De stora filmregissörerna vet att de verkligen inte sysslar med att fotografera skådespelare – de spelar in ljus. Så småningom, på 1960- och 70-talen, började de dra nytta av detta, och då och då skjuta rakt in i ljuset på sina uppsättningar, vilket blev ett varumärke för regissörer som Stanley Kubrick och Steven Spielberg.
Videography är filmfilmens yngre bror, och att förstå vilken roll ljus spelar i video är nyckeln till att förstå skillnaden mellan CCD:er och CMOS-teknik.
CCD står för charge-coupled device; CMOS står för gratis metalloxidhalvledare. Det här är de chips som ljuset som fångas av en videokameras lins fokuseras på. Dessa signaler bearbetas vidare inuti videokameran och i slutändan spelas bilden in på videokamerans lagringsmedium, oavsett om det är band, DVD eller en intern eller extern hårddisk. Kameror med flera bildsensorer använder ett chip per ljus primärfärg (röd, grön och blå) och använder en separat bildprocessor för att kombinera de tre signalerna till en färgvideobild. Nyare och billigare CMOS-chips kombinerar både en bildsensor och bildprocessor till ett enda chip. Alla CCD-designer använder en bildprocessor som är skild från den faktiska ljusfångande sensorn.
Den första stora skillnaden mellan de två är att CMOS-chips tillverkas ungefär som traditionella mikrochips, medan CCD, som använder teknik som går tillbaka till en uppfinning från 1969 av Bell Labs, använder sin egen egen tillverkningsprocess.
För att förstå deras roller i att spela in video, hjälper det att blixtrar tillbaka till en hundraårig teknik, den filmbaserade filmkameran. På en filmkamera, när en bild passerar genom dess lins och bländare, spelas den in på en remsa av plastfilm som innehåller ljus- och färgkänsliga kemikalier för senare framkallning. På en videokamera översätter en CMOS- eller CCD-bildsensor bilden från linsen till vilket digitalt medium den aktuella videokameran än använder.
På grund av deras ursprung i datorchipsindustrin är CMOS-chips billigare att tillverka. Men generellt sett kommer en videokamera utrustad med separata CCD:er att producera en bättre bildkvalitet med mindre elektroniskt brus än ett enda CMOS-chip.
Framsteg inom tillverkningsteknik minskar kvalitetsskillnaderna mellan de två bildsensortyperna. Men innan någon av de olika typerna av chip kan göra sin magi och elektroniskt fånga en bild, måste bilden komma dit. Låt oss ta en stund för att analysera dess signalkedja.
Låt det bli ljus
Som de flesta videofotografer vet är korrekt belysning väsentligt både för estetik och för att minimera videobrus. Oavsett om det är solen, "Guds ljus på 10 000 000 kilowatt", som Titanic-regissören James Cameron en gång kallade det, eller en enkel bank av kvartsljus, kommer belysningen på din uppsättning eller plats in i videokamerans inre genom linsens glas, (eller linsens plast, på vissa konsumentkameror av lägre kvalitet).
Storleken på en videokameras lins påverkar dess prestanda. Många av de små konsumentklassade videokamerorna på golvet i din lokala elektronikaffär med stora lådor har anmärkningsvärt små linser. Detta kan påverka deras förmåga att prestera i svagt ljus:en lins med större diameter kommer att fånga mer ljus än en mindre lins. Den allmänna miniatyriseringen av många konsumentvideokameror förklarar också betoningen på CMOS-chips, eftersom CCD:er vanligtvis förbrukar mycket mer ström. Att använda CMOS hjälper konsumentvideokameror att använda mindre, men batterier som håller längre, vilket hjälper till att hålla storleken nere.
När ljuset rör sig bortom objektivets glas träffar det först videokamerans bländare och sedan slutaren – om den har en sådan. Även om några avancerade CCD-videokameror har mekaniska slutare precis som filmkameror har de flesta konsumentvideokameror det inte. CMOS-chips bestämmer elektroniskt exponeringslängden.
Som att ha en fotomatta i handen
När ljuset träffar bildsensorn blir det en analog elektrisk signal. I en CCD-baserad videokamera går signalen till bildprocessorn, men i en CMOS-baserad videokamera är utsignalen från CMOS-enheten en kodad bild, så bildprocessorn behövs inte. Nästa stopp för den kodade bilden är kamerans lagringsmedium. Beroende på hur sofistikerad videokameran är, utför dess bildprocessor också automatiskt en mängd olika digitala bearbetningsfunktioner till bilden som skickades till den. Dessa kan inkludera vitbalans, bildfiltrering och stabilisering, felkorrigering, färgomvandling och andra processer.
Antalet pixlar på en bildsensor påverkar dess prestanda vad gäller upplösning i allmänhet och i mer specialiserade applikationer, som fotografering i svagt ljus. I slutändan kommer antalet pixlar att öka när kvaliteten – och priset – på videokameran ökar. Men det här är åtminstone något som du lätt kan jämföra.
Ett annat område där CCD-baserade konstruktioner ger mer flexibilitet än deras CMOS-kusiner är deras förmåga att kontrollera förstärkningen. Professionella videokameror har ofta en extern förstärkningskontrollomkopplare för att justera känsligheten för CCD:n, för att hjälpa till att öka ingången eller gasa tillbaka videobrus efter behov. För vanlig användning är det bäst att justera exponeringen med bländare och slutarhastighet snarare än den elektroniska förstärkningskontrollen. Men det finns tillfällen då ökad känslighet – och den inneboende ökningen av brus – är avvägningen för att få en användbar bild, särskilt i svagt ljus, kör-och-pistol-förhållanden när den lägre videokvaliteten och kornigheten kan accepteras.
Den färgkoordinerade videokameran
Bildsensorer upptäcker och registrerar bara intensiteten av ljuset som träffar dem och registrerar gråskalebilden; de spelar faktiskt inte in i färg själva. I en videokameradesign med ett chip sitter en färgfilteruppsättning ovanpå bildsensorn. Någonstans mellan ytan på vilken ljus träffar bildsensorn och den kodade utsignalen från bildprocessorn extraheras färgen i enlighet med mönstret för de små färgfiltren. Dataströmmen passerar genom den codec som används av videokameran (vanligtvis DV, MPEG-2 eller AVCHD) för att komprimeras innan den spelas in på vilket medium som videokameran än använder, vare sig det är band, en hårddisk, en skiva, ett minneskort, en nätverksanslutning, etc.
När det gäller avancerade videokameror med flera bildsensorer, fångar varje sensor en enda primär ljusfärg via ett prisma inuti kameran. Prismat delar upp ljuset som kommer in i videokamerans lins i rött, grönt och blått och skickar sedan bort dessa färger till den matchande bildsensorn, där intensiteten för varje färg kodas. Behovet av de tre individuella sensorerna, en för varje primärfärg, är ytterligare en anledning till att 3-chips pro-kameror är dyrare än kameror av konsumentkvalitet.
Oavsett om du har en liten CMOS-baserad videokamera med en enda bildsensor, eller en 3-CCD pro-enhet med en separat och komplex high-end bildprocessor, gör dessa chips en hel del arbete som brukade göras av många mekaniska delar och mycket kemikalier i filmkameradagar. Men de är inte utan sina egna problem.
Rullande slutare, smetande CCD
Nej, det är inte namnet på en rullande kampsportsfilm, men den lyfter fram några av kompromisserna med varje teknik.
För att bygga vidare på vår liknelse i början av artikeln, kan fotografering direkt in i överexponerat starkt ljus med en CCD-kamera resultera i utsmetande - vilket ofta visar sig som uppenbara uppenbara vertikala ränder, mycket annorlunda än hur ljus blommar när de fotograferas med film.
De flesta CMOS-kameror använder en rullande elektronisk slutare för att ta en bild sekventiellt i tunna rader från topp till botten under en enda bildruta. Detta till skillnad från CCD-kamerans mer traditionella globala slutare, där sensorn fångar en bild i sin helhet.
CMOS-kamerans rullande slutare kan skapa en annan typ av distorsion:skevhet. Detta kan orsaka förvrängning av de vertikala linjerna i en bild under en snabb panorering. (Föreställ dig en piskbild av en skyskrapa i New York, för ett extremt exempel.) Men för dem som i första hand filmar bröllop eller nyhetsinsamling, kommer inget av dessa problem att uppstå särskilt ofta. Men, actioninriktade videofotografer, se till.
Välja en videokamera
Att välja mellan CMOS och CCD är bara ett element bland många som måste beaktas när man köper en ny videokamera. Storleken på objektivet och huruvida videokameran accepterar utbytbara objektiv för vidvinkel, tele, makro och andra specialiserade applikationer är en annan. Är kameran utrustad med XLR-ingångar för användning med professionella mikrofoner? Ger dessa XLR-ingångar fantomkraft för clip-on lavaliermikrofoner? Hur flexibla är videokamerans kontroller för de tillfällen då du inte vill köra kameran i automatiskt läge?
Som med all professionell utrustning, från musikinstrument till mikroskop, ger dålig teknik dåliga resultat, även om du använder den dyraste videokameran. Omvänt kan bra teknik producera acceptabla – ibland till och med fantastiska – bilder på även de billigaste konsumentkamerorna.
Så ska du välja CCD framför CMOS? Vi frågade Hahn Choi, som är en av talangerna bakom kameran på webbstarten PJTV.com för strömmande HD-video (där jag i full avslöjande är en talang i luften då och då). Choi sa:"När det kommer till kvalitet är min personliga åsikt att det inte gör någon skillnad, på grund av komprimering som används med de flesta HD-kameror. Oavsett om det är HDV eller AVCHD är det fortfarande komprimering, och det kommer att påverka videokvaliteten. Med bearbetningskamerorna gör det också, är det svårt att säga att den ena är bättre än den andra." Men även om många avancerade tillverkare, inklusive Red Digital Cinema, börjar använda CMOS-chips, om du har råd, är 3-CCD vägen att gå. Detta gäller särskilt om ditt material i slutändan är utformat för att kunna sända TV.
Men så mycket material skjuts nu för tiden för webben, för videoaggregationssajter som YouTube och eftersom bloggar och stora mediawebbplatser blir multimedia. Om så är fallet, med tanke på de faktorer som Choi nämnde, kommer en bra CMOS-videokamera att räcka för många ändamål.
Ed Driscoll är en frilansjournalist som bevakar hemmabio och media.