Tipos de Sensores, y sus características

Tipos de sensores y sus variantes

En líneas generales podemos decir que hay 2 tipos de sensores, CMOS, que podemos encontrar en teléfonos, tablets, y en la mayoría de las cámaras reflex, y CCD en cámaras de uso específico como medicina, astronomía, etc.  Conceptualmente son lo mismo, ambos convierten la luz en electrones o cargas eléctricas, pero son dos arquitecturas distintas. 

Hay todo un debate sobre que sensor es mejor, la tecnología CMOS avanzo muchísimo y en algunos aspectos es inclusive superior a la CCD. Vale aclarar que comparar un CCD con un CMOS es a la larga comparar peras con manzanas, ambas son frutas pero no son iguales.

Con el advenimiento de las cámaras que permiten tomar tanto fotos como videos, las CMOS dominan el mercado de productos como DSLR, teléfonos celulares, camcorders, y aplicaciones especificas como cámaras de seguridad. 

CCD

El nombre CCD corresponde a las siglas de Charge Coupled Device (dispositivo de carga acoplada). Es una tecnología inventada por AT&T Bell Labs en el año 1969. En este diseño la electronica para leer la información registrada esta fuera del sensor.

Ventajas

• La imagen es mas uniforme y de mayor calidad
• Tienen un rango dinámico mayor (mas adelante hablamos sobre rango dinámico)

Desventajas

• La lectura de todo el sensor es mas lenta
• Son mas caros de fabricar
• Consumen mas energía
• Dependiendo del diseño, pueden tener "blooming". Al saturarse un pixel la información chorrea al siguiente generando un efecto como la siguiente imagen. Si el sensor cuenta con las

compuertas anti-blooming (ABG o anti blooming gate) este efecto no aparece, pero la cámara es menos sensible.

efecto de blooming

CMOS

Su nombre son las siglas de complementary metal oxide semiconductor (semiconductor de óxido metálico complementario). Inventado por Westinghouse Molecular Electronics en el año 1968. En este caso, la electrónica para la lectura, conversión y multiplicación de señal esta integrada en el sensor, haciéndolo mas compacto pero menos sensible.

Ventajas

• Lectura simultánea de mayor número de pixeles. La lectura de todo el sensor es muy rápida, si tu cámara graba video 1080p y en alta velocidad, es altamente probable que sea un CMOS.
• El costo de los CMOS es menor
• Consumo eléctrico muy inferior

Desventajas

• La imagen no es tan uniforme, como cada pixel tiene un amplificador, estos no son uniformes en todo el chip, generando una desigualdad de señal considerada ruido.
• Elevado ruido de patron fijo (fixed pattern noise)
• Baja sensibilidad a ultravioleta e infrarrojo.

• Menor superficie receptora de la luz por píxel

• Tienen efectos de obturador (rolling shutter efect) o efecto "gelatina" donde la imagen se tuerce. Un ejemplo claro es esta imagen tomada con un celular desde un auto en movimiento, donde cada pixel del sensor no se registra en el mismo momento, y la baranda de la imagen se ven torcidas.
  
   

Hay avances tecnológicos en ambos tipos de sensores. Por le lado de los CMOS se esta logrando una mayor uniformidad y calidad de imagen, y por el lado de las CCD un menor consumo. 

Es el caso de las ICCD, y EMCCD en el caso de CCD, o los CMOS BSI (back side illuminated) que estan llegando al mercado.

Enlaces

https://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_BSI

http://www.andor.com/learning-academy/ccd,-emccd-and-iccd-comparisons-difference-between-the-sensors