CCD i CMOS senzori

Putovanje slike kroz sistem uzorkovanja, obrade i skladištenja počinje na senzoru slike. Bilo da je reč o digitalnim ili analognim sistemima, foto-aparatima ili kamerama, senzor slike je zajednički imenitelj, a tehnologije izrade senzora  danas su uglavnom CMOS i CCD. 

Za obe tehnologije, zajedničko je da konvertuju količinu svetlosti koja padne na senzor u električni signal. Potom se ovaj signal konvertuje u broj (korišćenjem A/D konverzije) i prenosi dalje radi procesiranja, odnosno prosleđivanja kroz lanac obrade.

,

Obzirom da senzori slike registruju samo nivoe svetlosti (bez informacije o boji - daltonisti su), za registrovanje informacije o boji se koriste posebni filteri. Najčešće korišćen je tzv. Bayer filter.

 

Sastoji se iz niza izmenjujućih redova sa plavo-zelenim i crveno-zelenim segmentima. Veći broj zelenih segmenata se pojavljuje usled činjenice da je ljudsko oko osetljivije na zelenu boju nego na bilo koju drugu boju spektra (zelena u ovom slučaju određuje luminancu piksela).

Kod CCD senzora, svetlost pobuđuje svetlosni element na senzoru (piksel). Piksel potom generiše elektronski naboj koji se serijski prenosi kroz senzor, zajedno sa elektronskim nabojima drugih piksela iz iste linije. Naboji se konvertuju u naponske nivoe, pojačavaju se i konvertuju u digitalnu vrednost. Digitalna vrednost se, zatim, prenosi u sistem van senzora radi dalje manipulacije.

CCD senzor je dugo godina u upotrebi i inicijalno je imao prednosti u odnosu na CMOS tehnologiju u vidu bolje svetlosne osetljivosti i manjeg nivoa šuma. Moderna tehnologija izrade CMOS senzora je izjednačila kvalitet generisane slike sa slikom dobijenom iz CCD senzora, pa su se prednosti CCD tehnologije "istopile". Nedostaci, sa druge strane, nisu nimalno zanemarivi. Budući da je CCD senzor analogna komponenta, koja zahteva dodatnu elektroniku za pojačanje i konverziju signala, troškovi izrade su veći, a i potrošnja energije se u velikoj meri povećava. Velika potrošnja disipira veću toplotu u telu kamere, što može dovesti i do smanjenja kvaliteta dobijene slike - ukoliko se generisana toplota adekvatno ne sprovede van tela kamere.

 CMOS tehnologija izrade senzora (nazvana i APS - active pixel senzor) se zasniva na nizu piksel-senzora, koji se sastoje od foto-detektora i aktivnog pojačavača za svaki piksel, ponaosob.

U poređenju sa prethodno pomenutom tehnologijom, CMOS ima bolje mogućnosti integracije, obzirom da je sva neophodna elektronika već integrisana u senzoru. CMOS tehnologija je dosta jeftinija, slika se brže generiše i manje su dimenzije sistema neophodnog za generisanje i transport slike.

Glavni nedostatak je činjenica da se kod CMOS senzora uzorkovanje slike odvija red-po-red, brzinom koja zavisi od brzine osvežavanja. Ovo može dovesti do tzv. "rolling shutter" efekta, gde je slika iskrivljena na levu ili desnu stranu (zavisi od smera kretanja objekta na sceni). Ovaj se efekat pogotovo primećuje kod objekata koji se na sceni kreću velikom brzinom. Kod CCD senzora, ovaj efekat ne postoji, jer se jedan frejm praktično u jednom momentu uzorkuje, pa tek onda kreće procedura obrade.
CMOS senzor omogućava "čitanje" individualnih piksela, što omogućava segmentaciju senzora - delovi senzora se mogu posmatrati kao slika za sebe, pa nije potrebno iščitavati ceo senzor. Na taj način se može postići veća brzina frejmova, digitalni PTZ ("šetanje" slike po senzoru), ili je npr. moguće povlačenje većeg broja strimova sa  različitih delova površine jednog senzora, odnosno simulacija virtuelnih kamera.