CMOS

Visão Geral

CMOS significa Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (Semicondutor de Óxido Metálico Complementar) e refere-se a uma tecnologia de semicondutores que forma a base do sensor de imagem na tecnologia de câmeras. O sensor CMOS converte a luz que entra pela lente em sinais elétricos, que são subsequentemente processados para formar a imagem digital. Atualmente, praticamente todas as câmeras de cinema digital – incluindo modelos da ARRI (série ALEXA), RED e Sony – são baseadas em sensores CMOS.

CMOS é, juntamente com o mais antigo CCD (Charge-Coupled Device - Dispositivo de Carga Acoplada), o segundo grande tipo de sensor. Enquanto os sensores CCD transportam a carga de cada pixel sequencialmente para um amplificador central, no sensor CMOS, cada pixel possui seu próprio circuito de amplificação e leitura (Active-Pixel-Sensor, APS). Isso permite a integração de circuitos lógicos, amplificadores e conversores Analógico-Digital diretamente no mesmo chip.

Princípio de Funcionamento

No design Active-Pixel, cada pixel converte a carga coletada pelo elemento fotodiodo em uma tensão amplificada no local. Os sinais são lidos linha por linha e coluna por coluna, processados em paralelo por amplificadores de coluna e digitalizados no chip. Vantagens desta arquitetura:

• Baixo consumo de energia: Apenas uma linha de pixels precisa ser lida ativamente por vez, e o chip opera com baixa tensão de alimentação.
• Alta velocidade de leitura: O processamento paralelo por colunas e a digitalização no chip permitem altas taxas de quadros.
• Alta integração: Conversores, geradores de clock e lógica de processamento estão no mesmo substrato que o arranjo de pixels.

Rolling Shutter vs. Global Shutter

A forma como um sensor CMOS é lido molda o comportamento do movimento na imagem:

A maioria dos sensores CMOS – especialmente no setor cinematográfico – utiliza Rolling Shutter, pois permite obter alta qualidade de imagem. Sensores CMOS Global Shutter são usados, por exemplo, em algumas câmeras Sony, Blackmagic e AJA.

Uso no Set

Para a prática no set, é relevante que o Rolling Shutter possa levar a distorções em movimentos de câmera muito rápidos ou em assuntos em movimento rápido; além disso, faixas de brilho podem aparecer na imagem com fontes de luz piscantes (por exemplo, luz LED ou fluorescente não dimerizada). A ARRI desenvolve seus sensores CMOS em conjunto com o fabricante de semicondutores onsemi desde a ARRIFLEX D-20 (2005) e a primeira ALEXA (2010); de acordo com o fabricante, a ALEXA 35 atinge cerca de 17 stops de alcance dinâmico. Sensores CMOS são hoje considerados o padrão para a estética cinematográfica, alto alcance dinâmico e bom desempenho em baixa luz.