terug

CMOS en middenformaat

CMOS en middenformaat

Met het verschijnen van een CMOS sensor op middenformaat, gemaakt door Sony en met een maatvoering van 33 bij 44 mm nog net iets kleiner dan de grootste CCD-sensoren lijkt het nu toch dat de CMOS techniek de CCD op alle gebieden aan het vervangen is.
testopnames

Uitlezen

Het verschil tussen een CCD en een CMOS sensor zit in de manier waarop de verzamelde beeldinformatie in de vorm van een kleine elektrische lading in elke pixel uit de sensor wordt gelezen om vervolgens gedigitaliseerd te worden. De CCD techniek maakt daarbij gebruik van herhaald kopiëren waarbij de lading van pixel naar pixel wordt doorgegeven waarna aan de rand van de sensor de digitalisering plaatsvindt. Hoe vreemd ook, die serie kopieeracties levert vrijwel geen extra ruis op als gevolg van foutjes bij het kopiëren.
Bij een CMOS sensor heeft elke pixel een verbinding met de A/D omzetter. Het probleem is dat dat naarmate de sensor groter wordt steeds langere verbindingen zijn die gevoelig zijn voor steeds meer storing en dus ruis. Om deze ruis te onderdrukken wordt per pixel extra elektronica toegevoegd. Die neemt echter ook ruimte in, daarom waren echt kleine CMOS sensoren ook niet vanaf het begin beschikbaar, er bleef te weinig ruimte over voor het lichtgevoelige gedeelte van de pixel.
Dat ruimteprobleem is op twee manieren opgelost, de elektronica wordt steeds kleiner en er wordt gebruik gemaakt van opbouw in lagen, waarbij de elektronica in een andere laag van de sensor zit dan het lichtgevoelige deel. Dat heet dan BSI, verlichting van de achterkant. Daardoor zijn er nu ook compactcamera’s met een CMOS sensor. En kennelijk is het probleem van de ruis als gevolg van de lange verbindingen ook voldoende opgelost, daarom kunnen er nu grotere CMOS sensoren worden gemaakt.
Voor de industrie is CMOS prettig, het is het standaard productieproces van alle chips. Maar mede daardoor is het wel bedoeld voor grote aantallen, ook al omdat het ontwerpen van een CMOS sensor best complex is en veel investeringen vraagt. Het produceren van een CCD is een eigen productieproces, dat maakt het duur, maar het ontwerpen ervan is weliswaar ook niet voor iedereen weggelegd, maar wel eenvoudiger dan het ontwerpen van een CMOS sensor. De prijs wordt uiteindelijk bepaald door de balans tussen ontwerp en productiekosten, en hoe hoger de aantallen hoe minder de ontwerp kosten een rol spelen. Maar omdat CMOS voordeliger wordt bij echt grote aantallen blijven de middenformaat CMOS sensoren voorlopig minstens zo prijzig als de CCD varianten.

Voordelen

De PhaseOne IQ250, Live view uit CMOS.
De PhaseOne IQ250, Live view uit CMOS.

Er zijn naast de productievoordelen ook handige extra mogelijkheden voor de ontwerpers van digitale camera’s. Een belangrijk verschil is het gemak waarmee een videosignaal uit een CMOS sensor kan worden getrokken. Dat levert bij de middenformaat camera’s die daarop zijn ingesteld een veel betere kwaliteit live-view op. Dat maakt het gebruik van zo’n achterwand op een technische camera veel eenvoudiger, zowel het overzicht als de 100% preview leveren een keurig live-beeld op, zodat zowel het maken van compositie als het scherp stellen heel prettig verlopen. Dat is dan ook meteen een methode om de beperking tot het beeldcentrum van de auto-focus systemen van middenformaat camera’s te omzeilen. Daarnaast zijn de sensoren ook beter bij hogere ISO-waarden, zodat ook die beperking van middenformaat camera’s flink minder wordt. Als eerste van de reeks had ik de PhaseOne 645D+ met de IQ250 achterwand in huis, daar is ISO 6400 als hoogste instelling beschikbaar. Nu is dat maximum niet alleen afhankelijk van de kwaliteit van de sensor, ook de kwaliteit van de beeldprocessor in de camera is van belang, terwijl er ook nog een keuze gemaakt wordt door de maker van de camera, welke ISO-waarde levert nog een resultaat dat de maker acceptabel vindt? Kleinere voordelen zitten nog in het energieverbruik, dat meestal lager is, maar door Live-View gebruik natuurlijk weer snel hoger zal worden en de snelheid waarmee de sensor kan worden uitgelezen waardoor er iets meer opnames per minuut gemaakt kunnen worden. Ook zijn in principe veel langere belichtingen mogelijk, bij de IQ250 tot ongeveer een uur.

Ruis

Om te zien wat er dan kan kun je bestanden ophalen om zelf te kijken. Het zijn JPEG bestanden, anders wordt het allemaal wat groot, en er zijn opname bij verschillende ISO waardes: 100, 1600, 6400. Bij die laatste ook het resultaat van twee verschillende programma’s, namelijk de CaptureOne software die bij de camera hoort, en de release kandidaat van Adobe Camera RAW. Je kunt dan zien dat de programma’s een resultaat met een nogal ander karakter leveren, waarbij Adobe wel meer ruis zichtbaar laat, maar wel zonder kleurzwemen, terwijl PhaseOne meer ruisonderdrukking gebruikt, met een hier en daar wat vlokkerig resultaat in de grote vlakken. Ook wat betreft scherpte en lokaal contrast en kleur zijn er verschillen, het oordeel daarover is vooral een kwestie van smaak. Verder heb ik voor de Adobe software nog geen camera profiel gemaakt en beide programma’s op de standaardinstellingen laten staan. Als je er aan gaat werken kun je de verschillen uiteraard kleiner maken.
Download testbestanden

De bespreking van de PhaseOne IQ250 verschijnt binnenkort in P|f

EdK-20140321-0171
Verder ligt het in de lijn der verwachting dat ook andere makers van middenformaat camera’s deze sensor zullen gaan gebruiken, van Hasselblad is de H5D-50 al beschikbaar, over een Pentax 645 versie gaan heel sterke geruchten en bij andere merken moeten we afwachten welke keuze ze gaan maken.