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Conhecida por ter criado a primeira câmera a ser usada na Lua, a Hasselblad não poderia estar mais distante do mercado de fotografia digital popular. Atualmente, a empresa é especialista em câmeras de médio formato, cujos sensores têm o dobro da área do CMOS Full Frame de uma câmera profissional da Nikon ou da Canon. Até agora, essa categoria inteira de máquinas havia sido dominada pela tecnologia conhecida como CCD, mas ontem a Hasselblad se encarregou de quebrar essa hegemonia.  Sua próxima câmera, a H5D-50c, será a primeira câmera de formato médio do mundo a adotar o CMOS que é utilizado em todas as outras câmeras digitais.

Talvez a foto acima já deixe isso implícito, mas ainda não foram publicados detalhes a respeito da H5D-50C. Sabe-se que ela será baseada na H5D-50 e que a introdução do sensor CMOS promete exposições mais longas, capturas mais rápidas e bom desempenho em níveis altos de ISO. Como a própria existência da H5D-50 já deixa claro, a resolução estonteante de 50 MP não é tão extraordinária para uam câmera de médio formato. A Phase One, por exemplo, vende sensores com mais de 60 MP. A parte realmente interessante dessa história é a introdução do CMOS.

Existem atualmente quatro tipos de detectores de luz com relevância econômica: o filme tradicional, o fotomultiplicador, o CCD e o CMOS. Falando especificamente de fotografia digital, o duelo se dá entre esses dois últimos. Ambos são, essencialmente, grades retangulares de estruturas que convertem a intensidade da luz em uma voltagem que é então interpretada digitalmente como uma imagem. Apesar dessa semelhança, existem diferenças fundamentais no caminho pelo qual a informação passa desde o momento em que a luz atinge o sensor até a imagem aparecer na tela.

No CCD, o cada sensel (a estrutura sensível à luz) reage ao impacto do fótons da luz produzindo uma carga elétrica. Essa carga é transportada para sensel adjacente, que a retransmite para o próximo, e esse processo se repete até que aquela carga chegue a um componente que amplifica e converte esse sinal em uma voltagem. Dessa forma, as cargas acumuladas por cada pixel são registradas de maneira serial.

Algo que deve ficar claro é que as leituras de cada sensel não são registradas de forma individual porque todas as cargas do grupo de pixels se movem ao mesmo tempo. Em outras palavras, é como se o sensor enviasse um frame inteiro de cada vez para ser processado. Tal limitação torna certos recursos comuns em câmeras com CMOS, como o liveview da tela traseira, bem mais difíceis de implementar em câmeras com CCD.

No CMOS, o sensel reage da mesma forma que no CCD, produzindo uma carga. A diferença está no fato de que o próprio sensel já possui um transistor e outros eletrônicos que se encarregam de amplificar o sinal e transforma-lo em uma voltagem. Ou seja, enquanto o CCD faz uma leitura basicamente serial da informação luminosa, o CMOS executa a mesma tarefa em paralelo, pois cada pixel produz um sinal individual. Essa abordagem é interessante por uma série de razões. Um das menos óbvias é que a imagem pode ser dividida em regiões de interesse, o que é útil para sistema de visão robótica ou de reconhecimento de faces e gestos.

Note, contudo, que eu estou simplificando partes do funcionamento de cada componente para tornar a explicação mais clara. Alguns fabricantes, por exemplo, instalam mais de um amplificador no chip de CCD, o que quer dizer que a leitura do sinal nem sempre é completamente linear e uniforme. De qualquer maneira, as diferenças de método entre CCD e CMOS não deixam de ser significativas.

Uma galáxia espiral capturada por John Welsh com uma câmera CCD. Alta sensibilidade e ampla gama dinâmica são qualidades essenciais para a astrofotografia

Uma galáxia espiral capturada por John Welsh com uma câmera CCD. Alta sensibilidade e ampla gama dinâmica são qualidades essenciais para a astrofotografia

Imediatamente, já é possível deduzir que o CMOS tem uma vantagem clara sobre o CCD quando o assunto é velocidade de leitura. Outro ponto importante é que o design do CMOS libera espaço para a inclusão de circuitos com outras finalidades, como o processamento final da imagem, redução de ruído, etc. Da mesma forma, a miniaturização dos componentes eletrônicos para que eles caibam em um único pixel também leva a uma queda no consumo de energia. É por essa razão que o CMOS é a tecnologia utilizada nas câmeras dos smartphones.

Mas, como sempre, nada é tão simples. A princípio, o CMOS é menos eficiente que o CCD porque os eletrônicos no interior do pixel limitam a área dedicada à captura da luz. A presença de componentes analógicos tão próximos a componentes digitais também aumenta a possibilidade de introdução de ruído no sinal. No caso do CCD, a existência de um único amplificador torna o sinal mais uniforme. Por fim, esse componente admite cargas maiores do que os eletrônicos minúsculos do CMOS, o que se traduz em uma gama dinâmica mais ampla para a imagem final. Em outras palavras, o CCD  lida melhor com cenas que misturam luzes intensas e sombras profundas.

Historicamente, o CCD se mostrou muito mais confiável o CMOS para medir a luz por causa das características que citei acima. Isso explica porque ele se tornou a tecnologia dominante em aplicações que não admitem qualquer erro, como é o caso dos instrumentos científicos e de alguns tipos de fotografia altamente especializada. Revistas de moda, por exemplo, têm um caso de amor com as câmeras de médio formato que usam CCD. A altíssima resolução dos sensores modernos eliminou a necessidade de incluir um filtro anti-aliasing nas câmeras, o que torna as fotos finais ainda mais detalhadas. Por outro lado, essas máquinas têm um desempenho extremamente  limitado em níveis altos de ISO por causa da separação entre o sensel e o amplificador.

Uma belíssima foto tirada por Mert & Marcus para a revista Vogue. O CCD das câmeras de médio formato é perfeito para as condições controladas do estúdio.

Uma belíssima foto tirada por Mert & Marcus para a revista Vogue. O CCD das câmeras de médio formato é perfeito para as condições controladas do estúdio mas não é a melhor escolha para fotografia de rua

Por outro lado, a versatilidade e baixo consumo de energia fizeram com que o CMOS fosse preferido para o mercado consumidor. Outro fator que explica essas escolhas é a simples realidade de que o CCD, inventado no final dos 1960, é uma tecnologia mais madura. O CMOS de pixel ativo moderno só começou a ser produzido nos anos 90. Logo, é natural que projetos sensíveis, como missões espaciais, prefiram o componente mais consolidado.

Mas então por que a Hasselblad resolveu mudar? Ora, porque nenhuma tecnologia fica parada no tempo. Desde sua introdução, o CMOS passou por um rápido processo de desenvolvimento. Melhorias na construção das microlentes que acompanham o sensor e novos designs como o Exmor da Sony fizeram com que a lacuna de qualidade de imagem entre o CMOS e CCD diminuísse ou desaparecesse completamente. O CCD também continuou a ser aprimorado ao longo dos anos, mas o avanço rápido do CMOS, aliado à sua versatilidade, o torna uma alternativa cada vez mais interessante. A Hasselblad pode ser a primeira fabricante de câmeras de formato médio a se aventurar com o CMOS, mas a indústria de instrumentos científicos e câmeras astronômicas já deu inicio à transição há algum tempo.

Outro argumento que poderia ser levantado em favor da escolha do CMOS é o de escala. A princípio, o processo de fabricação de um sensor de imagem desse tipo é exatamente o mesmo que o utilizado para fabricar chips de sRAM ou de processadores lógicos. Ou seja, ambos podem usar as mesmas fábricas. No entanto, é difícil dizer quanta economia essa vantagem realmente representa. A variações de CMOS que podem brigar com o CCD em termos de qualidade exigem uma série de processos complementares de fabricação que não têm nada a ver com o daqueles outros componentes. Os custos de desenvolvimento de um CMOS também são frequentemente mais altos que os de um CCD. Afinal, estamos falando de um conjunto mais complexo de circuitos. O que é certo, contudo, é que todo ano empresas tão diferentes quanto Nikon e Intel investem bilhões em novos métodos de fabricação de chips CMOS. Por enquanto, o futuro não parece pertencer ao CCD.

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