Tudo Que Você Precisa Saber Sobre Sensores de Câmeras Digitais
16/01/2009 às 18h20min por Sandy Berger em Câmeras

Introdução

O sensor é a parte da câmera digital que captura luz para criar uma imagem. É análogo ao filme das câmeras não-digitais. Semelhante à camada de material sensível à luz em película fotográfica, o sensor de uma câmera digital tem células sensíveis à luz. Neste tutorial, vamos ensinar-lhe tudo que você precisa saber sobre este importante componente..

Embora existam diferenças de concepção técnica nos sensores da câmera digital, todos eles operam sob os mesmos princípios básicos. Um sensor possui milhões de células sensíveis à luz, ou fotodiodos, sobre um pedaço de silício. Cada um deles gera uma carga elétrica quando atingido por uma partícula de luz que entra na câmera através da lente. Um filtro colorido produz a coloração adequada. Em seguida, o processamento da câmera transforma estas cargas elétricas em uma imagem que é então armazenada na memória da câmera ou em seu cartão de memória. Cada fotodiodo cria um pixel na imagem final. É daí que vem o termo megapixels. Pixels são os pequenos pedaços de informação criados pelos fotodiodos sensíveis à luz. Milhões de pixels são combinadas para criar uma imagem.

Existem dois principais tipos de sensores de câmera digital: CCD (Charge Coupled Device – Dispositivo de Carga Acoplada) e CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor – Semicondutor de Óxido Metálico Complementar). Existem diferenças técnicas envolvidas, incluindo a concepção dos circuitos, mas ambos desempenham a mesma função. Os processadores CMOS têm melhor relação custo / beneficio e são mais fáceis para serem produzidos em tamanhos maiores, por isso são muitas vezes utilizados em câmeras SLR (Single Lens Reflex – De Lentes Intercambiáveis) maiores. Processadores CMOS também consomem menos energia, de forma que são comumente usados em telefones celulares. A maioria das filmadoras e câmeras automáticas compactas utilizam sensor CCD mais comum.

Vários outros tipos de sensores também estão disponíveis, mas eles são muito menos populares. O Foveon X3 é um chip mais recente que é na verdade um tipo de sensor CMOS com um processamento de cor especial. Atualmente é utilizado apenas em algumas câmeras Sigma e Polaroid. A Fujifilm também produz algumas das suas máquinas fotográficas com um sensor especial denominado Super CCD. Trata-se de um CCD convencional com fotocélulas individuais que são dispostas em um padrão alveolado diagonal em vez do padrão horizontal/vertical em grade utilizado na maioria dos sensores.

Tamanho do Sensor é Documento

Embora as câmeras analógicas tenham vários formatos de filme, incluindo aqueles para formatos médios e grandes, o tamanho de filme mais popular foi o de 35 milímetros. Portanto, mesmo os sensores das câmeras digitais de hoje são frequentemente comparados ao filme de 35 mm. Na verdade, sensores que são do mesmo tamanho do filme de 35 milímetros são chamados de sensores "full frame". Como você pode imaginar, em termos de processador, esses sensores são muito grandes. Portanto, os sensores de imagem na maioria das câmeras digitais tendem a ser menores do que a área de imagem 24 mm x 36 mm das câmeras full frame de 35 mm. Na verdade, alguns tendem a ser muito, muito menores..

Para complicar a situação para o usuário final, não existe qualquer sistema de medição de sensores unificado. Alguns fabricantes medem em polegadas, outros medem em milímetros. Alguns medem horizontal e verticalmente, enquanto outros medem na diagonal. Na maior parte das vezes, os sensores se encaixam em diferentes tipos. Você vai ouvir as expressões como 2/3", 1/1.8" e 1/2,7". Estes são tamanhos típicos que são geralmente utilizados em CCDs em câmeras menores, com foco automático. Câmeras SLR com lentes intercambiáveis geralmente usam sensores maiores. Dois dos tamanhos mais comuns de SLR são o tipo 4/3" e o tipo 1.8" APS-C.

As frações dadas na nomeação dos tipos de sensor são na verdade maiores do que as reais dimensões. Dizem que esta convenção de nomenclatura é uma regressão à forma como os tubos de imagem de TVs eram chamados nos anos de 1950. Obviamente estas convenções de nomenclatura deveriam ter sido descartadas há muito tempo, mas ainda continuam em vigor sabe-se lá o porquê.

A tabela abaixo apresenta essas diversas dimensões e suas reais medidas na vertical, horizontal e diagonal. Aspect Ratio é a relação da largura para a altura.

Tipo

Medidas (L x A)

Medida Diagonal

Aspect Ratio*

2/3” 

8.80 mm x 6.60 mm

11.00 mm

4:3

1/1.8”

7.18 mm x 5.32 mm

9.00 mm

4:3

1 /2.7”

5.37 mm x 4.04 mm

6.72 mm

4:3

4/3”

18.0 mm x 13.5 mm

22.5 mm

4:3

1.8” (APS-C)

22.7 mm x 15.1 mm

45.72 mm

3:2

Filme 35 mm

36mm x 24 mm

43.3 mm

3:2

* relação entre largura e altura

A convenção de nomenclatura APS (Active-Pixel Sensor – Sensor de Pixel Ativo) parece estar um pouco distante do tipo de nome com "fração". No entanto, não é menos confusa porque fabricantes diferentes usam tamanhos de APS diferentes. O tipo APS-C mencionado acima é um tamanho popular de chip APS, mas alguns chips APS-C da Nikon são um pouco maiores e alguns chips APS-C da Canon são um pouco menores. A Canon também tem um sensor APS-H maior.

Para ter ideia da diferença nos tamanhos de sensores, veja a Figura 1, que mostra uma imagem do sensor maior em comparação ao sensor menor.

sensor
Figura 1: Comparação da dimensão relativa de um sensor completo (25 mm x 24 mm) com um sensor tipo 1/1.8" (7,18 mm x 5,32 mm).

A razão pela qual o tamanho do sensor é tão importante pode ser facilmente reconhecida quando se vislumbra os milhões de megapixels no sensor. Como você deve saber, ou deve ter lido em nosso tutorial Tudo Que Você Precisa Saber Sobre Megapixels, os fabricantes aumentam constantemente o número de megapixels numa tentativa de aliciar fotógrafos para comprar suas câmeras. Como os pixels são contados em milhões (megapixels), você pode imaginar que, para adicionar mais fotodiodos a um sensor de determinado tamanho para criar mais megapixels, os pixels têm que ser menores. Quanto menor o pixel, menor é a quantidade de luz com que ele pode lidar. Quando os pixels não recebem luz suficiente, o resultado é o que chamamos de "ruído". Colocando de maneira simples, ruído é a presença de salpicos de cores que não pertencem à fotografia.

Assim, mantidas inalteradas todas as outras coisas, milhões de fotodiodos espremidos num sensor pequeno irá resultar em fotos piores do que o mesmo número de fotodiodos dispostos em um sensor maior. Se o sensor for maior ou a contagem de megapixels for menor, cada fotodiodo pode ser maior. Assim, com o mesmo número de pixels, um sensor maior irá capturar mais luz por fotodiodo do que um sensor menor, e produzirá uma imagem melhor.

Um sensor pequeno não é totalmente ruim. Ele permite que a câmera seja pequena e bastante portátil. É por isso que câmeras digitais podem ser muito menores do que câmeras de filme. Sensores menores são também mais baratos, o que pode ajudar a manter o custo das câmeras mais acessível. Portanto, há espaço para grandes e pequenos sensores no mercado de fotografia, mas o consumidor deve compreender que um sensor pequeno pode resolver um problema e, ao mesmo, criar outro.

Reprodução de Cores

Cada fotodiodo no sensor de uma câmera detecta apenas o brilho da luz. A fim de reproduzir cores, cada célula do sensor é coberta com um filtro colorido que transmite apenas a luz em uma onda semelhante. Por exemplo, um filtro azul irá transmitir apenas a luz azul. O filtro vermelho transmitirá apenas a luz vermelha. Os filtros são criados para cada uma das cores primárias: vermelho, verde e azul. Eles são definidos em um modelo, de modo que cada fotodiodo será capaz de transmitir todas as três cores. A maioria dos sensores de câmeras hoje utiliza um filtro chamado de filtro, máscara ou mosaico de Bayer (tem este nome por causa do Dr. Bryce Bayer, da Kodak). Este filtro coloca as cores em um padrão de grade de cores alternadas. Uma vez que o olho humano é mais sensível à luz verde, a máscara Bayer tem dois filtros verdes para cada filtro vermelho e azul. Isso cria uma representação mais fiel ao que o olho humano vê realmente..

Com os filtros de cor, cada fotodiodo pode significar um valor vermelho, verde e azul. Os valores de cor destas células são combinados e interpolados para representar o espectro total de cores, permitindo que o processador de imagem reproduza uma imagem colorida plena.

Atualmente, somente o sensor Foveon representa as cores de maneira diferente. Em vez de utilizar filtros, o sensor Foveon coloca o fotodiodos em diferentes profundidades no silício para detectar as cores diferentes. Isto significa que cada fotodiodo pode detectar todas as três cores sem a utilização de um filtro. Embora a proposta seja a criação de uma reprodução de cor mais real, o sensor Foveon é ainda relativamente novo e os resultados ainda estão sendo analisados.

Conclusões

O sensor é uma das partes mais importantes da câmera digital e o tamanho do sensor é um dos seus aspectos mais importantes. Ao escolher uma câmera digital, lembre-se de que as câmeras compactas têm geralmente sensores menores e que as câmeras SLR costumam ter sensores maiores. Ainda assim, o tamanho do sensor pode variar muito, mesmo sendo do mesmo fabricante e no mesmo tipo de câmera. .

Embora sensores menores permitam que as câmeras sejam menores, mais baratas e mais portáteis, quando o número de megapixels é muito alto um sensor pequeno geralmente produz mais ruído nas fotos. Por isso, recomendamos que você inspecione cuidadosamente as fotos tiradas com qualquer câmera compacta que tenha mais de 6 megapixels, a fim de verificar se as fotos estão adequadas às suas necessidades. Algumas câmeras pequenas fazem um bom trabalho, mas outras podem não ser tão boas.

Originalmente em http://www.clubedohardware.com.br/artigos/Tudo-Que-Voce-Precisa-Saber-Sobre-Sensores-de-Cameras-Digitais/1626

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