miércoles, 1 de noviembre de 2017

Mensajes amables de fin de semana: SONY y su arriesgada apuesta por el CMOS, para sustituir la tecnología del CCD


Estimad@s Clientes y/o amantes del LEAN: 

Lo primero que tengo que decir es que no es fin de semana, pero que he hecho lo que suelo hacer cuando no hay que “currar” este día
O sea, levantarme antes que el resto de la familia, tomarme un café, ponerme delante del ordenador, consultar mis favoritos, y, en menos de una hora, escribir un mail relacionado con las cosas que a mí me gustan…… y todo eso, antes de que mi familia despierte
  
En este caso, este escrito va de una de esas revoluciones silenciosas que solo están al alcance de los líderes
SONY acaba de anunciar que va a cesar su producción de cámaras basadas en dispositivos CCD y va a migrar a otras basadas en CMOS
Con esta decisión SONY actúa como los verdaderos líderes, o sea apostando antes que los demás por que superarán los problemas de las tecnologías por las que apuestan….. mientras los demás siguen poniendo peros
¡!!Ese es el camino de los líderes!!!!, apostar cuando nadie lo tiene claro, porque, como suelo decir ……..  !!!los lunes todo el mundo acierta las quinielas!!!
Mi más sincera admiración por esta decisión de SONY, y por el riesgo que asumen
El resto de este escrito resume lo que he encontrado, relacionado con este tema, en este ratito, para mí único, del café mañanero      

El siguiente artículo lo he sacado de la revista Vision Systems Design

Sony marks transition from CCD to CMOS with new camera release
October 16, 2017

By James Carroll 
Senior Web Editor





Sony Europe’s Image Sensing Solutions has announced a new series of SXGA camera modules which are positioned to enable users to move from CCD to global shutter CMOS image sensor.
The first camera available in the series is the XCG-CG160, which is available in color and monochrome, and is based on the 1/3" IMX273 global shutter CMOS image sensor—a sensor Sony notes as an ideal replacement for cameras using the popular ICX445 CCD sensor.  
Matt Swinney, Senior Marketing Manager, Image Sensing Solutions, at Sony Imaging Sensing Solutions commented on the new camera and the rise of CMOS technology.
"The company strategy has lent itself to Sony being able to get back involved in the digital area, and Pregius technology has allowed us to come to a place where we can surpass CCD technology," he said. "Camera wise, the focus here is providing a migration path from Sony CCD users into the new CMOS age. Our new model is very much in the mold of giving customers an option to move from the old ICX445 machine vision camera."
Part of the desire to develop cameras based on the latest Pregius sensors is to offer a complete camera, instead of just offering the sensor to competitors, noted Swinney.
"Sony knows how to make cameras, and not just sensors. Many competitors are specifically in machine vision, Sony has the benefit of fulling understanding how to maximize the benefit of the sensor. This release is also an extension of our desire to take our customers to the next step. Sony does business with customers for a very long time, and we are getting to the natural life cycle of CCD technology."
http://dmg.pennwell.com/pushdown/_2014Components/expansion.gif
"There are other companies that offer alternatives," he continued," but we now have an opportunity to continue the journey with many customers across the world."

¿Por qué da SONY este paso?
Para ello, hay que recodar las bases de cada una de estas dos tecnologías

Sensores de imagen – CMOS contra CCD
 24 mayo, 2016

La tecnología de fabricación de los sensores de imagen es un aspecto fundamental para entender su funcionamiento intrínseco. Aunque existen diferentes tecnologías, las dos más empleadas son el CCD y el CMOS. Cada una de ellas presenta sus ventajas inconvenientes, aunque uno de ellas está claramente ganando la batalla.




Arriba, la primera cámara en emplear un CCD (Kodak, 1975). Abajo, la última cámara digital de Kodak, la EasyShare One © Associated Press
El principio para todas estas tecnologías sigue siendo, sin embargo, el mismo: capturar la máxima cantidad de luz incidente al sensor y transformarla en una señal eléctrica proporcional a esta cantidad que pueda ser convertida luego en una señal digital (ver Sensores de imagen – Introducción).

El CCD y la transferencia de cargas
El CCD (Charge-Coupled Devices) fue inventado en los laboratorios de AT&T Bell en 1969, por W. Boyle y G. E. Smith –40 años más tarde serían galardonados con el premio Nobel de Física por la invención del concepto del CCD–. La primera cámara fotográfica digital en usar un CCD fue creada por un ingeniero de Kodak en 1975, y empleaba un sensor de 100 x 100 píxeles –o sea, el equivalente a 0,01 Mpx–. El prototipo de Steven Sasson solo capturaba imágenes en blanco y negro, y pesaba casi 4 Kg. Aunque Texas Instruments había diseñado tres años atrás la primera cámara en no utilizar carrete, la de Sasson era la primera en utilizar un sensor puramente digital.




En un sensor CCD, la carga proporcional a la intensidad de luz es transmitida sucesivamente de un condensador a otro
En un sensor CCD, los condensadores de la región fotosensible se encargan de acumular una carga eléctrica proporcional a los fotones incidentes; una vez finalizada la exposición propiamente dicha, la carga de los condensadores es transmitida a sus vecinos mediante un circuito de control, y así sucesivamente hasta llegar al último condensador que transmite esta carga a un amplificador que a su vez la transforma en un voltaje proporcional. En un sensor digital, este voltaje será convertido a una señal digital mediante el correspondiente conversor A/D (ver Sensores de imagen – Introducción). El funcionamiento de transferencia de carga es, pues, similar al de un shift register (registro de desplazamiento).

El CMOS y los transistores
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El CMOS (Complementary Metal-Oxid-Semiconductor) es una tecnología utilizada para la fabricación de circuitos integrados, basada en transistores MOS o MOSFET (Metal–Oxid–Semiconductor Field-Effect Transistor). El CMOS es una variante que integra típicamente dos transistores para obtener un diseño simétrico para generar todo tipo de funciones lógicas. El elemento básico es el fotodiodo, formado por diferentes transistores, y que permite obtener directamente un voltaje proporcional a los fotones incidentes. Este voltaje, al igual que en los sensores digitales basados en CCD, será convertido a una señal digital a partir de la cual se obtendrá la imagen correspondiente.
La principal diferencia con el diseño CCD es que en el CMOS los píxeles son tratados de forma individual; no existe transferencia de la carga eléctrica entre condensadores, como en el CCD.
La principal diferencia con el diseño CCD es que en el CMOS los píxeles son tratados de forma individual; no existe transferencia de la carga eléctrica, como en el CCD. En cambio, en este último la lectura es simultánea en toda la matriz de píxeles durante la exposición.




Diseño de un sensor activo basado en 3 transistores
El diseño de sensores con esta tecnología CMOS permite además combinar el propio sensor de imagen con las funciones de procesado de imagen en el mismo circuito integrado. En el diseño basado en la tecnología CCD, el sensor de imagen es un elemento totalmente diferenciado, y por tanto no puede ser integrado como el CMOS. Sin embargo, gracias a ello, los sensores CCD tienen menos ruido que los CMOS.

¿CMOS o CCD?
Pese a que la creación del CMOS es anterior al del CCD –fue patentado en 1963–, su alta variabilidad en sus resultados hizo que los sensores de imagen se decantaran al principio por esta última tecnología, más estable y predecible. No fue hasta finales de los 80 y principios de los 90 que el proceso de fabricación de sensores CMOS empezó a estabilizarse y su uso comercial a expandirse.
Y es que la tecnología CMOS presentaba grandes ventajas sobre el papel. Una latencia mucho menor que en los CCD –no había transferencia de carga–, un menor consumo de potencia y un proceso de fabricación más sencillo, lo que resultaba en un menor coste de producción.




Sensor de imagen basado en la tecnología CMOS
Sin embargo, no todo son ventajas para el CMOS. Un problema común a este tipo de sensores es que son sensibles al conocido efecto de “rolling shutter” 1, que depende de la velocidad de refresco del circuito. En cambio, en un CCD, la lectura es simultánea en toda la matriz de condensadores durante la exposición, por lo que no existe el mismo problema. Además, en un CMOS no toda la superficie del sensor es fotosensible, lo que reduce su eficiencia.
Los sensores CMOS tienen un menor coste de producción y un consumo más reducido que los CCD, pero estos últimos tienen menos ruido y una mayor eficiencia lumínica.
Hoy en día, sin embargo, el CMOS parece haber ganado claramente la batalla al CCD, al menos en lo que a cámaras de consumo de refiere. La mayor integración del CMOS junto con su menor coste son, sin duda, unos factores determinantes. Sin embargo, la tecnología CCD aún tiene gran presencia allí donde la tecnología CMOS presenta sus mayores inconvenientes, como los sensores de grandes dimensiones. De hecho, dependiendo de la aplicación, una u otra tecnología puede hacer prevalecer sus ventajas respecto a la otra.
Hoy en día es difícil determinar claramente cuál de las dos tecnologías ofrecer las mejores prestaciones en cuanto a calidad de imagen se refiere.
Por otro lado, pese a que generalmente el CCD ha sido el proceso escogido para las aplicaciones donde la calidad de imagen era el factor principal –gracias a su proceso de lectura simultánea separada–, el CMOS y sus recientes variantes –como el BSI-CMOS– han recortado esta distancia, y hoy en día es difícil determinar claramente cuál de las dos tecnologías ofrecer las mejores prestaciones en cuanto a calidad de imagen se refiere.

1 En función del tamaño del sensor, es posible hoy en día implementar un “global shutter” añadiendo transistores extras al diseño del sensor CMOS y evitar así este efecto.

El efecto Rolling Shutter explicado visualmente:
Hace bastante ya hablamos acerca del efecto rolling shutter o efecto gelatina. Se trata de efecto que se produce al utilizar sensores CMOS y objetos en movimiento rápido. Debido a la forma en que el sensor “lee” la luz, se producen patrones de dibujos extraños y esto resalta mas en dispositivos con cámaras no muy especializadas, sea una compacta de gama baja o un teléfono móvil como el iPhone.
La muestra clásica de este efecto es el vídeo de a continuación, donde las palas de la turbina parecen ir a baja velocidad y a la vez producirse y desintegrarse a medida que van moviéndose:







Mi humilde resumen:
La apuesta de SONY por el CMOS es porque, en comparación con la tecnología CCD, la integración es mayor, el proceso de fabricación es mucho más sencillo, el consumo de potencia es bastante menor, su coste es más bajo y los inconvenientes que tenía hasta ahora ( el más importante es el efecto “Rolling Shutter” ) están casi vencidos




Que disfrutes cada hora del fin de semana

Un cordial saludo
Alvaro Ballesteros









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