CCD e CMOS

Le tecnologie con cui vengono realizzati i sensori d’immagine sono prevalentemente due, CCD (Charge-coupled device), e CMOS (Complementary metal-oxide semiconduttor), non c’è un sensore che prevale sull’altro ma le loro differenze li rendono più o meno utili per l’una o per l’alta applicazione. A favore dei sensori CCD possiamo dire che godono di maggiore luminosità e immunità ai disturbi, di contro sono costosi ed hanno un maggiore assorbimento di energia. I sensori CMOS sono meno costosi, hanno un ingombro ridotto e consumano molto meno dei loro rivali, di contro sono meno sensibili alla luce e meno immuni ai disturbi. I sensori CCD vengono preferiti per l’utilizzo in ambiente analogico mentre i CMOS vengono maggiormente adoperati nei sistemi digitali. Questa differenza d’impiego dipende dal modo in cui vengono letti i pixel, nei sensori CCD, infatti, i pixel vengono letti a gruppi, solitamente a righe, ed inviati ad un amplificatore che genera le famose linee TV tipiche degli ambienti analogici. Nei sensori CMOS, invece, ogni pixel è dotato di una propria uscita e di un proprio amplificatore e viene acquisito ed elaborato in modo indipendente, caratteristica molto utile in ambiente digitale. Per quanto riguarda la risposta alla luce possiamo dire che i sensori CCD sono molto più sensibili è stravincono nelle applicazioni in ambienti scarsamente illuminati, di contro, in ambienti fortemente illuminati, vanno facilmente in sovraesposizione rendendo l’immagine inutilizzabile. Difetti tipici delle immagini acquisite con sensori CCD sono l’effetto Blooming e l’effetto Smear. L’effetto bloomig è dovuto al “trabocco” dei fotorecettori, ossia, se all’interno dell’immagine c’è un punto fortemente illuminato i fotodiodi in corrispondenza di quel punto si caricano di fotoni più rapidamente degli altri e ad un certo punto traboccano riversando l’eccesso di fotoni sui pixel adiacenti, il risultato è un’immagine con una vasta area sovraesposta. Lo Smear, invece, è dovuto al modo con cui vengono lette le cariche, una carica prima di raggiungere l’amplificatore deve attraversare verticalmente tutto il sensore, se nell’immagine è presente un punto più luminoso le cariche transitando in quel punto si caricheranno ulteriormente generando sul monitor una linea verticale di colore chiaro. Nel sensore CMOS questi artefatti non sono riscontrabili, primo perché i fotorecettori non si caricano all’infinito e quindi non traboccano, secondo perché la lettura delle cariche non avviene a scorrimento verticale ma per ogni singolo pixel.

Sensori megapixel

Nella videosorveglianza tradizionale (analogica), la risoluzione, ossia la quantità di pixel distribuita sul sensore immagine, viene limitata dallo standard pal, che impone una risoluzione massima di 625 linee tv orizzontali, e dal fatto che la massima risoluzione ottenibile dalla conversione di un segnale video analogico in uno digitale è il formato D1 704X576 pixel, pari a 405.504 pixel. Nei sistemi di videosorveglianza Megapixel questi limiti sono stati ampiamente abbattuti e oggi possiamo avvalerci di sensori che, a parità di dimensione, possono contenere milioni di pixel. Per  esempio a 2 Megapixel con 1920X1080 pixel, avremo 2.073.600 Pixel oltre 5 volte la risoluzione di una telecamera normale con risoluzione D1. Nei sensori megapixel la stessa quantità di luce deve essere divisa su più fotodiodi penalizzando così la luminosità dell’immagine  che risulterà complessivamente più scura per attenuare questo problema si fa ricorso a dei particolari obiettivi, detti megapixel, che lasciano passare una quantità maggiore di luce.

Dimensione dei sensori.

La dimensione del sensore d’immagine è rilevante ai fini della scelta dell’obiettivo che deve essere delle stesse dimensioni o al massimo più grande. Dal punto di vista della qualità dell’immagine, a parità di risoluzione, il sensore di dimensioni maggiori sarà più sensibile alla luce, questa differenza scaturisce dalle differenti dimensioni dei photosite, che saranno più piccoli sul sensore con minore superficie. La maggiore sensibilità alla luce si traduce in immagini di migliore qualità anche in condizioni di scarsa illuminazione.