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Quel capteur d’image choisir ( CCD,CMOS,MOS) ?

capteur

Les capteurs d’images constituent un élément important dans le choix des caméras de vidéosurveillance. Elle assure la transformation des signaux lumineux en signaux électriques. Il existe deux grandes familles de capteurs :

– CCD (Charged Coupled Device)

– CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

Au fil des dernières années nous avons vu apparaitre une flopée de technologies dérivée se succéder (MOS, BSI-CMOS, 3MOS, SuperCCD…). Le but de cet article est de vous expliquer  le périmètre fonctionnel de chaque technologie afin de vous accompagner dans votre choix.

Les capteurs fonctionnent tous sur le principe de conversion de la lumière (photons) en signaux électriques grâce aux cellules photosensibles dont ils sont recouverts. Le tout passe ensuite via un convertisseur analogique/numérique pour traduire ces signaux et récupérer au final une restitution en pixels de couleurs, calculés et traités par le processeur d’imagerie. Le résultat est enregistré dans la mémoire tampon de l’appareil avant d’être transféré sur votre carte mémoire. Voilà pour simplifier le processus !

Historiquement, les premiers capteurs sont apparus entre les années 1970 et 1980 pour les CCD (Charge Couple Device) et les CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). De nos jours, ces capteurs exitent toujours, avec leur lot d’améliorations et variantes, propres à chaque constructeur (SuperCCD et BSI-CMOS de Fujifilm, 3MOS de Panasonic…).

Principes de fonctionnement :

Le principe des capteurs CCD repose sur un champ de photosites, petites cellules qui accumulent la lumière individuellement. La couleur est ensuite déterminée par un filtre analogique (Bayer) en fonction de l’intensité reçue. On peut donc imaginer qu’un photosite correspond à un pixel qui compose une image. On obtient une image fidèle avec des nuances de couleurs calculées par rapport aux tensions relevées sur chaque photosite.

ccd

A l’inverse, les capteurs CMOS fonctionnent par champ de photodiodes (PD), chacune étant sensible à une seule des couleurs primaires (rouge, vert et bleu). C’est un champ de “oui” et de “non”  qui recouvrent le capteur. Au final, c’est une combinaison des valeurs de chaque photodiode (0 ou 1) qui permet d’obtenir la couleur “estimée” de chaque pixel. Le résultat final sera donc un ensemble de calcul des pixels, ce qui est souvent à l’origine du bruit électronique.

cmos

Différences concrètes :

La technologie CCD, affinée depuis 1969, a été conçue initialement pour les appareils d’imageries “fixes” comme les scanners ou copieurs. Ils sont gourmands en énergie mais restituent une image de grande qualité et aux nuances de couleurs très propres. S’ils sont simples à fabriquer, ils sont plus coûteux, plus encombrants et nécessitent un temps de pose sensiblement supérieur au CMOS pour capturer une image dû au temps d’accumulation.

La technologie CMOS est apparue dans les années 1980, impliquant la micro-électronique de pointe et donc plus complexe à fabriquer dans ces années. Empruntant les mêmes outils que pour l’assemblage des micro-processeurs, les machines de fabrication d’aujourd’hui produisent cette technologie sans problème et à moindre coût. Miniaturisés et plus rapides, ils nécessitent également très peu d’énergie pour fonctionner. Ils équipent aussi bien les webcams bas de gamme que les appareils reflex, tout est une question de format et de qualité de capteur. En revanche, les capteurs CMOS sont beaucoup plus sujet à générer du bruit sur les résultats photographiques.

Aujourd’hui et demain :

Chaque type de capteur a ses avantages et inconvénients. Si la tendance actuelle est de délaisser peu à peu la technologie “vieillissante” du CCD au profit du CMOS, on ne peut pas dire que l’un est meilleur que l’autre. Ce qu’il faut suivre, c’est l’évolution des techniques et procédés des constructeurs, notamment l’amélioration de la gestion du bruit des capteurs CMOS.

Dernièrement, plusieurs technologies basées autour du CMOS ont fait leur apparition. En tête de liste, Panasonic avec ses prochains capteurs MOS, un compris permettant une qualité d’image proche du CDD avec la rapidité et la faible consommation du CMOS. Toujours dans sa lancée, Panasonic a déjà décliné sa nouvelle technologie en 3MOS, qui n’est autre que le combiné de 3 capteurs MOS permettant ainsi de séparer une couleur dominante (rouge, vert et bleu) par capteur avant de les compiler (une sorte de bracketing des couleurs, pour les connaisseurs).

Samsung, Fujifilm et Canon comptent bien améliorer la sensibilité de leurs appareils en utilisant les capteurs rétro-éclairés BSI-CMOS, permettant d’avoir des images  plus nettes même en cas de faible luminosité. Sony devrait continuer à améliorer ses capteurs APS-C CMOS .


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