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Por fin lo sabrás todo sobre los sensores de imágenes (III)

Después de ver el tamaño de los píxeles en los sensores de imágenes y de la relación que guarda con diferentes factores, en este post vamos a entrar de lleno en definir los distintos tipos de sensores que existen en el mercado.

Tipos de sensores

Los comienzos de los sensores de imágenes se basaron fundamentalmente en el CCD que fue inventado en el 1969 por Willard Boyle y George E. Smith en la empresa AT & T Bells Labs y en su mejora en la captación de imágenes, aunque la tecnología fue evolucionando hasta que posteriormente apareció el sensor de imagen denominado como CMOS.

Según este pequeño análisis, podemos decir que según su fabricación y la forma de obtener sus cargas, obtendremos dos tipos diferentes de sensores de imágenes (con sus diferentes variables cada uno), que son el CCD y el CMOS.

 Captadores-de-vídeo(III)                                                          Imagen©tilanotv.es

A continuación se hará una explicación más pormenorizada de ambos sistemas y de las diferentes variables que existen de ambos métodos de captación de imágenes.

Dentro del grupo de captadores de vídeo hay gran variedad de tecnologías utilizadas para dicha captación, pero existen como se ha comentado anteriormente, dos tipos de sensores muy diferenciados de los que se precisarán sus características más significativas más adelante. Estos captadores se denominan:

  • El CCD o dispositivo de carga acoplada.
  • El CMOS o semiconductor complementario de óxido metálico.

Ambos sensores realizan la conversión de la luz en la señal eléctrica por medio de fotodiodos, concretamente un fotodiodo por cada píxel y esta conversión se lleva a cabo en los pasos siguientes, pero eso si, cada uno de los sensores de imágenes que se han mencionado antes lo realiza de una forma diferente según se muestra en la figura anterior.

  1. Conversión de la luz en cargas.

La zona fotosensible de cada píxel convierte en electrones denominados como semiconductores “cubetas”, la luz que entra por el objetivo de la cámara. Este punto esta relacionado directamente con el factor de llenado, donde se define el área del sensor que realmente es sensible a la luz y donde lo ideal es que fuese del 100%. Esto no suele ser nunca así, ya que elementos como los registros de desplazamiento y otros componentes que pueden llegar a mermar este factor hasta en un 30%.

  1. Acumulación de la carga.

Habrá más electrones en la cubeta cuanto más luz entre por el objetivo de la cámara. La buena capacidad que tenga el sensor depende de la carga que se pueda almacenar en cada píxel lo que nos va a definir el rango de trabajo y evidentemente este factor esta relacionado de forma directa con las dimensiones de los píxeles.

c.Transferencia de cargas.

Para que se produzca el ciclo natural de la captación de imágenes, las cargas tienen que desplazarse fuera del área fotosensible del chip para seguidamente salir fuera del propio chip. A este factor se le denomina también como tiempo de integración, que es el tiempo de exposición que se necesita para excitar los fotodiodods del CCD. Todo esto dependerá de la luminosidad de la escena que estemos grabando en cada momento.

 ccd-1                                                        Imagen©www.microscopyu.com

  • Conversión de la carga en voltaje.

La carga que se ha acumulado en el chip debe salir del mismo como una señal de voltaje. A esta circunstancia también se la denomina como tiempo de adquisición, que es el tiempo necesario para traspasar la información recopilada por los fotodiodos del CCD y que esta relacionada con la cantidad de píxeles del sensor.

  • Amplificación de la señal.

La señal de voltaje que sale del chip es una señal muy débil, por lo que para sacarla de la cámara, la misma debe someterse a un proceso de amplificación.

Después de analizar diferentes documentos que hablan sobre los CCDs he creído que esta descripción que acabas de leer es lo más parecido a lo que se produce en un sensor de imagen, pero estoy seguro que hay otras formas de definir este proceso, así que si crees que hay otra manera de analizar este proceso puedes dejarnos un comentario a continuación.

Fuentes consultadas:

http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_transfer_function

http://www.normankoren.com/Tutorials/MTF7.html

http://www.gatan.com/files/PDF/knowhow/kv8_ccd_pixels_question.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device

http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_CMOS

http://www.optics4birding.com/starlight-technology.aspx

http://www.andor.com/learning-academy/electron-multiplying-ccd-cameras-the-technology-behind-emccds

http://photorumors.com/2009/09/13/new-sony-full-frame-sensor-ccd-superhad-ii-with-34-8mp/

http://www.hkvstar.com/technology-news/comparison-between-ex-view-had-and-super-had-ccd-cameras.html

http://www.sony.net/Products/SC-HP/cx_news/vol52/pdf/featuring52.pdf

http://www.lavision.de/en/products/cameras/iccd_cameras.php

http://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device#Intensified_charge-coupled_device

http://en.wikipedia.org/wiki/Photocathode

http://en.wikipedia.org/wiki/Microchannel_plate_detector

http://www.hkvstar.com/technology-news/comparison-between-ex-view-had-and-super-had-ccd-cameras.html

http://www.mintron.com/htm/q&a/htm/super%20had%20ccd%20camera.htm

http://www.digitalbolex.com/global-shutter/

http://depts.washington.edu/keck/pg22.pdf

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