Nella scelta di una microcamera destinata all’FPV (First Person View) ci si può imbattere in moltissime scelte. Una di queste riguarda la tipologia di sensore, a scelta tra CMOS e CCD. Se queste due sigle per voi non significano niente, leggete questo articolo!

Sensore CCD

CCD è l’acronimo di Charge-Coupled Device, ovvero in italiano “Dispositivo ad Accoppiamento di Carica”.
La tipologia CCD è stata inventata nel 1969 da Willard Boyle e George Smith e risulta molto più semplice del sensore CMOS.
Un sensore CCD consiste essenzialmente in un circuito integrato formato da una riga (o griglia) di elementi semiconduttori in grado di accumulare una carica elettrica quando una radiazione (la luce nel nostro caso) li colpisce. Tali cariche elettriche (una per ogni pixel) vengono poi trasferite e tutte insieme convertite in differenza di potenziale; infine dal sensore esce un segnale analogico. Nell’animazione si può notare come le righe in giallo (ovvero le cariche elettriche) escano contemporaneamente dai quadretti in blu (i pixel).

sensore CCD FPV

Sensore CMOS

CMOS è l’acronimo di Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, ovvero in italiano “Conduttore complementare metallo-ossido”.
I sensori CMOS sono più recenti e più complicati dei sensori CCD: ogni fotodiodo (pixel) è accoppiato ad un convertitore per trasformare il segnale luminoso in differenza di potenziale (pochi microvolt); spesso oltre al convertitore si hanno anche amplificatori di segnale, riduttori di rumore e, soprattutto, circuiti di digitalizzazione: si ha quindi che il segnale in uscita è digitale (nei CCD era analogico). Nell’animazione si può notare come le righe rosse (le differenze di potenziale) appaiano in momenti diversi (dall’alto verso il basso) subito dopo che la carica elettrica (in giallo) di ogni pixel (in blu) è passata attraverso un amplificatore/convertitore (triangolini verdi).

sensore CMOS FPV

Durante una sessione di FPV, i parametri che influenzano maggiormente l’esperienza sono:

  • Adattamento ai cambi di luce
  • Fedeltà delle immagini in movimento
  • Consumo di energia

CMOS vs CCD: Luce

In condizioni di scarsa illuminazione, i sensori CCD si comportano meglio di quelli CMOS, in quanto l’amplificazione avviene sul segnale generato da tutti i pixel, dando quindi un risultato omogeneo e con meno rumore rispetto a quello dato dai sensori CMOS, in cui il segnale dato da ogni pixel viene amplificato singolarmente.

Un altro punto a vantaggio dei sensori CCD in condizioni di poca luce è il fatto di non avere elettronica a separare i vari pixel: l’area sensibile è quindi molto ampia e la luce captata maggiore. Di contro, i sensori CMOS possono utilizzare ISO più elevati, in quanto gli amplificatori devono agire solo su una banda (nei sensori CCD invece l’amplificatore deve agire sull’intero segnale).




WDR Wide Dynamic RangeCiò che però determina la “vittoria” dei sensori CCD sugli CMOS (perlomeno per quanto riguarda il comportamento alla luce) è che solitamente riescono a gestire meglio il WDR (Wide Dinamic Range), ovvero riescono a mostrare sia gli oggetti in ombra che quelli esposti direttamente alla luce meglio di come riescono a farlo i sensori CMOS.

CMOS vs CCD: Immagini in movimento

Una delle caratteristiche che rendono ottimi i sensori CCD per l’FPV sui sensore cmos jello effect rolling shutter multirotori è l’assenza del cosiddetto effetto del “rolling shutter” o “jello”. L’effetto jello (effetto gelatina) presente nei sensori CMOS introduce nei video delle deformazioni geometriche dovute alle vibrazioni molto rapide presenti a bordo dei droni: il sensore CMOS acquisisce infatti una sola riga alla volta e in caso di movimenti estremamente rapidi l’occhio umano riesce a percepire le deformazioni. Si nota particolarmente questo effetto durante la visione di eliche in movimento: la galleria qui sotto riporta alcuni esempi classici e anche la spiegazione animata della ripresa di un elica fatta da un sensore CMOS.

CMOS vs CCD: Consumo di energia

sensore cmos vs ccd consumoPurtroppo, su questo punto i sensori CCD perdono nettamente il confronto, ciò per un semplice motivo: nei sensori CMOS il segnale luminoso è subito convertito in tensione, che non richiede potenza per essere poter continuare il percorso, mentre nei CCD si deve muovere la massa delle cariche elettriche. Aumentando la risoluzione la differenza aumenta, in quanto in sensori CCD hanno sempre più elettroni da dover spostare.

Tuttavia il consumo per una videocamera piccola come quelle destinate all’FPV, anche con un sensore CCD, non è maggiore di 1-2 Watt, che a 12 volts si traducono in un assorbimento compreso tra i 70mA e i 150mA; un consumo tutto sommato molto contenuto anche nella scarsa autonomia dei nostri  multirotori.

Consigli per gli acquisti

Io consiglio vivamente di acquistare una videocamera con sensore CCD, magari con abbinato un buon processore (famoso è il Sony Effio), in quanto a mio avviso il sensore CCD “batte” il sensore CMOS in ogni aspetto importante per l’FPV (ci sono altri aspetti, non trattati in questo articolo in cui il sensore CMOS è migliore del CCD).
Per il mio personale utilizzo ho optato per questa videocamera, dotata di sensore CCD e processore Sony Effio; un vantaggio è che la spedizione avviene direttamente dai magazzini europei di BangGood, quindi la videocamera arriva a casa in una manciata di giorni.

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Studente di ingegneria meccanica e appassionato di tecnologia in generale. Mi sono avvinato al mondo della action can grazie ad una XiaoYi Yi e da allora non mi sono più fermato!

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