Advies: 5 Verschillen tussen CCD & CMOS Sensoren

De sensor is een van de belangrijkste en vaak verkeerd begrepen onderdelen van een digitale camera. De meeste camera's gebruiken een CCD-sensor (Charge-Coupled Device) of CMOS-sensor (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

Rond het midden van de jaren 2000 begonnen camerafabrikanten CCD-sensoren geleidelijk aan te vervangen door CMOS-sensoren. Maar wat is het verschil tussen CMOS- en CCD-sensoren? Waarom grijpen sommige fotografen terug naar oudere camera's met CCD sensoren? In dit artikel leggen we de geschiedenis van de sensoren uit, de voor- en nadelen en hoe ze foto's beïnvloeden - van rolling shutter en video tot belichting en kleurweergave.

Tot begin jaren 2000 hadden de meeste compactcamera's een CCD-sensor. Niet alleen digitale compactcamera's, maar vrijwel alle digitale camera's. Sindsdien hebben CMOS-sensoren hun CCD-voorgangers verdrongen. Maar CCD heeft nog steeds een enorme aanhang onder sommige fotografen, die geloven in de superioriteit van de beelden die deze oudere technologie produceert.

Het populaire idee is dat CCD-sensoren meer filmische, organisch ogende beelden produceren, terwijl CMOS-beelden als klinischer en karakterlozer worden gezien. Maar hoeveel waarheid zit er in die theorie? 

We namen een reeks foto's in een gecontroleerde studio om de beelden van beide sensoren te vergelijken. We gebruikten camera's met CCD-sensor zoals de Fujifilm FinePix S5 Pro, Nikon D200 en Nikon D80, en camera's met CMOS-sensor zoals de Canon EOS 300D enCanon EOS 400D, en de Sony A7S III. 

Over CCD & CMOS sensoren

Laten we eerst eens kijken hoe CCD- en CMOS-sensoren van elkaar verschillen in werking. In eerste instantie is het vastleggen van een foto met beide sensoren hetzelfde. Lichtdeeltjes raken een reeks fotogevoelige cellen en produceren elektrische ladingen. Het verschil zit hem in hoe de sensor vervolgens gegevens leest en omzet in een digitaal signaal. Beide methodes hebben hun voor- en nadelen.

Verticale vegen

Wanneer een CCD-sensor een beeld vastlegt, wordt de lading langs een lijn pixels - verticaal - door een reeks condensatoren gestuurd. Zodra ze de rand van de sensor bereiken, wordt de lading uitgelezen. Als de scène een te felle lichtbron bevat, wordt de lading niet voltooid. Dit resulteert in overtollige lading in de betreffende rijen en veroorzaakt verticale vegen. Hieronder een voorbeeld van dit fenomeen. 

CMOS-sensoren lezen daarentegen elke pixel afzonderlijk uit - de lading wordt niet langs rijen overgedragen. Het uitlees proces verloopt ook sneller, dus er is minder kans op onvolledige ladingsoverdracht. Daarom zijn CMOS-sensoren veel minder gevoelig voor verticale vegen.

Rolling Shutter Effect

Het 'rolluik effect' is berucht vanwege de vervorming van snel bewegende onderwerpen. Rolling shutter heeft invloed op zowel foto's als video-opnamen - het meest merkbaar bij gebruik van hogere sluitertijden met systeemcamera's met een elektronische sluiter. Rolling shutter komt ook voor bij mechanische sluiters, maar is meestal minder opvallend dan bij systeemcamera's.

Met CMOS-sensoren zijn de objecten in het frame al van positie veranderd voordat de camera klaar is met het uitlezen van de sensor. Dit effect kan zichtbaar zijn wanneer je snel bewegende objecten filmt, snelle pans maakt of knipperende lichten filmt.

Gewoonlijk gebruiken CCD-sensoren een globale sluiter die de hele sensor in één keer blootstelt aan licht. Het uitlezen gebeurt ook gelijktijdig (zij het langs rijen). Deze twee factoren helpen om het rolling shutter effect in de uiteindelijke beelden te verminderen.

Tegenwoordig hebben sommige camera's, zoals de Sony PMW-F5, Blackmagic Design Production Camera 4K EF en Ursa Mini 4K EF, CMOS-sensoren met global shutter. De eerste full-frame global shutter CMOS-sensoren worden nu gebruikt in algemeen verkrijgbare digitale camera's, zoals de Sony A9 III.

Patroonruis

Het meest opvallende verschil tussen de twee sensoren zit in de patroonruis. Zwaar onderbelichte gebieden op de eerste CMOS-camera's hebben een sterk vast patroon. Op de CCD-camera's ziet het er veel prettiger en organischer uit.

Belichting

CCD camera's konden iets beter omgaan met overbelichting. We hebben de belichting met twee stops verlaagd. Hoewel je de afgebroken hoge lichten kunt zien, zien ze er iets beter uit op de CCD-camera's. 

Maar als je kijkt naar een foto die is gemaakt met een moderne CMOS-sensor, zie je dat deze zowel onder- als overbelichting goed aankan. Dit laat echt de vooruitgang in CMOS-technologie zien.

Kleurweergave

Naast de oudere camcorders zijn er een paar cinema camera's uitgerust met een CCD-sensor die geprezen worden om hun 'filmische' en ‘organische’ beeldkwaliteit. Deze camera's zijn onder andere de unieke Digital Bolex, Ikonoskop A-Cam en Sony F35.

De kleurweergave is vergelijkbaar met die van moderne camera's. Beelden van Canon zijn iets warmer dan die van Nikon. Foto's van CMOS Canon camera's lijken meer verzadigd in RAW (met standaardinstellingen) en JPG. Het bewerken duurt niet lang, dus ze zien er bijna identiek uit.

Het lijkt erop dat het niets te maken heeft met de sensor in de camera. In plaats daarvan gaat het om de manier waarop de fabrikant kleur weergeeft.

CCD-sensoren in technische beeldvorming

Er zijn maar een paar gebieden van wetenschappelijke en technische beeldvorming waarin CCD-sensoren tot voor kort in het voordeel waren ten opzichte van CMOS. CCD's werden bijvoorbeeld gebruikt voor beeldvorming bij extreem weinig licht en nabij infrarood. Tegenwoordig kunnen CMOS-sensoren dankzij de technologische vooruitgang vergelijkbare of zelfs betere resultaten behalen, maar de CCD-technologie wordt nog steeds gebruikt voor technische beeldvorming.

Oordeel: De magie van CCD-sensoren

Er zijn objectieve en subjectieve verschillen tussen CCD- en CMOS-sensoren. Deze verschillen hebben niet zozeer te maken met kleuren, want die zijn aanpasbaar in de bewerking. 

Door het beperkte dynamische bereik van CCD-sensoren beschermen ze de hooglichten. Daarom lijken CCD-beelden donkerder en filmischer. Bovendien maakt de lagere resolutie de beelden zachter, minder steriel en filmachtiger. 

Maar bij het gebruik van CCD- en CMOS-sensoren is het belangrijkste verschil de nostalgie en de ervaring van het gebruik van verouderde, minder perfecte technologie. Veel CCD fotografen geven niet om de sensor zelf. In plaats daarvan zijn ze op zoek naar de kwaliteit van de beelden en de nostalgische sfeer.

Waarom zien CCD-beelden er anders zo filmisch uit? In de begindagen van digitale camera's probeerden fabrikanten digitale foto's op film te laten lijken. De vroegere digitale Leica camera's bootsten bijvoorbeeld het uiterlijk van Kodak Kodachrome na. In die tijd was film nog steeds het 'superieure' medium en waren fotografen gewoon gewend aan een specifieke look.

Vandaag de dag heeft het, ongeacht de reden, zeker iets inspirerends om oudere technologie te gebruiken en alle imperfecties ervan te omarmen.

Alleen in JPEG fotograferen? Misschien vind je de uitvoer van veel CCD-camera's prettiger. Maar met veel moderne CMOS-camera's kun je geweldige foto's maken, vooral met camera's met robuuste opties voor het aanpassen van JPG, zoals Fujifilm of Olympus.

Als je RAW fotografeert, is het eenvoudig om je foto's te bewerken zodat ze er meer 'filmisch' uitzien - in dat geval geeft een CCD sensor je geen rationeel voordeel ten opzichte van CMOS.

Fotografie draait niet alleen om wetenschappelijke feiten. Het is belangrijk om te onthouden dat je plezier moet hebben. Dus als een CCD camera je inspireert, ga ervoor en begin met fotograferen. In de juiste handen kan elke camera een kunstwerk produceren.

Op zoek naar meer content? Bekijk onze MPB Blog.