Aprende: 5 diferencias entre sensores CCD y CMOS

El sensor es una de las partes más importantes, y a menudo incomprendidas, de cualquier cámara digital. La gran mayoría de las cámaras utilizan sensores de dispositivo de acoplamiento de carga, CCD (por sus siglas en inglés), o semiconductores complementarios de óxido metálico, CMOS (también por sus siglas en inlgés).

Sobre mediados de la década de los 2000, los fabricantes de cámaras comenzaron a dejar de usar sensores CCD en favor de los sensores CMOS. Pero, ¿cuál es la diferencia entre estos dos sensores? ¿Por qué algunos fotógrafos están volviendo a usar cámaras más antiguas con sensores CCD? En este artículo te explicaremos su historia, sus ventajas y desventajas y su impacto en las imágenes, incluyendo aspectos como el obturador rodante, el vídeo, la exposición y la reproducción del color.

Hasta principios de la década de los 2000, la mayoría de las cámaras compactas tenían un sensor CCD. No solo las cámaras compactas digitales, sino prácticamente cualquier cámara digital. Desde entonces, los sensores CMOS han reemplazado a los CCD. Sin embargo, los CCD todavía tienen un gran número de seguidores entre algunos fotógrafos que opinan que esta tecnología más antigua aporta una calidad de imagen superior.

La idea más extendida es que los sensores CCD producen imágenes más cinematográficas y orgánicas, mientras que las CMOS se perciben como más frías y clínicas. ¿Pero es eso realmente cierto?

Para comprobarlo, hicimos una serie de fotos en el entorno controlado del estudio, comparando imágenes producidas por ambos tipos de sensores. Usamos cámaras como la CCD Fujifilm FinePix S5 Pro, Nikon D200 y Nikon D80, la CMOS Canon EOS 300D y Canon EOS 400D, y la Sony A7S III. 

Sobre los sensores CCD y CMOS

Antes de nada, parémonos un momento a entender cómo funcionan. Tanto en los CCD como en los CMOS, el proceso de captura empieza igual: las partículas de luz (fotones) golpean una matriz de celdas fotosensibles, generando cargas eléctricas. La diferencia está en cómo se leen y convierten esas cargas en una señal digital. Cada tecnología tiene sus ventajas e inconvenientes.

Efecto de manchado vertical

Cuando un sensor CCD captura una imagen, la carga se transfiere verticalmente a lo largo de una línea de píxeles a través de una serie de condensadores. Una vez que llegan al borde del sensor, se realiza la lectura. Si la escena incluye una fuente de luz excesivamente brillante, la carga no se completa. Esto provoca un exceso de carga que se acumula en las filas afectadas y genera la aparición de manchas o bandas verticales. Te mostramos un ejemplo de este fenómeno a continuación.

Los sensores CMOS, por otro lado, leen cada píxel individualmente, es decir, la carga no se transfiere a lo largo de las filas. El proceso de lectura es más rápido también, por lo que hay menos posibilidades de transferencia de carga incompleta. Por lo tanto, los sensores CMOS son mucho menos susceptibles a las manchas verticales.

Efecto de obturador rodante

El temido "efecto de obturador rodante" es famoso por crear distorsiones en sujetos que se mueven rápidamente. El obturador rodante afecta tanto a las fotos como a los vídeos, especialmente cuando se utilizan velocidades de obturación más altas en cámaras mirrorless con obturador electrónico. El obturador rodante también puede aparecer en obturadores mecánicos, pero suele ser menos perceptible que en las cámaras mirrorless.

Con los sensores CMOS, antes de que la cámara termine de leer el sensor, los objetos en el encuadre ya han cambiado de posición. Este efecto puede ser visible al filmar objetos en rápido movimiento, hacer paneos rápidos o filmar luces intermitentes.

Por lo general, los sensores CCD utilizan un obturador global, que expone todo el sensor a la luz de forma simultánea. La lectura también se realiza al mismo tiempo (aunque fila por fila). Estos dos factores ayudan a reducir significativamente el efecto de obturador rodante en las imágenes finales.

En la actualidad, algunas cámaras (como la Blackmagic Design Production Camera 4K EF y la Ursa Mini 4K EF) tienen sensores CMOS con obturador global. Los primeros sensores CMOS de formato completo con obturador global están comenzando a aparecer en cámaras digitales ampliamente disponibles, como la Sony A9 III.

Ruido de patrón fijo

La diferencia más evidente, en mi opinión, está en el ruido de patrón fijo. Las zonas muy subexpuestas en las primeras cámaras con sensores CMOS presentan un ruido de patrón fijo muy pronunciado. En cambio, en las cámaras CCD, el resultado es mucho más agradable y orgánico a la vista.

Exposición

Las cámaras CCD también manejaron la sobreexposición un poco mejor. Bajamos la exposición dos pasos. Aunque se pueden ver las luces recortadas, se ven un poco mejor en las cámaras CCD.

Pero si miras una foto tomada con un sensor CMOS moderno, maneja bien tanto la subexposición como la sobreexposición. Esto realmente muestra el avance en la tecnología CMOS.

Reproducción cromática

Además de las videocámaras más antiguas, hay algunas cámaras de cine, equipadas con un sensor CCD, que son elogiadas por su calidad de imagen "cinematográfica" y su grano "orgánico". Estas cámaras incluyen la singular Digital Bolex, Ikonoskop A-Cam y Sony F35.

En cuanto a la reproducción cromática, es similar a las cámaras modernas. Las imágenes de Canon son ligeramente más cálidas que las de Nikon. Las imágenes de las cámaras Canon con sensor CMOS parecen más saturadas en RAW (con la configuración predeterminada) y JPG. Editarlas no lleva mucho tiempo, por lo que se ven casi idénticas.

Entonces, podríamos decir que el la reproducción del color no tiene nada que ver con el sensor de la cámara, más bien se trata del enfoque del fabricante para reproducir el color.

Sensores CCD en la imagen técnica

Hasta hace poco, solo había unas pocas áreas de la imagen científica y técnica en las que los sensores CCD tenían ventaja sobre los CMOS. Los CCD se utilizaban, por ejemplo, para la obtención de imágenes en condiciones de muy poca luz y en el infrarrojo cercano. Hoy en día, los avances tecnológicos han permitido que los sensores CMOS alcancen resultados similares o incluso mejores, pero la tecnología CCD sigue utilizándose para la obtención de imágenes técnicas.

Veredicto: La magia de los sensores CCD

Hay diferencias objetivas y subjetivas entre los sensores CCD y CMOS. Estas diferencias no son tanto sobre el color, ya que estos son ajustables en la edición.

Debido al rango dinámico limitado de los sensores CCD, protegen las luces altas. Por lo tanto, las imágenes CCD aparecen más oscuras y cinematográficas. Además, la menor resolución hace que las imágenes sean más suaves, menos estériles y más parecidas a las de una película.

Pero al usar sensores CCD y CMOS, la principal diferencia es la nostalgia y la experiencia de usar tecnología obsoleta y menos perfecta. Muchos fotógrafos que usan CCD no se preocupan por el sensor en sí. En cambio, buscan la calidad de las imágenes y el ambiente nostálgico.

¿Por qué las imágenes CCD parecen imágenes cinematográficas? En los primeros días de las cámaras digitales, los fabricantes intentaron que las fotos digitales se parecieran a las analógicas. Por ejemplo, las primeras cámaras digitales Leica imitaban el aspecto de Kodak Kodachrome. En ese momento, la película seguía siendo el medio "superior" y los fotógrafos estaban acostumbrados a una estética específica.

¿Solo disparas en JPEG? Puede que encuentres el resultado de muchas cámaras CCD más agradable. Pero puedes obtener excelentes imágenes directamente de la cámara con muchas cámaras CMOS modernas, especialmente aquellas con opciones robustas de ajuste de JPG como Fujifilm u Olympus.

Si disparas en RAW, es fácil editar tus imágenes para que tengan ese efecto más "cinematográfico", en cuyo caso, un sensor CCD no te dará ninguna ventaja racional sobre CMOS.

La fotografía no se trata solo de cuestiones técnicas. Es importante recordar que también puede ser algo divertido. Así que, si una cámara CCD te inspira, hazte con una y empieza a disparar. Cualquier cámara puede ser una gran herramienta en las manos adecuadas.

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