CMOS

Panoramica

CMOS sta per Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (Semiconduttore a ossido di metallo complementare) e si riferisce a una tecnologia a semiconduttore che costituisce la base del sensore di immagine nella tecnologia delle telecamere. Il sensore CMOS converte la luce che entra attraverso l'obiettivo in segnali elettrici, che vengono poi elaborati per creare l'immagine digitale. Oggi, praticamente tutte le cineprese digitali – inclusi i modelli di ARRI (serie ALEXA), RED e Sony – si basano su sensori CMOS.

Oltre al più vecchio CCD (Charge-Coupled Device), il CMOS è la seconda principale tipologia di sensore. Mentre i sensori CCD trasportano la carica di ciascun pixel uno dopo l'altro a un amplificatore centrale, nel sensore CMOS ogni pixel possiede un proprio circuito di amplificazione e lettura (Active-Pixel-Sensor, APS). Ciò consente di integrare circuiti logici, amplificatori e convertitori analogico-digitali direttamente sullo stesso chip.

Principio di funzionamento

Nel design Active-Pixel, ogni pixel converte già la carica raccolta dall'elemento fotodiodo in una tensione amplificata sul posto. I segnali vengono letti riga per riga e colonna per colonna, elaborati in parallelo tramite amplificatori di colonna e digitalizzati sul chip. Vantaggi di questa architettura:

• Basso consumo energetico: È necessario leggere attivamente solo una riga di pixel alla volta e il chip funziona con una bassa tensione di alimentazione.
• Elevata velocità di lettura: L'elaborazione parallela tramite colonne e la digitalizzazione on-chip consentono frame rate elevati.
• Elevata integrazione: Convertitori, clock e logica di elaborazione si trovano sullo stesso substrato dell'array di pixel.

Rolling Shutter vs. Global Shutter

Il modo in cui viene letto un sensore CMOS influenza il comportamento del movimento dell'immagine:

La maggior parte dei sensori CMOS – in particolare nel settore cinematografico – utilizza il Rolling Shutter, poiché consente di ottenere un'elevata qualità dell'immagine. I sensori CMOS Global Shutter sono utilizzati, ad esempio, in alcune telecamere Sony, Blackmagic e AJA.

Utilizzo sul set

Per l'uso pratico sul set è importante notare che il Rolling Shutter può causare distorsioni con movimenti di telecamera molto rapidi o soggetti in rapido movimento; inoltre, con sorgenti luminose intermittenti (ad es. luci LED o fluorescenti non dimmerate), possono comparire bande di luminosità nell'immagine. ARRI sviluppa i suoi sensori CMOS insieme al produttore di semiconduttori onsemi fin dalla ARRIFLEX D-20 (2005) e dalla prima ALEXA (2010); secondo il produttore, l'ALEXA 35 raggiunge circa 17 stop di gamma dinamica. I sensori CMOS sono oggi considerati lo standard per l'aspetto cinematografico, l'elevata gamma dinamica e le buone prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione.