Quando uma câmera é desenvolvida, existem duas tecnologias
principais possíveis para o sensor de imagem: o CCD e o CMOS. CCD e CMOS são os
componentes críticos que funcionam como o filme digital da câmera. Este artigo
tem o objetivo de mostrar as principais diferenças entre os dois tipos
principais de sensores de imagem, procurando fornecer informações úteis para a
determinação do tipo mais adequado de câmera.
Tecnologia CCD
CCD é a abreviatura do termo inglês em Charge Coupled
Device, como tradução próxima teriamos Dispositivo de Carga Acoplada, que
denomina a tecnologia básica de operação do sensor, onde são transferidos
sinais elétricos referentes a linhas de acordo com a carga de cada ponto da matriz,
esta tecnologia vem sendo usada a um longo tempo na fabricação de câmeras para
CFTV, multimédia e gravação doméstica. Hoje em dia a maioria das câmeras de
qualidade possuem o CCD como sensor.
Os benefícios da utilização do sensor CCD incluem...
- Melhor sensibilidade: Os CCDs podem produzir imagens de
boa qualidade mesmo em condições de baixa iluminação. Principalmente os modelos
P&B.
- Melhores cores e imagem mais nítida: Nos últimos anos os sensores CMOS tem reduzido a lacuna tecnológica entre as duas tecnologias. Porém o CCD se mantém superior e será a melhor opção para os próximos anos.
- Nível de qualidade alto e padronizado: Tipicamente o desvio de características entre dois CCDs do mesmo modelo são mínimos.
- Baixo nível de ruído de fundo: Um CCD produz muito menos ruído de fundo do que um sensor CMOS.
- Melhores cores e imagem mais nítida: Nos últimos anos os sensores CMOS tem reduzido a lacuna tecnológica entre as duas tecnologias. Porém o CCD se mantém superior e será a melhor opção para os próximos anos.
- Nível de qualidade alto e padronizado: Tipicamente o desvio de características entre dois CCDs do mesmo modelo são mínimos.
- Baixo nível de ruído de fundo: Um CCD produz muito menos ruído de fundo do que um sensor CMOS.
Algumas desvantagens da tecnologia CCD incluem:
- Maior custo de produção: O sensor CCD é produzido por um
processo diferenciado de maior custo; portanto a unidade tem um preço mais alto
em relação aos sensores CMOS.
- Maior custo e complexidade de incorporação: É mais complexa a construção de uma câmera baseada em sensor CCD, assim como são necessários componentes adicionais.
- Quando existe um objeto muito brilhante na cena (ex. uma lâmpada ou luz direta do sol), o CCD pode ser ofuscar causando listras verticais acima e abaixo do objeto. Este fenômeno é chamado “blooming and smear” (florescimento e mancha).
- Maior custo e complexidade de incorporação: É mais complexa a construção de uma câmera baseada em sensor CCD, assim como são necessários componentes adicionais.
- Quando existe um objeto muito brilhante na cena (ex. uma lâmpada ou luz direta do sol), o CCD pode ser ofuscar causando listras verticais acima e abaixo do objeto. Este fenômeno é chamado “blooming and smear” (florescimento e mancha).
Tecnologia CMOS
A tecnologia CMOS é a tecnologia padrão utilizada na maioria
dos chips, circuitos integrados e semicondutores produzidos no mundo, incluindo
chips de memórias, microprocessadores e muitos outros. Isto torna a tecnologia
muito mais acessível do que a tecnologia CCD.
Algumas características do CMOS:
- Custo mais baixo graças ao processo padrão de fabricação e
da não necessidade de componentes especiais.
- Em ambientes de baixa iluminação, um padrão fixo de ruído aparece. Isto pode ser visto como pequenos pontos ou linhas de ruído na imagem.
- É mais fácil de projetar uma câmera baseada em CMOS do que em CCD. Um sensor CMOS permite que seja produzida uma câmera com menos componentes e com tamanho reduzido.
- Muito utilizados em Web-Cams domésticas, para pequenas aplicações de vídeo-confência e chats, devido ao baixo custo.
- Em ambientes de baixa iluminação, um padrão fixo de ruído aparece. Isto pode ser visto como pequenos pontos ou linhas de ruído na imagem.
- É mais fácil de projetar uma câmera baseada em CMOS do que em CCD. Um sensor CMOS permite que seja produzida uma câmera com menos componentes e com tamanho reduzido.
- Muito utilizados em Web-Cams domésticas, para pequenas aplicações de vídeo-confência e chats, devido ao baixo custo.
Algumas das desvantagens da tecnologia CMOS:
- Baixa sensibilidade de iluminação: Para operar
corretametne, o sensor CMOS requer um ambiente bem iluminado.
- Maior relação de ruído do que CCDs.
- As tecnologias mais atuais de sensores CMOS, tem fornecido uma qualidade razoavelmente comparável aos CCDs mais simples. E em comparação aos sensores CMOS anteriormente produzidos produzem uma imagem de boa qualidade com cores mais brilhantes, melhor sensibilidade e maior nitidez na imagem.
- Alguns sensores CMOS utilizados em câmeras IP, possuem ainda a desvantagem da imagem produzida ser escalonada pela redução de linhas e pixels. Isto significa que enquanto uma imagem em tamanho completo (VGA, 640x480) será nítida e boa, pode perder informações quando escalonada para 320x240 ou menos. Para resolver este problema existe um processo chamado interpolação onde os pixels próximos são comparados de forma a gerar um pixel baseado em vários outros proporcionando melhor qualidade na imagem reduzida, existe ainda embarcadas neste tipo de câmeras poderosos chips que permitem processos avançados de compactação.
- Maior relação de ruído do que CCDs.
- As tecnologias mais atuais de sensores CMOS, tem fornecido uma qualidade razoavelmente comparável aos CCDs mais simples. E em comparação aos sensores CMOS anteriormente produzidos produzem uma imagem de boa qualidade com cores mais brilhantes, melhor sensibilidade e maior nitidez na imagem.
- Alguns sensores CMOS utilizados em câmeras IP, possuem ainda a desvantagem da imagem produzida ser escalonada pela redução de linhas e pixels. Isto significa que enquanto uma imagem em tamanho completo (VGA, 640x480) será nítida e boa, pode perder informações quando escalonada para 320x240 ou menos. Para resolver este problema existe um processo chamado interpolação onde os pixels próximos são comparados de forma a gerar um pixel baseado em vários outros proporcionando melhor qualidade na imagem reduzida, existe ainda embarcadas neste tipo de câmeras poderosos chips que permitem processos avançados de compactação.
Conclusão
A recomendação da CFTVSHOP é a utilização de câmeras
baseadas em CCD em todas as situações onde qualidade de imagem ou sensibilidade
de iluminação forem os principais requisitos. Para aplicações onde o custo ou
tamanho sejam críticos, um câmera baseada em CMOS é normalmente a melhor
solução.
Na maioria das vezes de acordo com as vantagens e desvantagens acima, encontramos câmeras com muito mais recursos e funções com sensores CCD, onde o conjunto sensor de imagem e circuitos da câmera poderá ser instalado em ambientes muito mais complicados, como locais totalmente externos, com agentes de dificuldade. Enquanto os sensores CMOS serão encontrados em câmeras mais simples como microcâmeras e minicâmeras de baixo custo.
Possivelmente nos próximos anos a tecnologia CMOS terá grandes avanços e dentro de algum tempo e estará muito próxima aos CCDs em termos de qualidade de imagem e sensibilidade, de forma que seja possível aplicar sensores CMOS em câmeras profissionais para grandes aplicações.
Na maioria das vezes de acordo com as vantagens e desvantagens acima, encontramos câmeras com muito mais recursos e funções com sensores CCD, onde o conjunto sensor de imagem e circuitos da câmera poderá ser instalado em ambientes muito mais complicados, como locais totalmente externos, com agentes de dificuldade. Enquanto os sensores CMOS serão encontrados em câmeras mais simples como microcâmeras e minicâmeras de baixo custo.
Possivelmente nos próximos anos a tecnologia CMOS terá grandes avanços e dentro de algum tempo e estará muito próxima aos CCDs em termos de qualidade de imagem e sensibilidade, de forma que seja possível aplicar sensores CMOS em câmeras profissionais para grandes aplicações.
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