανταγωνιστικά επίπεδα.
Αισθητήρες CMOS…
Μπορεί να ακούγεται περίεργο, αλλά οι πρώτοι αισθητήρες CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) έκαναν την εμφάνισή τους δύο χρόνια νωρίτερα από τους CCD, το 1967 συγκεκριμένα.
Τόσο η αρχή λειτουργίας όσο και η δομή των αισθητήρων CMOS είναι ανάλογες των CCD. H βασική τους διαφορά είναι ο τρόπος κατασκευής και αποτελεί το βασικό πλεονέκτημα των CMOS έναντι των CCD.
Oι αισθητήρες CMOS κατασκευάζονται με τη μέθοδο της λιθογραφίας, ανάλογης τεχνικής δηλαδή με εκείνη που κατασκευάζονται οι επεξεργαστές για τους υπολογιστές.
Το στοιχείο αυτό μπορεί να μην σημαίνει -εύλογα- τίποτα για τους περισσότερους, όμως η αναλογία κόστους της τάξεως του 1/10 σημαίνει πολλά. Επίσης ένα ισχυρό προσόν της χρήσης λιθογραφίας είναι ότι η ανάλυση μπορεί να αυξηθεί πολύ πιο εύκολα.
Πέρα από το ότι οι αισθητήρες CMOS είναι πολύ πιο φθηνοί σε κόστος από τους CCD, απαιτούν και απλούστερη διαδικασία «συναρμολόγησης» στη μηχανή που θα τοποθετηθούν. Δεν είναι λίγες μάλιστα οι υλοποιήσεις που οι αισθητήρες είναι τοποθετημένοι πάνω στην πλακέτα με τα ηλεκτρονικά της μηχανής.
Παρ’ όλα αυτά, οι αισθητήρες CMOS άργησαν πολύ να γίνουν ανταγωνιστικοί ως προς τους CCD, εξαιτίας των προβλημάτων που είχαν και τα οποία τούς οριοθετούσαν σε εφαρμογές που δεν είχαν υψηλές απαιτήσεις ως προς την ποιότητα εικόνας.
Το κυριότερο πρόβλημα των πρώτων γενιών CMOS ήταν ότι ήταν εξαιρετικά επιρρεπείς σε παρεμβολές, γεγονός που μεταφραζόταν σε αυξημένα ποσοστά θορύβου στην εικόνα.
Σήμερα, έχοντας ξεπεράσει τις αρχικές αδυναμίες τους, προσφέρουν εφάμιλλη ποιότητα με τους CCD, με εικόνα χαμηλού θορύβου και υψηλής ανάλυσης και, το κυριότερο, με κόστος τόσο χαμηλό που δεν έχει αφήσει «ασυγκίνητο» κανέναν από τους κατασκευαστές καμερών και ψηφιακών φωτογραφικών μηχανών.