Sensore di immagine CMOS – Cosa sono i sensori di immagine?

By | Settembre 9, 2019
Cosa sono i sensori di immagine?

I sensori hanno un impatto sulle immagini più di quanto pensiate. Un sensore di immagine CMOS è un tipo di tecnologia del sensore di immagine all’interno di alcune fotocamere digitali, costituito da un circuito integrato che registra un’immagine. Puoi pensare al sensore di immagine come ad un film di una vecchia macchina da presa.

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Il sensore complementare a semiconduttore a ossido di metallo (CMOS) è costituito da milioni di sensori pixel, ognuno dei quali include un fotorilevatore. Quando la luce penetra nella fotocamera attraverso l’obiettivo, colpisce il sensore di immagine CMOS, facendo sì che ciascun fotorilevatore accumuli una carica elettrica in base alla quantità di luce che la colpisce.

La fotocamera digitale converte quindi la carica in una lettura digitale, che determina l’intensità della luce misurata su ciascun fotorilevatore, nonché il colore. Il software utilizzato per visualizzare le foto converte tali letture nei singoli pixel che compongono la foto quando visualizzate insieme.

Cosa sono i sensori di immagine?

Tutte le fotocamere digitali dispongono di un sensore di immagine che acquisisce informazioni per creare una fotografia. Esistono due tipi principali di sensori di immagine – CMOS e CCD – e ciascuno ha i suoi vantaggi.

Come funziona un sensore di immagine?

Il modo più semplice per capire il sensore di immagine è di pensarlo come l’equivalente di un film. Quando viene premuto il pulsante di scatto di una fotocamera digitale, la luce entra nella fotocamera. L’immagine viene esposta sul sensore nello stesso modo in cui verrebbe esposta su un pezzo di pellicola in una fotocamera a pellicola da 35 mm.

I sensori della fotocamera digitale sono costituiti da pixel che raccolgono fotoni (pacchetti di energia di luce) che vengono convertiti in una carica elettrica dal fotodiodo. A sua volta, queste informazioni vengono convertite in un valore digitale dal convertitore da analogico a digitale (ADC), consentendo alla telecamera di elaborare i valori nell’immagine finale.

Le fotocamere DSLR e le fotocamere point-and-shoot utilizzano principalmente due tipi di sensori di immagine: CMOS e CCD.

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Che cos’è un sensore di immagine CCD?

I sensori del dispositivo ad accoppiamento di carica convertono le misurazioni dei pixel in sequenza utilizzando i circuiti che circondano il sensore. I CCD utilizzano un singolo amplificatore per tutti i pixel.

I CCD sono prodotti in aziende con attrezzature specializzate. Questa complessità si riflette nel loro costo spesso più elevato.

I vantaggi di un sensore CCD rispetto a un sensore CMOS sono diversi:

  • Meno rumore e immagini in genere di qualità superiore, in particolare in condizioni di scarsa illuminazione
  • Migliore profondità del colore perché la gamma dinamica del sensore è spesso doppia rispetto a quella dei sensori CMOS
  • Maggiore risoluzione e sensibilità alla luce

Che cos’è un sensore di immagine CMOS?

I sensori a semiconduttore di ossido di metallo complementari convertono simultaneamente le misurazioni dei pixel, usando i circuiti sul sensore stesso. I sensori CMOS utilizzano amplificatori separati per ciascun pixel.

I sensori CMOS sono comunemente utilizzati nelle DSLR perché sono più veloci ed economici dei sensori CCD. Sia Nikon che Canon utilizzano sensori CMOS nelle loro fotocamere DSLR di fascia alta.

Il sensore CMOS ha anche i suoi vantaggi:

  • Velocità di elaborazione più rapida perché i pixel attivi e ADC si trovano sullo stesso chip
  • Consumo energetico ridotto, fino a 100 volte inferiore a un CCD
  • Funzioni integrate della fotocamera come esposizione automatica, codifica a colori e compressione delle immagini direttamente nel chip
  • Impedisce “sbavature” quando un’immagine è sovraesposta
  • Processo di produzione meno costoso
  • La qualità è notevolmente migliorata dalla loro introduzione

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Sensori di array di filtri colorati

Un array di filtri colorati è montato sulla parte superiore del sensore per catturare componenti rossi, verdi e blu di luce che cadono sul sensore. Pertanto, ogni pixel è in grado di misurare solo un colore. Gli altri due colori vengono calcolati dal sensore in base ai pixel circostanti.

Sebbene questo approccio possa influire leggermente sulla qualità delle immagini, è quasi impercettibile sulle attuali fotocamere ad alta risoluzione. La maggior parte delle DSLR attuali utilizza questa tecnologia.

Sensori Foveon

Gli occhi umani sono sensibili ai tre colori primari il rosso, verde e blu e altri colori sono elaborati da una combinazione di colori primari. Nella fotografia cinematografica, i diversi colori primari espongono il corrispondente strato chimico del film.

Allo stesso modo, i sensori Foveon hanno tre strati di sensori, ciascuno dei quali misura uno dei colori primari. Un’immagine viene prodotta combinando questi tre strati per produrre un mosaico di piastrelle quadrate. Questa è ancora una tecnologia abbastanza nuova che è in uso su alcune fotocamere Sigma.

CMOS vs. CCD

CMOS utilizza una tecnologia leggermente diversa dal CCD, che è un altro tipo di sensore di immagine trovato nelle fotocamere digitali. Un numero maggiore di fotocamere digitali utilizza la tecnologia CMOS rispetto al CCD perché i sensori di immagine CMOS consumano meno energia e possono trasmettere dati più velocemente del CCD.

I sensori di immagine CMOS tendono a costare un po’ di più rispetto al CCD.

All’inizio delle fotocamere digitali, le batterie erano più grandi perché le fotocamere erano più grandi, e quindi l’ elevato consumo energetico del CCD non era una preoccupazione significativa. Ma con il ridimensionamento delle fotocamere digitali, che richiedono batterie più piccole, CMOS è diventata l’opzione migliore.

E poiché i sensori di immagine hanno visto aumentare costantemente il numero di pixel che registrano, la capacità di un sensore di immagine CMOS di spostare i dati più velocemente sul chip e su altri componenti della fotocamera rispetto al CCD è diventata più preziosa.

Vantaggi di CMOS

Un’area in cui CMOS ha davvero un vantaggio rispetto ad altre tecnologie di sensori di immagine è nelle attività che è in grado di eseguire su un chip, piuttosto che inviare i dati del sensore di immagine al firmware o al software della fotocamera per determinate attività di elaborazione.

Ad esempio, un sensore di immagine CMOS può eseguire la riduzione del rumore direttamente sul chip, risparmiando tempo durante lo spostamento dei dati all’interno della fotocamera.

Il sensore di immagine CMOS esegue anche processi di conversione da analogico a digitale sul chip, cosa che i sensori di immagine CCD non possono eseguire. Alcune fotocamere eseguiranno anche il lavoro di messa a fuoco automatica sul sensore di immagine CMOS, migliorando nuovamente la velocità complessiva della fotocamera.

Miglioramenti continui in CMOS

Man mano che i produttori di fotocamere sono migrati verso la tecnologia CMOS, sono state condotte ulteriori ricerche sulla tecnologia, ottenendo notevoli miglioramenti.

Ad esempio, mentre i sensori di immagine CCD erano meno costosi di quelli CMOS per la produzione, l’ulteriore focus della ricerca sui sensori di immagine CMOS ha permesso che il costo del CMOS continuasse a scendere.

Un’area in cui questa enfasi sulla ricerca ha giovato al CMOS è la tecnologia in condizioni di scarsa illuminazione. I sensori di immagine CMOS continuano a mostrare miglioramenti nella loro capacità di registrare immagini con risultati decenti nella fotografia in condizioni di scarsa illuminazione.

Le capacità di riduzione del rumore della tecnologia CMOS sono aumentate costantemente negli ultimi anni, migliorando ulteriormente la capacità del sensore di immagine CMOS di funzionare bene in condizioni di scarsa luminosità.

Un altro recente miglioramento di CMOS è stata l’introduzione della tecnologia del sensore di immagine retroilluminato, in cui i fili che spostano i dati dal sensore di immagine alla fotocamera sono stati spostati dalla parte anteriore del sensore di immagine, dove bloccano parte della luce che colpisce il sensore, rendendo il sensore di immagine CMOS in grado di funzionare meglio in condizioni di scarsa luminosità, mantenendo la capacità del chip di spostare i dati ad alta velocità rispetto ai sensori di immagine CCD.

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Author: Presi Fulvio

Mi piacciono gli smartphone, computer e videogiochi. Come hobby scrivo per GuideSmartPhone articoli basati principalmente sulla tecnologia. Spero di esservi stato d'aiuto!

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