5 differenze tra sensori CCD e CMOS

Il sensore è uno dei componenti più importanti e spesso incompresi di una fotocamera digitale. La maggior parte delle fotocamere utilizza un sensore CCD (Charge-Coupled Device) o CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Verso la metà degli anni 2000, i produttori di fotocamere hanno iniziato a sostituire gradualmente i sensori CCD con i sensori CMOS. Ma qual è la differenza tra sensori CMOS e CCD? Perché alcuni fotografi tornano alle vecchie fotocamere con sensori CCD? In questo articolo spieghiamo la storia dei sensori, i loro pro e contro e come influiscono sulle foto, dall'otturatore mobile al video, dall'esposizione alla riproduzione dei colori.

Fino ai primi anni 2000, la maggior parte delle fotocamere compatte aveva un sensore CCD. Non solo le fotocamere digitali compatte, ma quasi tutte le fotocamere digitali. Da allora, i sensori CMOS hanno soppiantato i loro predecessori CCD. Ma il CCD ha ancora un grande seguito tra alcuni fotografi, che credono nella superiorità delle immagini prodotte da questa vecchia tecnologia.

L'idea diffusa è che i sensori CCD producano immagini più cinematografiche e organiche, mentre le immagini CMOS sono considerate più cliniche e prive di carattere. Ma quanto c'è di vero in questa teoria?

Abbiamo scattato una serie di fotografie in uno studio controllato per confrontare le immagini di entrambi i sensori. Abbiamo utilizzato fotocamere come la CCD Fujifilm FinePix S5 Pro, la Nikon D200 e la Nikon D80, le CMOS Canon EOS 300D e Canon EOS 400D e la Sony A7S III.

Informazioni sui sensori CCD e CMOS

Vediamo innanzitutto come i sensori CCD e CMOS differiscono nel funzionamento. Inizialmente, l'acquisizione di una foto con entrambi i sensori è la stessa. Le particelle di luce colpiscono una serie di cellule fotosensibili e producono cariche elettriche. La differenza sta nel modo in cui il sensore legge i dati e li converte in un segnale digitale. Entrambi i metodi presentano vantaggi e svantaggi.

Scorrimento verticale

Quando un sensore CCD cattura un'immagine, la carica viene inviata lungo una linea di pixel - in verticale - attraverso una serie di condensatori. Una volta raggiunto il bordo del sensore, la carica viene letta. Se la scena contiene una fonte di luce troppo intensa, la carica non viene completata. Ciò comporta un eccesso di carica nelle righe interessate e provoca sbavature verticali. Di seguito è riportato un esempio di questo fenomeno.

I sensori CMOS, invece, leggono ogni pixel singolarmente - la carica non viene trasferita lungo le righe. Il processo di lettura è anche più veloce, quindi ci sono meno possibilità di un trasferimento di carica incompleto. Pertanto, i sensori CMOS sono molto meno sensibili alle sbavature verticali.

Effetto Rolling Shutter

L'effetto rolling shutter è noto per la distorsione dei soggetti in rapido movimento. L'effetto Rolling Shutter colpisce sia le foto che le registrazioni video, soprattutto quando si utilizzano velocità dell'otturatore più elevate con fotocamere di sistema dotate di otturatore elettronico. L'effetto rolling shutter si verifica anche con gli otturatori meccanici, ma di solito è meno evidente rispetto alle fotocamere di sistema.

Con i sensori CMOS, gli oggetti nell'inquadratura hanno già cambiato posizione prima che la fotocamera abbia finito di leggere il sensore. Questo effetto può essere visibile quando si riprendono oggetti in rapido movimento, si eseguono panoramiche veloci o si riprendono luci lampeggianti.

In genere, i sensori CCD utilizzano un otturatore globale che espone alla luce l'intero sensore in una sola volta. Anche la lettura avviene simultaneamente (anche se lungo le file). Questi due fattori contribuiscono a ridurre l'effetto rolling shutter nelle immagini finali.

Oggi alcune telecamere, come la , la Blackmagic Design Production Camera 4K EF e la Ursa Mini 4K EF, hanno sensori CMOS con otturatore globale. I primi sensori CMOS full-frame con otturatore globale sono ora utilizzati nelle fotocamere digitali comunemente disponibili, come la Sony A9 III.

Rumore del pattern

La differenza più evidente riguarda il rumore. Le aree fortemente sottoesposte delle prime fotocamere CMOS presentano un forte pattern fisso. Sulle fotocamere CCD, l'aspetto è molto più gradevole e organico.

Esposizione

Le fotocamere CCD possono gestire meglio la sovraesposizione. Abbiamo ridotto l'esposizione di due stop. Sebbene sia possibile vedere le luci degradate, queste appaiono leggermente migliori sulle fotocamere CCD.

Ma se si osserva una foto scattata con un moderno sensore CMOS, si può notare che gestisce bene sia la sottoesposizione che la sovraesposizione. Questo dimostra i progressi della tecnologia CMOS.

Riproduzione del colore

Oltre alle vecchie videocamere, esistono alcune cineprese dotate di sensore CCD che sono apprezzate per la loro qualità d'immagine “cinematografica” e “organica”. Queste videocamere includono l'esclusiva Digital Bolex, la Ikonoskop A-Cam e la Sony F35.

La riproduzione dei colori è simile a quella delle fotocamere moderne. Le immagini di Canon sono leggermente più calde di quelle di Nikon. Le foto delle fotocamere Canon basate su CMOS appaiono più sature in RAW (con le impostazioni predefinite) e JPG. L'editing non richiede molto tempo, quindi appaiono quasi identiche.

Sembra che non abbia nulla a che fare con il sensore della fotocamera. Si tratta invece del modo in cui il produttore rende il colore.

Sensori CCD nell'imaging tecnico

Sono poche le aree dell'imaging scientifico e tecnico in cui i sensori CCD erano in vantaggio rispetto ai CMOS fino a poco tempo fa. I CCD, ad esempio, venivano utilizzati per l'imaging a bassissima luminosità e nel vicino infrarosso. Oggi, grazie ai progressi tecnologici, i sensori CMOS possono ottenere risultati simili o addirittura migliori, ma la tecnologia CCD è ancora utilizzata per l'imaging tecnico.

Verdetto: la magia dei sensori CCD

Esistono differenze oggettive e soggettive tra i sensori CCD e CMOS. Queste differenze non hanno tanto a che fare con i colori, quanto con la possibilità di essere regolate in fase di editing.

A causa della limitata gamma dinamica dei sensori CCD, essi proteggono le luci. Pertanto, le immagini CCD appaiono più scure e cinematografiche. Inoltre, la minore risoluzione rende le immagini più morbide, meno sterili e più simili a una pellicola.

Ma quando si utilizzano sensori CCD e CMOS, la differenza principale è la nostalgia e l'esperienza di utilizzare una tecnologia obsoleta e meno perfetta. Molti fotografi CCD non si preoccupano del sensore in sé. Si preoccupano invece della qualità delle immagini e della sensazione di nostalgia.

Perché le immagini CCD hanno un aspetto così cinematografico? Agli albori delle fotocamere digitali, i produttori cercavano di rendere le foto digitali simili alla pellicola. Le prime fotocamere digitali Leica, ad esempio, imitavano l'aspetto del Kodak Kodachrome. All'epoca, la pellicola era ancora il mezzo “superiore” e i fotografi erano abituati a un aspetto specifico.

Oggi, indipendentemente dal motivo, c'è sicuramente qualcosa di stimolante nell'utilizzare una tecnologia più vecchia e nell'abbracciare tutte le sue imperfezioni.

Scattare solo in JPEG? Forse vi piace di più la resa di molte fotocamere CCD. Ma con molte fotocamere CMOS moderne è possibile scattare foto eccezionali, soprattutto con fotocamere dotate di solide opzioni di personalizzazione JPG come Fujifilm o Olympus.

Se si scatta in formato RAW, è facile modificare le foto per ottenere un aspetto più “cinematografico”, nel qual caso il sensore CCD non offre alcun vantaggio razionale rispetto al CMOS.

La fotografia non è solo fatti scientifici. È importante ricordarsi di divertirsi. Quindi, se una fotocamera CCD vi ispira, sceglietela e iniziate a scattare. Nelle mani giuste, qualsiasi fotocamera può produrre un'opera d'arte.

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