Skončí CCD a CMOS snímače na smetišti? Blog

Skončí CCD a CMOS snímače na smetišti?

Martin LukešAktualizováno: 22. 6. 2013 v 14:23 • Rubrika: Blog

Přestože jsme v současnosti doslova zaplaveni novými technologiemi, které ovlivňují moderní digitální fotoaparáty, v určitém směru vývoj přeci jenom trochu stagnuje. Nové přístroje nabízí mnohonásobné zoomy, detekce úsměvu a mrknutí, FULL HD a 4K video, snímače s monstrózním rozlišením, integrované GPS moduly, Wi-Fi, otevřené operační systémy, umělecké filtry a HDR režim, nebo dokonce připojení k internetu. Žádná z těchto technických vymožeností se ale netýká srdce fotoaparátu – obrazového snímače.

Většina zkušených fotografů by mnohem více ocenila, kdyby se některý z výrobců věnoval vylepšení toho nejdůležitějšího z hlediska výsledné fotografie a tím je především větší dynamický rozsah a nižší hladina šumu při vyšších citlivostech. Obě jmenované vlastnosti se týkají právě senzoru.

Většina digitálních fotoaparátu je vybavena snímačem CCD nebo CMOS. Kolem obou technologií a především o jejich porovnání koluje spousta mýtů, legend a polopravd. Shrňme si tedy stručně základní rozdíly.


Současný obrazový senzor CMOS

CMOS (Complementary Metal–Oxide–Semiconductor)
– objevení této technologie se váže k roku 1963 zprvu se uplatnila především při výrobě různých polovodičů a procesorů. Hlavní výhodou těchto snímačů je především nižší spotřeba a levnější výrobní náklady. Proto se s oblibou používají například v mobilních telefonech s vestavěným fotoaparátem. CMOS senzory vykazují ale také celou řadu negativních vlastností, které musela většina výrobců vyladit, než se odvážili použít je i v digitálních zrcadlovkách. V počátcích šlo především o to, že CMOS snímače byly náchylnější na hladinu šumu při delších expozicích a hlavně disponovaly menším dynamickým rozsahem. Na tom ale výrobci v posledních letech zapracovali a senzory CMOS jsou dnes vybaveny profesionální zrcadlovky nejvyšší třídy. Jmenovitě například Nikon D4 a Nikon D800, nebo Canon 1Dx a Canon EOS 5D Mark III.


První prototyp digitálního fotoaparátu na světe (1975)
snímač CCD s rozlišením 0.01Mpx - černobílý záznam - rychlost 1sn./23s - váha 3.6kg

CCD (Charged Coupled Device) - byl vyvinut v roce 1969 a o šest let později se dostal poprvé do záznamových zařízení, tehdy televizních kamer. Později se uplatnil i ve skenerech, čtečkách čárových kódů a samozřejmě v digitálních fotoaparátech. V této oblasti tedy značně předběhl konkurenční technologii CMOS. V počátcích šlo především o to, že CCD snímače pracovaly efektivněji při sběru světla a tudíž byly vhodnější pro reprodukci obrazu. Vykazovaly nižší hladinu šumu, disponovaly větší dynamikou, ale na druhou stranu bylo jejich použití podmíněno mechanickou závěrkou, což začal být právě u digitální techniky problém. Většina výrobců tedy postupem času vsadila na technologii CMOS. Ukázkovým příkladem je Firma Nikon. Jednou z prvních zrcadlovek s CMOS snímačem byla Nikon D2X. Předchůdce Nikon D1X ještě používal CCD senzor. Přesto že Nikon D2X přišel na trh již v roce 2005, nižší řady zrcadlovky si na CMOS srdíčko ještě musely dva roky počkat. V roce 2007 byla na trh uvedena přelomová řada Nikon D3 a D300 a v následujícím roce Nikon D3X, D700 a D90. Mimochodem Nikon D90 byl dlouho dobu uznáván jako přístroj s největším dynamickým rozsahem ve své třídě a ač je to neuvěřitelní tak je stále ještě na trhu a stále má co nabídnout.


Zjednodušené schéma CMOS snímačů

S objevením technologie CMOS back illuminated, kde se elektronické prvky senzoru umístily pod snímač, čímž vzrostla světlo-sběrná plocha, CCD snímačům pomalu zvoní hrana a většina výrobců přechází na tento systém.

Mohlo by se zdát, že to byl vrchol evoluce a uvedené technologie se na nějakou dobu usadí na pomyslném trůnu snímacích technologií. To je ale samozřejmě omyl a vědci, zvláště pak v Japonsku a ve Spojených státech určitě nespí. Do hry přišly nové prvky, které by mohly brzy vytlačit CMOS snímač z trhu. Již dnes jsou prokázány jejich neuvěřitelné vlastnosti, které by v oblasti digitálních fotoaparátu přinesly doslova revoluční zlom.

Prvním z takových prvků je Germanium. Na to se soustředila pozornost vědců v USA a podařilo se jim vytvořit velmi tenkou vrstvu, která má podobné vlastnosti jako dvourozměrná vrstva atomu uhlíku (Graphen). Objevený materiál pojmenovali Germanen. Po dalších výzkumech a pokusech nakonec prokázali, že je tento materiál mnohem stabilnější, než křemík. Největší předností Germanenu je rychlost pohyblivosti elektronů, které jím procházejí 10x rychleji než v křemíku.


Struktura atomů Graphenu

Dalším hráčem ve hře je již zmiňovaný Graphen. To je v současnosti nejpevnější a nejtenčí materiál na světě. Navíc má skvěle vlastnosti při vedení elektrického proudu, je nejlepší známým vodičem tepla navíc propouští světlo. Všechny tyto vlastnosti ho doslova předurčují ke stavbě snímače digitálního fotoaparátu. Nejnovější testy naznačují, že spotřeba energie při jeho použití je desetinová oproti současným senzorům a zkušební snímač dokáže pracovat s 1000x vyšší citlivostí proti křemíkovým zařízením. Navíc dokáže zachytit nejen viditelné světlo, ale i infračervené záření a je do jisté míry ohebný. První odhady ukazují, že pokud bude vývoj Grafenu doladěn a podařilo by se převést jeho výrobu do spotřebního průmyslu, byla by sériová výroba až 5x levnější než současné technologie.


Prototyp ohebného Graphen snímače

V podstatě jde tedy o jakýsi zlatý grál mezi snímači. Výsledkem by mohly být zrcadlovky s ohromným dynamickým rozsahem, které dokáží využívat minimálních světelných zdrojů za podpory citlivosti v hodnotách odhadem až ISO 3 200 000, bez vyšší hladiny šumu. Expoziční časy by se pravděpodobně zkrátily na hodnoty v řádech deseti tisícin až sta tisícin sekundy. Přístroj by byl navíc schopný využívat k expozici i neviditelné IR zářené, zkrátka sci-fi.

Výrobci ale testují i jiné cesty. Mezi ně patří například organické senzory (Fuji, Panasonic), optické snímače, nebo snímače Foveon (Sigma, Canon), o kterých jsme psali nedávném článku.

Určitě se tedy máme něco těšit. První odhady mluví o nasazení podobných technologií v dekádě 2020+. Je tedy dost možné, že současné digitální zrcadlovky budou pro následující generaci fotografů stejně archaické jakou jsou dnes pro nás kinofilmové přístroje.



Zobrazeny komentáře (7 - 1)

  • 7

    Avatar

    Co se týče infračerveného záření, tak v tomto spektru jsou samozřejmě citlivé i současné snímače CCD a CMOS a to víc, než dost. Pouze je blokováno IR-cut filtrem, aby nenarušovalo běžné fotografie. Po odstranění tohoto filtru a jeho nahrazení IR filtrem nebo čirým sklem lze v infračerveném spektru fotit stejně snadno, jako v tom viditelném. bob, 19.06.2013: Když chceš ISO 20 kup si film, není problém takovou citlivost sehnat. Jak prosté.

    Darksome, 19.01.2015 | Reagovat

  • 6

    Lukeš

    Reaguje na (5) | Když to jde na kamerách proč by to nešlo na fotoaparátech ;)

    Martin Lukeš - Megapixel, Šéfeditor galerie, Lektor fotografických kurzů, 21.06.2013 | Reagovat

  • 5

    Avatar

    "Expoziční časy v řádech deseti tisícin až sta tisícin sekundy" Jsem vážně zvědavý jakým způsobem na tohle vyrobí závěrku :D

    HAL, 20.06.2013 | Reagovat

  • 4

    Lukeš

    Reaguje na (3) | Při salvách čestné stráže se používají slepé nábojnice a pro zachycení výšlehu, nebo kouře u hlavně stačí podstatně delší čas než je sto tisícina. Na druhou stranu si docela dobře dokážu představit jak bych s takovým snímačem fotil například kolibříka. Na něj by se expoziční čas 1/20 000s+ jistě hodil, pokud budu chtít docílit na fotografii ostrých křídel ;)

    Martin Lukeš - Megapixel, Šéfeditor galerie, Lektor fotografických kurzů, 20.06.2013 | Reagovat

  • 3

    Avatar

    Noo, lidi si budou fotit kulky při salvách čestné stráže, ( sice tam stotisícina je málo) a podobných aktivit rozhodně najdou i víc, možná rozfázovaný blesk, zachycení rozsvícení žárovky :-), ikdyž rychlost světla je poněkud větší :-). Lidská mysl je vynalézavá ....

    kolibřík, 19.06.2013 | Reagovat

  • 2

    Lukeš

    Reaguje na (1) | Myslím, že každý kdo fotografuje, koncerty, divadlo, sport, reportáže, dokument, interiéry, architekturu, krajiny, svatby, nebo nakonec i ty rodinné momentky to využije. Pokud by takový přístroj existoval, nebudu potřebovat ani stativ, ani blesk a to si myslím že je hodně podstatné. Snímky budou mít přirozené světlo, nebudu se muset vláčet po horách ze stativem - co víc si přát. Navíc nikde není psáno, že nikdo neuvažuje o nižší citlivosti než ISO 50. Pořád je ale větší problém nedostatek světla, což se kompenzuje těžko, než jeho přebytek což se kompenzovat dá ;)

    Martin Lukeš - Megapixel, Šéfeditor galerie, Lektor fotografických kurzů, 19.06.2013 | Reagovat

  • 1

    Avatar

    ... hmmm ... A krom malých děcek a lidí snímajících po tmě někdo stojí o časy v řádech stotisícin vteřiny? Kolik ND filtrů (nebo jak moc silný ND) budete potřebovat abyste mázli vodu ve skoro netekoucím potůčku? Co panning? Stane se technikou historie? Proč nikdo neuvažuje o tom jak udělat čip s ISO 20? To by přece byla prima vychytávka pro spoustu fotografů ... ? Jediné plus bude nepotřeba blesků - přičemž ale někdy je jich třeba kvůli atmosféře snímku a i tady to bude v háji - chci vidět ten HSS mód, který toto zvládne :-)

    bob, 19.06.2013 | Reagovat

Vložit nový komentář

: *

:

: *


Tip: odkaz na konkrétní komentář vytvoříte tak, že napíšete jeho číslo do hranatých závorek. Příklad: [1] na webu zobrazí odkaz na komentář číslo 1

Komentáře slouží ke zveřejnění vašeho názoru, děkujeme za vaše příspěvky. Jako provozovatelé této diskuse si vyhrazujeme právo na odstranění nevhodných komentářů.


Související články

Fotografie z galerie

Přejít do galerie

Související články

Nejbližší události

Nové recenze

Přihlásit

Přihlásit pomocí Facebooku

nebo e-mailem


Košík

Způsoby doručení

Doprava zdarma od 10 000 Kč

Nahrát fotku

Do fotosběrny Do galerie

Do fotosběrnyDo galerie

Používáme cookies, abychom Vám mohli nabídnout nejlepší možné služby na našich webových stránkách. Dozvědět se víc.
Souhlasím