CCD x CMOS

Este artigo, aborda uma discução básica sobre as vantagens e desvantagens das duas principais tecnologias atualmente empregadas em sensores de imagem de câmeras de CFTV.

Sensores de Imagem para Câmeras: CCD vs CMOS

Quando uma câmera é desenvolvida, existem duas tecnologias principais possíveis para o sensor de imagem: o CCD e o CMOS. CCD e CMOS são os componentes críticos que funcionam como o filme digital da câmera. Este artigo tem o objetivo de mostrar as principais diferenças entre os dois tipos principais de sensores de imagem, procurando fornecer informações úteis para a determinação do tipo mais adequado de câmera.



Tecnologia CCD

CCD é a abreviatura do termo inglês em Charge Coupled Device, como tradução próxima teriamos Dispositivo de Carga Acoplada, que denomina a tecnologia básica de operação do sensor, onde são transferidos sinais elétricos referentes a linhas de acordo com a carga de cada ponto da matriz, esta tecnologia vem sendo usada a um longo tempo na fabricação de câmeras para CFTV, multimédia e gravação doméstica. Hoje em dia a maioria das câmeras de qualidade possuem o CCD como sensor.

CCD

Os benefícios da utilização do sensor CCD incluem...

- Melhor sensibilidade: Os CCDs podem produzir imagens de boa qualidade mesmo em condições de baixa iluminação. Principalmente os modelos P&B.

- Melhores cores e imagem mais nítida: Nos últimos anos os sensores CMOS tem reduzido a lacuna tecnológica entre as duas tecnologias. Porém o CCD se mantém superior e será a melhor opção para os próximos anos.

- Nível de qualidade alto e padronizado: Tipicamente o desvio de características entre dois CCDs do mesmo modelo são mínimos.

- Baixo nível de ruído de fundo: Um CCD produz muito menos ruído de fundo do que um sensor CMOS.


Algumas desvantagens da tecnologia CCD incluem:

- Maior custo de produção: O sensor CCD é produzido por um processo diferenciado de maior custo; portanto a unidade tem um preço mais alto em relação aos sensores CMOS.

- Maior custo e complexidade de incorporação: É mais complexa a construção de uma câmera baseada em sensor CCD, assim como são necessários componentes adicionais.

- Quando existe um objeto muito brilhante na cena (ex. uma lâmpada ou luz direta do sol), o CCD pode ser ofuscar causando listras verticais acima e abaixo do objeto. Este fenômeno é chamado “blooming and smear” (florescimento e mancha).



Tecnologia CMOS

A tecnologia CMOS é a tecnologia padrão utilizada na maioria dos chips, circuitos integrados e semicondutores produzidos no mundo, incluindo chips de memórias, microprocessadores e muitos outros. Isto torna a tecnologia muito mais acessível do que a tecnologia CCD.

CMOS

Algumas características do CMOS:

- Custo mais baixo graças ao processo padrão de fabricação e da não necessidade de componentes especiais

- Em ambientes de baixa iluminação, um padrão fixo de ruído aparece. Isto pode ser visto como pequenos pontos ou linhas de ruído na imagem.

- É mais fácil de projetar uma câmera baseada em CMOS do que em CCD. Um sensor CMOS permite que seja produzida uma câmera com menos componentes e com tamanho reduzido.

- Muito utilizados em Web-Cams domésticas, para pequenas aplicações de vídeo-confência e chats, devido ao baixo custo.


Algumas das desvantagens da tecnologia CMOS:

- Baixa sensibilidade de iluminação: Para operar corretametne, o sensor CMOS requer um ambiente bem iluminado.

- Maior relação de ruído do que CCDs.

- As tecnologias mais atuais de sensores CMOS, tem fornecido uma qualidade razoavelmente comparavel aos CCDs mais simples. E em comparação aos sensores CMOS anteriormente produzidos produzem uma imagem de boa qualidade com cores mais brilhantes, melhor sensibilidade e maior nitidez na imagem.

- Alguns sensores CMOS utilizados em câmeras IP, possuem ainda a desvantagem da imagem produzida ser escalonada pela redução de linhas e pixels. Isto significa que enquanto uma imagem em tamanho completo (VGA, 640x480) será nítida e boa, pode perder informações quando escalonada para 320x240 ou menos. Para resolver este problema existe um processo chamado interpolação onde os pixels próximios são comparados de forma a gerar um pixel baseado em vários outros proporcionando melhor qualidade na imagem reduzida, existe ainda embarcadas neste tipo de câmeras poderosos chips que permitem processos avançados de compactação.


Conclusão

Nossa recomendação é a utilização de câmeras baseadas em CCD em todas as situações onde qualidade de imagem ou sensibilidade de iluminação forem os principais requisitos. Para aplicações onde o custo ou tamanho sejam críticos, um câmera baseada em CMOS é normalmente a melhor solução.

Na maioria das vezes de acordo com as vantagens e desvantagens acima, encontramos câmeras com muito mais recursos e funções com sensores CCD, onde o conjunto sensor de imagem e circuitos da câmera poderão ser instalados em ambientes muito mais complicados, como locais totalmente externos, com agentes de deficuldade. Enquanto os sensores CMOS serão encontrados em câmeras mais simples como microcâmeras e minicâmeras de baixo custo.

Possivelmente nos próximos anos a tecnologia CMOS terá grandes avanços e dentro de algum tempo e estará muito próxima aos CCDs em termos de qualidade de imagem e sensibilidade, de forma que seja possível aplicar sensores CMOS em câmeras profissionais para grandes aplicações

Iluminação para o CFTV

A luz visível para o ser humano está na faixa que inclui os comprimentos de onda de 400 até 700 nm (nano metros) em média, dentro da grande escala do espectro eletromagnético.
Esta informação é ilustrativa especificamente para lembrar que hoje em dia com o desenvolvimento de novos materiais, temos no mercado lentes que transmitem com boa eficiência todo o espectro visível (transmite todas as cores) e, outras lentes que são próprias para transmissão do infravermelho, para a faixa do ultravioleta, ou para determinado comprimento de onda (monocromática).

A luz visível para o ser humano está assim localizada no espectro eletromagnético em comprimentos de onda de 400nm a 700nm, sendo que as cores primárias azul, verde e vermelho estão distribuídas nesta faixa de forma que o azul tem o menor comprimento de onda por volta de 400nm, o verde tem comprimento de 500nm e o vermelho por volta de 700nm.
Por definição, luz é a forma de energia radiante visível. A luz é indispensável para sensibilizar o sensor CCD e a partir dele transformar as imagens em sinais elétricos. Logo, a qualidade de uma imagem depende do controle da entrada de luz no conjunto lente/câmera.
O tipo de local a ser monitorado e a aplicação determinam o tipo de equipamento a ser utilizado. Para aplicações internas com iluminação garantida e maiores detalhes podem ser utilizadas câmeras coloridas. Já locais externos com períodos de baixa iluminação é essencial o uso de câmeras P&B, pois sua sensibilidade é muito maior. A quantidade de iluminação disponível na cena é medida em Lux (Lúmens) que equivalem a quantidade de iluminação por metro quadrado.
Procure manter sempre uniformidade de iluminação no assunto (cena) a ser filmado ou técnicas e equipamentos que possam tratar com estas limitações.
Um Lux é a luz do volume referente a uma vela a um metro de distância. Abaixo seguem alguns exemplos de iluminação natural expressos em Lux.
Dia claro = 10.000 lux
Dia escuro = 100 lux
Entardecer = 10 lux
Anoitecer = 1 lux
Noite de lua cheia = 0,1 lux
Noite com lua minguante = 0,01 lux
Uma boa câmera P&B consegue captar imagem em noites de lua cheia. Porém uma câmera colorida irá precisar de iluminação artificial para captar imagens na mesma situação.
Dependendo da aplicação e da iluminação da cena a ser captada pelo sistema de CFTV será necessário implantar um sistema de iluminação artificial, formado por lâmpadas com iluminação visual ou através de iluminadores infra-vermelho que geram iluminação para câmeras sem que esta iluminação possa ser percebida pelo olho humano.
Para visualizar corretamente uma imagem, uma câmera requer uma certa quantidade de luz produzida de uma forma natural ou artificial. As câmeras P&B trabalham com qualquer tipo de fonte de luz, porém as câmeras coloridas precisam de iluminação que contenha todas as cores do espectro visível.
Natural – luz do sol, luz da lua.
Artificial – luz incandescente, fluorescente, mercúrio, infravermelho, etc. A luz que incide na superfície de uma cena é refletida pelo objeto a ser visualizado. Portanto, observe com cuidado a maneira pela qual a cena está refletindo a luz. Os objetos polidos e brilhantes produzem fortes reflexos, que podem comprometer a qualidade da imagem. As áreas com diferenças de iluminação, isto é, partes com muita reflexão de luz – ou muito claras – e partes com pouca reflexão – ou muito escuras – resultarão em imagens muito contrastadas

Mercado de segurança eletrônica

Mercado de segurança eletrônica pode atingir R$ 2 bi

Neste ano, o mercado brasileiro de segurança eletrônica possivelmente atingirá cerca de US$ 2 bilhões, segundo dados da Abese (Associação Brasileira das Empresas de Sistemas Eletrônicos).
De acordo com a associação, o segmento se encontra em um momento interessante, sendo estimulado sobretudo pelas novas tecnologias, que incluem controle remoto de alarmes e câmeras a partir de smartphones ou tablets. A perspectiva é de que setor mantenha trajetória de crescimento em 2011.
Perspectivas
O diretor da Abese, Oswaldo Oggiam, acredita que com a aproximação de eventos de importância mundial, como a Copa do Mundo e a Olimpíada, o setor de segurança eletrônica sofrerá forte expansão. Segundo o diretor, atualmente o crescimento do setor já acompanha a expansão da tecnologia da informação, observada tanto em segurança doméstica e corporativa, quanto na esfera pública.
Circuitos integrados de TV respondem por 40% do mercado e essa participação poderá ser ainda maior com a criação das chamadas cidades digitais que fazem parte dos planos para os eventos.
Hotéis, prédios públicos e ruas também serão importantes alvos da segurança eletrônica. Só em São Paulo, que atualmente possui cerca de 1 milhão de câmeras, a expectativa é duplicar o volume em três anos.
Parte do movimento deverá elevar o ritmo médio de crescimento anual da indústria para 18% a partir de 2012. Ainda, sistemas para detecção de metais e explosivos e sistemas avançados de identificação biométrica também deverão apresentar crescimento.
Nesse contexto, Oggiam ressalta os recursos, cada vez mais evoluídos, das câmeras, que conseguem até mesmo servir como sensores de presença e executar tarefas que antes eram feitas apenas por humanos.
Feira de tecnologia
Serão expostas diversas inovações em termos de tecnologia de segurança eletrônica na feira conhecida como Exposec, que ocorrerá em São Paulo entre os dias 24 e 26.
O evento contará com 35 mil empresas que, além dos sistemas direcionados a segurança pública, também apresentarão sistemas destinados ao segmento residencial e de pequenos negócios, interessados em inovação