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CMOS
Cámara · Técnica

CMOS

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CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor): tecnología de sensor de imagen empleada en prácticamente todas las cámaras de cine digital modernas.

Resumen

CMOS son las siglas de Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (Semiconductor Complementario de Óxido Metálico) y se refiere a una tecnología de semiconductores que constituye la base del sensor de imagen en la tecnología de cámaras. El sensor CMOS convierte la luz que incide a través de la lente en señales eléctricas, que luego se procesan para formar la imagen digital. Hoy en día, prácticamente todas las cámaras de cine digital, incluidos los modelos de ARRI (serie ALEXA), RED y Sony, se basan en sensores CMOS.

CMOS es, junto con el CCD (Charge-Coupled Device) más antiguo, el segundo tipo principal de sensor. Mientras que los sensores CCD transportan la carga de cada píxel secuencialmente a un amplificador central, en el sensor CMOS cada píxel tiene su propio circuito de amplificación y lectura (Active-Pixel-Sensor, APS). Esto permite integrar circuitos lógicos, amplificadores y convertidores analógico-digital directamente en el mismo chip.

Principio de funcionamiento

En el diseño de píxeles activos, cada píxel convierte la carga recopilada por el elemento fotodiodo en una tensión amplificada en el lugar. Las señales se leen fila por fila y columna por columna, se procesan en paralelo a través de amplificadores de columna y se digitalizan en el chip. Ventajas de esta arquitectura:

  • Bajo consumo de energía: Solo es necesario leer activamente una fila de píxeles a la vez, y el chip funciona con un bajo voltaje de alimentación.
  • Alta velocidad de lectura: El procesamiento paralelo a través de columnas y la digitalización en el chip permiten altas tasas de fotogramas.
  • Alta integración: Los convertidores, el generador de reloj y la lógica de procesamiento se encuentran en el mismo sustrato que la matriz de píxeles.

Rolling Shutter vs. Global Shutter

La forma en que se lee un sensor CMOS influye en el comportamiento del movimiento de la imagen:

Método de lecturaFuncionamientoCaracterística
Rolling ShutterEl sensor se expone y se lee fila por fila secuencialmentePuede mostrar distorsiones ("efecto Jello", skew) en movimientos rápidos o paneos; el más extendido en cámaras de cine
Global ShutterTodos los píxeles se exponen y se leen simultáneamenteReproducción de movimiento sin distorsiones, técnicamente más complejo

La mayoría de los sensores CMOS, especialmente en el ámbito cinematográfico, utilizan el Rolling Shutter, ya que permite obtener una alta calidad de imagen. Los sensores CMOS con Global Shutter se utilizan, por ejemplo, en algunas cámaras de Sony, Blackmagic y AJA.

Uso en el set

Para la práctica en el set, es relevante que el Rolling Shutter pueda provocar distorsiones en movimientos de cámara muy rápidos o en sujetos en rápido movimiento; además, con fuentes de luz parpadeantes (por ejemplo, luz LED o fluorescente sin atenuar), pueden aparecer bandas de brillo en la imagen. ARRI ha estado desarrollando sus sensores CMOS conjuntamente con el fabricante de semiconductores onsemi desde la ARRIFLEX D-20 (2005) y la primera ALEXA (2010); según el fabricante, la ALEXA 35 alcanza unas 17 paradas de rango dinámico. Los sensores CMOS se consideran hoy en día el estándar para el aspecto de imagen cinematográfico, alto rango dinámico y buen rendimiento con poca luz.

Desde los oficios

Perspectivas

Director de fotografía

Ich nutze CMOS-Sensoren gezielt für ihre Dual-Native-ISO-Performance – bei der ARRI Alexa LF kann ich zwischen ISO 800 und 3200 wechseln, ohne Bildrauschen zu erhöhen. Das Rolling-Shutter-Verhalten erfordert präzise Kameraführung bei schnellen Schwenks, da sonst Verzerrungen auftreten.

Director

CMOS-Sensoren ermöglichen mir Dreharbeiten bei natürlichem Licht bis in die blaue Stunde hinein, ohne die Bildstimmung durch Kunstlicht zu verfälschen. Die hohen Bildraten schaffen neue erzählerische Möglichkeiten für Zeitlupen-Sequenzen direkt am Set.

Productor

CMOS-Kameras reduzieren meine Stromkosten um 60% gegenüber CCD-Systemen und benötigen kleinere Akkupacks für mobile Drehs. Die kompakte Bauweise spart Transport- und Versicherungskosten, während die längeren Akkulaufzeiten weniger Drehtage-Unterbrechungen bedeuten.

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