Sensores CMOS y CCD: Características, Ventajas y Desventajas

Sensores CMOS y CCD

Este documento explora las diferencias, ventajas y desventajas de los sensores CMOS y CCD, dos tecnologías fundamentales en la captura de imágenes digitales.

Definiciones

CCD (Charge-Coupled Device): Es un circuito integrado que contiene condensadores enlazados capaces de transferir una carga eléctrica.
CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor): Es un sensor que detecta la luz basándose en la tecnología CMOS, lo que permite integrar más funciones en un chip sensor.

Diferencias entre CCD y CMOS

Los sensores CMOS tienen un elevado ruido de patrón fijo, pero un bajo consumo de energía.
Los sensores CCD presentan ruido con altas temperaturas y un mayor consumo.
Los sensores CMOS tienen un amplificador en cada píxel.
Los sensores CCD tienen un amplificador común.
Los CMOS son sensibles a la luz ultravioleta e infrarroja.
Los CCD son sensibles a la luz que captan los fotones.

Ventajas y Desventajas

CMOS

Ventajas:
- No necesita un proceso externo de conversión A/D, ya que lo realiza dentro del sensor.
- Menor coste de fabricación.
- Menor consumo de energía, lo que permite mayor duración de las baterías y mayor eficiencia del sensor.
Desventajas:
- Peor calidad de imagen que los CCD, aunque muy igualada actualmente.
- Menor sensibilidad a la luz.
- Actualmente se utiliza menos.

CCD

Ventajas:
- Mejor calidad de imagen, menos ruido y mayor rango dinámico.
- Mayor sensibilidad a la luz.
- Actualmente se utiliza más.
Desventajas:
- Requiere un proceso externo de conversión de datos (A/D) a través de la tecnología ADC.
- Mayor coste de fabricación.
- Mayor consumo de energía.

Máscara de Bayer y Submuestreo de Color

La Máscara de Bayer proporciona una trama para cada conjunto de cuatro píxeles, de forma que un píxel registra luz roja, otro luz azul y dos píxeles se reservan para la luz verde. El resultado final incluye información sobre la luminosidad en cada píxel, pero con una resolución de color menor que la resolución de iluminación.

El submuestreo de color (color subsampling) es una técnica de procesamiento de imagen para reducir la resolución del color sin afectar el brillo, lo que permite que la imagen requiera menos espacio en disco y, en el caso del vídeo, menos ancho de banda sin tener la apariencia de una imagen degradada. El submuestreo de color se mide en radios que pueden ser 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0 o 4:1:1.

Tipos de Compresión

Compresión sin pérdida: Esta técnica condensa las cadenas de código sin despreciar nada de la información que forma la imagen, por lo que ésta se regenera intacta al ser descomprimida. Su fin es permitir una impresión de calidad, además de una exacta visualización de la imagen. Ejemplos: RLE, LZW y ZIP. Este método está diseñado para todo tipo de archivos y cuenta con una gran extensión en su uso.
Compresión con pérdida: La compresión con pérdida hace que los algoritmos usados para reducir las cadenas del código desechen información redundante de la imagen. Así, los archivos comprimidos con este método pierden parte de los datos de la imagen. Ejemplo: JPG.

Imagen Digital: Vectorial vs. Mapa de Bits

Mapa de Bits: Están formadas por una rejilla de celdas. A cada una de estas celdas, que se denominan píxeles, se le asigna un valor de color y luminancia propios.
Vectorial: Las imágenes vectoriales son representaciones de entidades geométricas tales como círculos, rectángulos o segmentos. Están representadas por fórmulas matemáticas.

Diferencias: Una imagen vectorial, al estar formada por fórmulas matemáticas, puede redefinir sus coordenadas para redimensionar los objetos. En cambio, un mapa de bits, al estar formado por píxeles, sufre una distorsión en la imagen al redimensionarse. Un mapa de bits, al estar formado por píxeles en RGB, cuantos más píxeles tenga, mayor calidad y más información contendrá la imagen.

Definiciones Adicionales

Códec: Acrónimo de «codificación/decodificación». Un códec es un algoritmo especial que reduce el número de bytes que ocupa un archivo de vídeo.
Velocidad de transmisión (bitrate): El bitrate define la cantidad de espacio físico (en bits) que ocupa un segundo de duración de ese vídeo. El vídeo tendrá más calidad cuanto mayor sea su bitrate y el archivo que lo contiene tendrá mayor peso.
Fotogramas por segundo: Un vídeo resulta de la exposición de imágenes o fotogramas uno detrás de otro.
Fotogramas Clave: Cuando se aplica un códec de compresión a un vídeo, se suele producir cierta pérdida de la información de sus fotogramas.
PAL: El vídeo PAL tiene 625 líneas por fotograma y 25 fotogramas por segundo.
Macro: En fotografía macro o primeros planos muy pronunciados, nos encontraremos con cambios importantes en la percepción de la profundidad de campo.
Shutter: Botón para cambiar la velocidad de obturación de automático a manual.
Rango Dinámico: Es el margen que hay entre el nivel de referencia y el ruido de fondo de un determinado sistema, medido en decibelios.
Bit: Un bit es la unidad mínima de información, un dígito del sistema de numeración binario. 1 BYTE = 8 BITS.
Profundidad de Campo: Es el espacio por delante y por detrás del plano enfocado, comprendido entre el primer y el último punto aceptablemente nítido reproducidos en el mismo plano de enfoque.

Formatos de Vídeo Digital

AVI: Es el formato estándar para almacenar vídeo digital. Cuando se captura vídeo desde una cámara digital al ordenador, se suele almacenar en este formato con el códec DV (Digital Video). El archivo AVI puede contener vídeo con una calidad excelente. Sin embargo, el peso del archivo resulta siempre muy elevado.
MPEG: Es un formato estándar para la compresión de vídeo digital. Son archivos de extensión *.MPG o *.MPEG. Se reproducen con Windows Media Player y QuickTime.
MOV: Es el formato de vídeo y audio desarrollado por Apple. Utiliza un códec propio que evoluciona en versiones con bastante rapidez. Este tipo de archivos también pueden tener extensión *.QT (QuickTime).

Formatos de Captura de Audio

WAV: El formato RIFF es un formato Windows para almacenar segmentos de información multimedia, su descripción, formato, lista de reproducción, etc. El formato WAV se almacena dentro de un fichero con formato RIFF.
MOD: Los ficheros MOD se asemejan a los ficheros MIDI en la medida que representan sonidos musicales. Un fichero MOD es de 8 bits en el formato inicial y de 16 en el extendido.
MIDI: El formato MIDI no se considera de audio digital, ya que no almacena muestras de un determinado sonido, sino una descripción musical del mismo.
Ventajas del formato MIDI: Se pueden corregir fácilmente los errores, cambiando la duración, la altura, la intensidad o cualquiera otra propiedad de las notas musicales.
Desventajas del formato MIDI: Solo se puede utilizar con notas musicales y no con sonidos musicales.
Formato MPEG: MPEG-1 (calidad CD), MPEG-2 (calidad DVD), MPEG-3 (orientado al audio MP3) y MPEG-4 (más orientado a la web).

Diferencias entre Distancia Focal e Hiperfocal

Distancia Focal: Define la potencia o el poder de desviación de una lente; se expresa en milímetros o por dioptrías. El poder de desviación de una lente es la combinación de los factores que determinan la refracción de la luz: índice de refracción, ángulo y longitud de onda.
Distancia Hiperfocal: Si incrementamos la distancia enfocada, llega un momento en que el límite posterior de la profundidad de campo se extiende a infinito, y esta distancia de enfoque es la hiperfocal.